Оптоэлектронное множительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G9/00 

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислительным устройствам и предназначено для синхронного умножения произвольных электрических сигналов, задан- : ных, например, в виде напряжений, на тригонометрические синусные и косинусные функции первой и второй гармоники и может быть Использовано в аппаратуре гармонического анализа, в частности во внутримодельных ее разработках для экспериментальных исследований нестационарных характеристик летательных аппаратов путем продувок в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

Известны множительные устройства, позволяющие производить синхронное умножение электрических сигналов на синусные н косинусные функции первых двух гармоник.

Одно из известных устройств соде1жит четыре дифференциальных фоторезистивных моста, фоторезисто1« которых оптически свяэ аны через механический модулятор света и линейный конденсатор с источником света, причем прямоугольные фоточувствит.ельные слои фоторезисторов установлены встык один над другим в плоскости.

.1араллельной оси вращения модулятора, выполненного в виде двух эксцентрично располохсенных под углом 90° непрозрачных цилиндров, а также сумматор и делите.г:ь входного напряжения l.

Недостатком его является низкая точность работы из-за паразитного взаимовлияния трактов каналов от10дельных гармоник.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптоэлектронное множительное устройство, которое содержит осветительный

15 блок, механический эксцентриковый модулятор света, который установлен мехсду осветительным блоком и фоточувствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в

20 смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником ВХОДНОГОсигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, первая па25ра фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая

30 диагональ является вторым выходом устройства, третья пара фоторезисторон фоточувствительного блока включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и вто рой балансировочные резисторы, одна диагональ третьего множительного моста соединена с источником стабили зированного напряжения , а другая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара фоторезис торов фоточувствительного блока включена в смежные плечи четвертого мнохсительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные резисторы, одна диагональ четвертого множительного моста соединена с источни ком стабилизированного напряжения, а другая диагональ соединена с перво группой входов сумматора, вторая группа входов которого соединена 5 выхбдами аттенюатора,входы которого подключены к источнику входного сигнала, а выход сумматора является четвертым выходом устройства, фото™ чувствительный блок содержит четыре электрооптических светофильтра, выполненных в виде ж.идкокристаллических ячеек, которие включены соответственно в другие смежные плечи первого и второго мнокит льных мостов, причем, электрооптические светофильтр установлены между механическиммодулятором света и соответствуюциг/ш фоторезисторами третьего и четвертого множительных мостов .23. Недостатком этого устройства является его сравнительная сложность ввиду наличия, помимо основных элементов, активно участвующих в операциях умножения, а именночетырех мно жительных мостов, дополнительных сумматора и аттенюатора в квадратурном канале второй гармоники, которые за счет специфических ошибок вносят в этом канале погрешности, особенно отрицательноо1:ражающиеся на точности функционирования усТ|5ойства при аэродинамических исследованиях, где квадратурные составляющие сигналов, в основном определяющие фазовые соотношения в каналах разных гармоник, в среднем на порядок (и дале более) меньше синфазных состав ляющих. С этим же связаны определенные трудности в настройке устройстЦель изобретения - упрощение оптоэлектронного множительного устройства за счет оптимизации состава ос новных элементов и повышение точности его работы в связи с совершенствованием функционирования квад ратурного тракта канала второй гармоники. Поставленная цель достигается тем,, что в оптоэлектронное множительное устройство, содержащее источник света постоянной интенсивности, который через линейный конденсатор связан с входом механического модулятор света, который СОСТОИТ из первого и . второго цилиндричес1сих эксцентриков, установленных на общей оси вращения, экстремумы которых сдвинуты на угол 90 один относительно другого, первый выход механического модулятора света, -связанный с первым цилиндрическим эксцентриком, оптически связан с первой парой фоторезисторов, второй выход механического модулятора света, связанный с вторым цидшндрическшл эксцентриком, оптически связан с второй парой фоторезисторов, а третья и Четвертая пары фоторезисторов связаны с первым выходом механического модулятора света соответственно через две пары элегтрооптических жидкокристаллических светофильтров, рричем первая и вторая пары фоторезисторов и первая и вторая пары э 1ектрооптических жидкокристаллических светофильтров включены в смежные плечи соответственно первого и второго множительных мостов, первые диагонсши которых соединены с выходаг ш источника входного сигнала, а вторые диагонали первого и второго множительных мостов являются соответственно первым и вторым вы-, ходами устройства первой гармоники, третья пара фоторезисторов включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные Плечи которого включены первый и второй балансировочные резисторы, первая диагонсшь третьего множительного моста соединена с выходами источника стабилизированного напряжения, а вторая диагональ является первым выходом устройства второй гармоники, четвертая пара фоторезисторов включена в смежные плечи четвертого множительного моста, первая диагональ которого соединена с выходами источника стабилизированного напряжения, введена пятая пара фоторезисторов, которая оптически связана через вторую пару электрооптических жидкокристаллических светофильтров с вторым выходом механического моду ятора света, причем пятая пара фоторезисторов включена в дру4ие смежные плечи четвертого множительного моста, вторая диагональ которого является вторым выходом устройства второй гармоники. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фит.2 показан принципиальный вид его оптикомеханической части. Устройство содержит (фиг.1) источник 1 света постоянной интенсивности, линейный конденсор 2, механический модулятор 3 света, выполненный в виде первого цилиндрическо го эксцентрика 4 и второго цилиндри ческого эксцентрика 5, экстремума которых сдвинуты друг относительно друга на угол 90, фоточувствительный блок б с пятью парами фоторезис торов 7, а именно, первой парой Т второй парой 7,,-74, третьей парой 75-7g , четвертой парой 1-,- и пятой парой 7 -7(, и двумя парами электрооптических жидкокристаллических светофильтров 8 (первая пара 2. и вторая пара 8.3-84)/ источник 9 входного сигнала U(t), источник 10 стабилизированного (постоянного) напряжения U. Первая пара фоторезисторов 7f-72. и первая пара электрооптических светофильтров . включены в смежные плечи первого множительного моста 11, вто рая пара фоторезисторов и вто рая пара электроойтических светефильтров 85-84. включены в смежные плечи второго множительного моста 1 третья .пара фоторезисторов включена в смежные плечи третьего множительногомоста 13, четвертая и пятая пары фоторезисторов 7 7g и включены в противоположные плечи четвертого множительного моста 14. Для регулировки устройства третий множительный мост 13 снабжен балансировочными резисторами 15 Все фоторезисторов оптически сопряжены с источником 1 света через механический модулятор 3 света, причем первая (), третья (75.-7 ) и четвертая (77-7g) пары фоторезисторов через его первый эксцентрик 4, а вторая () и пя тая (7--7, ) пары - через второй эксцентрик 5. Первая пара электрооптических светофильтров (8)-82) установлена меиду первым эксцентриком 4 и четвертой парой фоторезисто ров (7j-7g). Вторая пара электрооптических светофильтров () уста новлена меходу первым эксцентриком 4 и третьей парой фоторезисторрв (7g.-7g ) , а также между вторым эксце триком 5 и пятой парой фоторезисторов (). На фиг.1 светофильтры 8j-8 показаны в виде двух последовательно соединенных элементов. Одн диагонали множительных мостов 11 и 12 соединены с источником 9 входн го сигнала, а множительных мостов 13 и 14 - с источником 10 стабилизированного напряжения. Другие диагонали всех четырех множительных мостов 11-14 являются соответствующими выходами устройства, первой и второй гармоник. Источник 1 света, линейный конденсор 2, механический модулятор 3 света и фоточувствительный блок б составляют оптико-механическую часть (фиг,2) устройства, где фоторезисторы 7 и электрооптические светофильтры 8 размещены в два ряда вдоль оси вращения механического модулятора 3 света, установленного между линейным конденсором j, 2 и фоточувствительным блоком6. Ь стройство работает следующим образом. При вращении механического модулятора 3 света с угловой скоростью оу эксцентрики 4 и 5 перекрывают (затеняют) площади световых потоков, падающих от источника 1 света через конденсор 2 на светочувствительные слои фоторезисторов 7 фоточувствительного блока 6 по законам синусной и косинусной функций первой гар- МОНИКИ, причем дифференциально (противофазно) у фоторезисторов отдельных пар, например; S(t)So±uS(sincut)j (t)(), где SQ- половина площадки светочувствительного слоя фоторезистора 7f AS(sin(t), US(cos(t)t) - изменение приращения этой площади. Это приводит к кратным изменениям сопротивлений пар фоторезисторов 7j -7.j и 7,,-74 мостов 11 и 12 канала первой гармоники () устройства, на выходных диагоналях которых согласно известного свойства мостов осуществлять перемножение сигнала во входной диагонали, а именно U(t), на функции изменения сопротивлений активных плеч с фоторезисторами, получаем электрические сигналы, пропорциональные у моста 11 и (t) н U(t)sinout, у моста 12 O2.(t)« U(t), По аналогичным законам в .этих ,мостах изменяются токораспределения в смежных плечах с парами электрооптических светофильтров и 85-84, что приводит к соответствующим модуляциям их прозрачности (оптической плотности), в частности Пи «„ (t) noiunL(t). nar-el t) nolunCU(t).cosWt3, где По среднее значение прозрачности электрооптичёского светофильтра; (t)sin(S)tJ, - изменение ее дП LU (t)cos№t, приращения. В результате происходят определенные изменения освещенностей фот резисторов 7, расположенных перед соответствующими электрооптическим светофильтрами 8, что, наряду с из менениями освещаемых площадок свет чувствительных слоев фоторезисторо 7, вызывает модуляцию их световых IIQIPKOB, пропорциональную Ф .)-- %i ЛФО Шсо5 ШЪ Sin cwt и ...(ja)5ivi2cyi; , -70(t))iviO№tsintui г 5ус) i Ф7д.71о 0 Ч 05 С05аЛ г HUCtJcostvt; а это приводит к соответствукицим кратным изменениям сопротивлений фоторезисторов мостов 13 и 14: R, 7 ( RO + ARCU (t) - sln2tpt -, tiT7(..3(t)siT( jl-jn (t)Ro±uRtU(t) cosVt. Входные диагонали мостов 13 и l подключены к источнику 10 стабилизированного напряжения U, поэтому на их выходных диагоналях получаем электрические сигналы, пропорциональные у моста 13 Uj(t)e EU (t) sin2u: t a у моста 14 04. (t) 4 (t)R7 (t)-R77 (t)Rt9 (t) 5U(t) ( - )«U(t) Таким образом, при непрерывном вращении механического модулятора света с постоянной угловой скорсэстью а; на выходах устройства снимае электрические сигналы, пропорциональные произведениям входного сиг ла на синусные и косинусные функци первой и второй гармоники, т.е. и Ct) sinuJt, и (t) cos (JW и Ctj з±п2ШЬ U(.t) cos2(et. При этом устройству пр суща сравнительная простота, так как его схема включает минимальное число основных элементов, активно участвующих в операциях умножения а именно четыре множительных одина ных моста, что повышает точность р брты устройства эа счет улучшения зовой согласованности между гармон ческими функциями всех четырех выходов устройства, особенно квадратурного канала второй гармоники с тальными, а также несложность наст ройки. Формула изобретения Оптоэлектронное множительное ус ройство, содержащее источник света постоянной интенсивности, который через линейный конденсор связан с входом мехсшического модулятора св та, который состоит из первого и второго цилиндрических эксцентриков, установленных на общей оси вращения, экстремумы которых сдвинута на угол 90 один относительно другого, первый выход механического модулятора света, связанный с первым цилиндрическим эксцентриком, оптически связан с первой парой фоторезисторов, второй выход механического модулятора света, связанный с вторым цилиндрическим эксцентриком, оптически связан с второй парой фоторезисторов, а третья и четвертая пары фоторезисторов связаны с первым выходом механического модулятора света соответственно через две пары электрооптических жидкокристаллических светофильтров, причем первая и вторая пары фоторезисторов, первая и вторая пары электрооптических жидкокристаллических светофильтров включены в смежные плечи соответственно первого и второго множительных мостов, первые диагонали которых соединены с выходами источника входного сигHEiJia, а вторые диагонали первого и второго множительных мостов являются соответственно первым и вторым нлходами устройства первой гармоники, третья пара фоторезисторов включе,на в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и второй бсшансировочные резисторы, первая диагональ третьего множительного моста соединена с выходами источника стабилизированного напряжения, а вторая диагональ является первым выходом устройства второй гармоники, четвертая пара фоторезисторов включена в смежные четвертого множительного моста, первая диагональ которого соединена с выходами источника стабилизированного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введена пятая пара фоторезисторов, которая оптически связана через вторую пару электрооптических жидкокристаллических светофильтров с вторым выходом механического модулятора света, причем пятая пара фоторезисторов включена в другие смежные плечи четвертого множительного моста, вторая диагональ которого является вторым выходом устройства второй гармоники. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 660064, кл. G 06 G 9/00, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР о заявке 2933427/18-24, кл. G 06 G 9/00, 1980 (прототип).