Счетчик с кодом либау-крейга

 

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в различных устройствах дискретной автоматики. Цель изобретения - повышение помехозащищенности за счет исключения гальванических связей, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения как прямого, так и обратного счета, а также обеспечение визуального контроля. Устройство содержит реверсивный кольцевой счетчик с кодом Либау-Крейга. Для достижения поставленной цели в него введены тактовый источник 8 света, элект-рооптические волноводные дефлекторыпереключатели 5, 6, 7, управляющий злектрооптический волноводный дефлектор-переключатель 10 и узел 21 индис кации, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 03 К 23/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ автоматики. Цель изобретения — повышение помехозащищенности за счет исключения гальванических связей, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения как прямого, так и обратного счета, а также обеспечение визуального контроля. Устройство содержит реверсивный кольцевой счетчик с кодом Либау-Крейга. Для достижения поставленной цели в него введены тактовый источник 8 света, элект-. рооптические волноводные дефлекторыпереключатели 5, 6, 7, управляющий злектрооптический волноводный дефлектор †переключате tO и узел 2 1 индикации, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3849540/24-21 (22) 28.01.85 (46) 07.12.86. Бюл. Ф 45 (72) В.С. Осадчук, В.П.Кожемяко, В.Г.Красиленко и IO.А.Коломиец (53) 621.374(088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

В 1081806, кл. Н 03 К 23/12, 31. 12. 82.

Авторское свидетельство СССР

Р 919092, кл. Н 03 К 23/02, 17.09.80 ° (54) СЧЕТЧИК С КОДОМ ЛИБАУ-КРЕЙГА (57) Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в различных устройствах дискретной

„„Я0„„1275764 А 1

1275764

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах дискретной автоматики.

Целью изобретения является повышение надежности и помехозащищенности эа счет исключения гальванических связей, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения: как прямого, так и обратного счета, а также обеспечение визуального контроля.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2— вольт-амперная характеристика лямбдадиодов с нагрузочными прямыми а и 5 соответствующими двум сопротивлениям первого фотоприемника (темновому и световому). Точки устойчивого состояния ячейки обозначены буквами A u

B а соответствующие этим состояниям напряжения на лямбда-диоде — U иH, U

Устройство содержит разрядные ячейки 1.1-1,п, которые содержат первые фотоприемники 2.1-2.п, вторые фотоприемники 3.1-3.п, лямбда-диоды

4.1-4.п, первые 5.1-5.п, вторые 6.1-6.п и третьи 7.1-7.п электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели, тактовый источник 8 света, соединенный с шиной 9 тактовых импульсов, управляющий электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 10, соединенный с шиной 11 управления, электрические выходы

12,1-12.п счетчика, постоянный источник 13 света, первый 15 и второй

16 оптические формирователи в виде непрозрачной маски с разрядными окнами 16.1-16.п и 17.1-17.п и оптические связи 18, общую шину 19, шину

20 питания и узел 21 индикации °

Счетчик с кодом Либау-Крейга содержит шину 9 тактовых импульсов и разрядных ячеек 1. 1-1,п, которые соединены так, что выход i-й ячейки подключен к входу последующей, тактовый источник 8 света, шина 11 управления, управляющий электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 10, постоянный источник 13 света, первый

14 и второй 15 оптические формирователи в виде непрозрачной маски с разрядными окнами 16,1-16.п и 17.117.п, являющимися прямыми и инверсными оптическими выходами счетчика, разрядные 1.1, 1.2, ..., 1(п-1), 1.и содержат соответственно первый и второй фотоприемники 2. 1-2.п и 3.1-3.п лямбда-диод 4.1, 4,2, ..., 4.(n-1), 4.п, первый, второй и третий электрические волноводные дефлекторы пере5 ключатели 5.1, 6.1, 7,1; 5.2, 6,2, 7,2;

5, (n-1), 6. (n-1), 7. (n-1), 5.п, 6.п, 7.п причем первые выводы первого и второго фотоприемников лямбда-диода и третьего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 2.1 и 3.1; 4.1 и 7.1; 2.2 и 3.2; 4.2 и

7,2; 2.(п-1) и 3.(n-1), 4.(п-1) и

7.(п-1); 2.п и З.п, 4.п и 7,п каждой ячейки 1.1; 1.2, ..., 1.(п-1), 1.п. соединены вместе и являются электрическими выходами 12„1, 12.2, 12. (n-1), 12.п разрядных ячеек 1.1, 1.2...,, 1, (п-1), 1.п, вторые выводы вторых фотоприемников 3,1, 3,2, 3.(n-1), 3.п, лямбда-диодов 4.1, 4.2, ..., 4. (n-1), 4. и и третьих электрооптических волноводных дефлекторовпереключателей 7.1, 7.2, ..., 7.(n-1), 7.п соединены с общей шиной 19, вторые выводы первых фотоприемниксв 2. 1, 2. 2, ..., 2,. (n-1), 2.n соединены с шиной 20 питания, первые электрооПтические волноводные дефлекторы-переключатели 5.1, 5.2, ..., 5.(n-1) разрядных ячеек 1.1-1.(п-1) включены параллельно электрическим выходам соответственно последующих разрядных ячеек 1.2, 1.3, 1.п, первый электрооптический волноводный дефлектор-переключатель

5.п п-й разрядной ячейки 1.п подключен между шиной 20 питания и электрическим выходом 12.1 первой разрядной ячейки 1.1, второй электрический волноводный дефлектор-переключатель

6i(i%1) п-разрядной ячейки включен между электрическим выходом предыдущей разрядной ячейки и общей шиной, второй электрооптический волноводный . дефлектор-переключатель 6.1 нервой разрядной ячейки 1.1 подключен между шиной 20 питания и электрическим выходом 12.п и-й разрядной ячейки, 2.п оптических выход тактового источника 8 света соединен с оптическим входом управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10, первый оптический выход которого соединен с оптическими входами всех. первых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5. 1, 5.2, ..., 5.(n-1), 5.п, а второй оптический выход соединен с оптическими входами всех вторых

1275764 электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.1, 6.2, 6.(п-1), 6.п, первые оптические выходы всех первых. и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1, 5.2, ..., 5.(n-1), 5.п и 6.1, 6.2, °, 6, (п-1), 6.п соединены с первыми фотоприемниками

2. 1, 2.2, ..., 2.(n-1), 2.п, вторые оптические выходы всех первых и вто- 10 рых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1, 5.2, 5(n-1), 5.п и 6,1, 6,2, 6.(n-1), 6.п соединены с вторыми фотоприемниками 3.1, 3,2. ..., f5

3.(n-1), З.п соответственно в каждой разрядной ячейке 1.1, 1.2, 1.(n-1), 1.п и постоянный источник 13, света оптически соединен с оптическими входами всех третьих электрооп- 20 тических волноводных детекторов-переключателей 7.1, 7.2, ..., 7.(n-1), 7.п первые и вторые оптические выходы которых являются прямыми и инверсными оптическими выходами разряд- 25 ных ячеек и связаны с соответствующими разрядными окнами 16. 1, 16.2, 16. (n-1), 16.п и 17.1, 17.2, 17.(n-1), 17.п первого 14 и второго 15 формирователей и виде непрозрачной ЗО маски, тактовый источник 8 света включен между шиной 9 тактовых импульсов и общей шиной 19, а источник

13 постоянного света, третьи электрооптические волноводные дефлекторыпереключатели 7.1-7.п и первый 14 и второй 15 формирователи в виде непрозрачной маски с разрядными окнами

16. 1-16.п и 17.1-17.п образуют узел

21 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Каждая разрядная ячейка 1.1-1.п устройства может находиться в одном из двух устойчивых состояний. При 4> этом напряжение на электрических выходах f2.1-12.п разрядных ячеек

1. 1-1.п соответственно UA приблизительно равно нулю, и U приблизитель но равно E „ц (см. фиг. 2). Пере- Ы ключение разрядных ячеек 1.1-1.п происходит под действием оптических импульсов, вырабатываемых тактовым источником 8 света. При поступлении тактовых импульсов на шину 9 опти- Ы ческий. импульс, вырабатываемый тактовым источником 8 света, поступает на вход управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10.

Используемые в устройстве электро" оптические волноводные дефлекторыпереключатели на основе диэлектрических волноводных слоев могут быть построены на принципах электрооптической фазовой решетки или интеграль. ного аналога интерферометрической секции. Такие электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели в интегральном исполнении работают с низкими управляющими напряжениями (порядка несколько вольт), обладают высоким быстродействием (несколько наносекунд), имеют полосу пропускания по управляющему сигналу в несколько гигагерц, надежны в работе. Угол отклонения оптического излучения a электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях при действии управляющего напряжения составляет единицы градусов.

При отсутствии управляющего напряжения на управляющем электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 10, т ° е. когда на шине 11 управления электрический нуль, оптический импульс от тактового источника 8 света с выхода управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10 поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.16.п разрядных ячеек 1.f — 1.ï. При этом в устройстве осуществляется прямой счет, т.е. сложение. При наличии управляющего напряжения на шине 11 управления, т.е. когда на управляющем электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 10 существует управляющее напряжение, оптический импульс от тактового источника 8 света с выхода управляющего электрооптического волноводноro дефлекторапереключателя 10 поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5,п разрядных ячеек 1.1 †.n. При этом в устройстве осуществляется реверсивный счет, т.е. вычитание.

При отсутствии управляющего напряжения на электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях

5.1 — 5.п и 6.1-6.п их выходы будут оптически связаны с вторыми фотоприемниками 3.1-3.п соответственно в каждой ячейке 1.1-1.п. Когда к элект1275764 рическим волноводным дефлекторампереключателям 5.1-5.п и 6.1-6.п прикладывается управляющее напряжение, их выходы будут оптически связаны с первыми фотоприемниками 2.1

2.п соответственно в каждой разрядной ячейке 1.1-1.п. В исходном состоянии, на шине 9 тактовых импульсов сигнал отсутствует и тактовый источник 1О

8 света не излучает, поэтому все фотоприемники 2:1-2.п, 3.1-3.п независимо от состояния электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.п и 6.1-6.п находятся в состоянии темнового сопротивления, которое является большим.

При подаче напряжения питания

Е„„ на ячейки 1.1-1.п из-за низко" го наклона нагрузочной прямой (фиг. 2) 20

s связи с большим темновым сопротивлением фотоприемников 2,1-2,п ячейки

1.1-1.п устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке A . Напряжение на лямбда-диодах 25

4.1-4.п, электроолтических волноводных дефлекторах-переключателях

7. 1-7.п и электрических выходах 12,112.п разрядных ячеек 1.1-1.п, приблизительно равно нулю. 30

Оптический сигнал от постоянного источника 13 света поступает через

Электрические волноводные дефлекторыпереключатели 7.1-7.п на соответс.твующие разрядные окна 17.1, 17.2, 35

17.п которые являются инверсными оптическими выходами устройства. На прямых оптических выходах (на разрядных окнах 16.1-16.n) счетчика присут40 ствуют оптические логические нули наряду с электрическими нулями на выходах 12.1-12.п. Такое состояние счетчика является исходным.

Переключение любой ячейки счетчи45 ка из состояния логического нуля в состояние логической единицы происходит при подаче оптического сигнала на первый фотоприемник этой разрядной ячейки.

Процесс переключения происходит

50 следующим образом.

Сопротивление фотоприемника 2 (2,2, ..., 2.n) под воздействием оптического импульса начинает падать и наклон нагрузочной прямой (фиг. 2) начинает увеличиваться. Ток через лямбда-диод 4 (4.2, ..., 4.n) растет и рабочая точка по вольт-амперной характеристике движется вверх, пока модуль дифференциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фотоприемника 2(2.2, ..., 2.n), которое уменьшается под воздействием

Ф оптического импульса. В этот момент происходит переключение ячейки 1 (1.2, ..., 1.n) рабочая точка скачком по нагруэочной прямой перемещается из точки C в точку Ь (фиг, 2).

Устойчивое состояние (Ь) сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоприемника 2 (2.2, 2.n), так как даже при наклоне нагрузочной прямой, соответствующей прямой а (фиг. 2), рабочая точка не может перейти из точки Ь в точку A

Обратное переключение ячейки из точки Ь в точку Й может произойтилишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде уменьшится до напряжения отсечки

U ° Для этого необходимо воздействовать оптическим импульсом на второй фотоприемник 3(3.2, ..., З.n).

Под воздействием излучения его сопро-. тивление начинает падать, напряжение на лямбда-диоде 4 (4.2, ..., 4.n) тоже падает. В момент, когда оно станет меньше напряжения U, рабочая точка переместится иэ точки 5 в точку A, т.е. произойдет переключение разрядной ячейки 1(1.2, ..., 1.n) в состояние логического. нуля.

Для устранения искажения вольтамперной характеристики лямбда-диодов темновое сопротивление фотоприемников 2.1-2.п выбирается на порядок меньше темнового сопротивления вторых фотоприемников 3.1-3.п. При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 2.1-?.n и 3.1-3.п обеспечивается устойчивое состояние в точках А и 5, Минимальная длительность тактовых импульсов должна быть не меньше времени переключения фотоприемников 2.1-2.п, 3.1-3.п, например, фотодиодов, и лямбда-диодов 4.1-4.п.

Время переключения тех и других составляет в лучших случаях десятки-сотни наносекунд. Время установления управляющего напряжения на электрооптических волноводных дефлекторахпереключателях 5.1-5.п, 6.1-6.п выбирается в несколько раз больше минимальной длительности тактовых импульсов, поэтому процесс переключения электрооптических волноводных дефлек1275764 торов-переключателей 5.1-5.п, 6.1-6.п будет ° заканчиваться после окончания тактовых импульсов минимальной длительности. При этом i-й тактовый оптический импульс в каждой разрядной ячейке 1.1-1.п воздействует только на один фотоприемник 2.1-2.п или

3.1-3.п.

При подаче первого тактового оптического импульса от тактового источника 8 света в режиме сложения он ,проходит через управляющий электрооптический волноводный дефлекторпереключатель 10 и поступает на входы электрооптических волноводных дефлек- !5 торов-переключателей 6.1-6.п. С выходов электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.2-6.п оптический импульс поступает на фотоприемники 3.2-3.п, что не приводит к изменению состояния разрядных ячеек !.2-1.п находящихся в устойчивом состоянии в точке A (фиг. 2). С выхода электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 6.1, на кото-25 рый действует управляющее напряжение, оптический импульс поступает на фотоприемник 2.1. При этом первая ячейка 1.1 переключается из нулевого состояния в единичное, т.е. на электрооптическом волноводном дефлекторепереключателе 6.2, второй разрядной ячейки 1.2 появляется управляющее напряжение. По второму тактовому оптическому импульсу состояние первой разрядной ячейки не изменится, 35

t а вторая разрядная ячейка 1 ° 2 переключится из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

Таким образом процесс происходит 40 до переключения разрядной ячейки

1.п из состояния логического нуля в . состояние логической единицы. При этом напряжение на электрическом выходе 12.п приблизительно равно Е„„ это ке напряжение на втором выходе электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 6.1, а так как первый вывод электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 50 подключен к шине 25 питания, то напряжение на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе.6.1 становится равным приблизительно нулю и его выход будет оптически со- SS единен с вторым фотоприемником 3.1.

При поступлении следующих и тактовых оптических импульсов происходит последовательное переключение разрядных ячеек 1.1-1.п из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Пбтом цикл работы повторяется.

Таким образом, при поступлении тактовых импульсов на вход 9 в режиме прямого счета, т.е. сложения, на электрических выходах !2.1-12.п ячеек появляется информация о количестве поступающих импульсов в коде Либау-Крейга, эта же информация выдается и на оптические прямые выходы (окна 16. 1-16.п) и инверсные выходы (окна !7. 1-17.n).

В режиме инверсного счета, т.е. вычитания импульсов, когда на шину 11 управления подано управляющее напряжение, оптические импульсы с выхода управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя

10 поступают на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.п разрядных ячеек 1. 11.п. Если устройство находится в исходном состоянии, т.е. на электрических выходах 12.! — 12.п разрядных ячеек 1.1-1.п электрические нули, то первый тактовый оптический импульс проходит через электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели

5 ° 1-5.п на вторые фотоприемники

3.1-3.(п-1) разрядных ячеек 1.1— вЂ,1(п-1) и на первый фотоприемник 2.п разрядной ячейки 1.п, так как на электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 5.п действует управляющее напряжение. Поэтому по первому тактовОму оптическому импульсу происходит переключение разрядной ячейки t.n из состояния логического нуля в состояние логической единицы, остальные разрядные ячейки не изменяют своего состояния. На электрическом выходе 12.п ячейки

1.п будет напряжение, приблизительно равное Е„„, это же напряжение прикладывается к электрооптическому волноводному дефлектору-переключателю 5.(n-1) разрядной ячейки 1.(n-1).

По второму тактовому оптическому импульсу произойдет переключение разрядной ячейки t(n-1) из состояния логического нуля в состояние логической единицы.

Таким образом процесс происходит до переключения разрядной ячейки

1.1 из состояния логического нуля в состояние логической единицы. При

64 l0 переключение ячеек 1.п-l.l из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Далее цикл работы повторяется. Количество разрядных ячеек и может быть любым.

12757 этом напряжение на электрическом выходе 12.1 разрядной ячейки 1.1 становится равным .приблизительно

Е „„, а на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе. 5.п разрядной ячейки l.п приблизительно равным нулю. Теперь выход электрооптического волноводного дефлекторапереключателя 5.п будет оптически соединен с вторым фотоприемником 3.п 10 разрядной ячейки l.п. При поступлении следующих и тактовых оптических импульсов происходит последовательное

В таблице показано изменение состояния электрических выходов 12. 1-12.5 пятиразрядного счетчика в режиме прямого счета (сложение) и в режиме реверсивного счета (вычитание) при поступлении тактовых оптических импульсов на вход 9 счетчика.

Реверсивный счет 1

Тактовые Прямой счет импульсы

12.1 12.2 12.3 12.4 12.5

12,1 12,2 12 3 12.4 12,5

0 0 0 1

I О 0 0 0 0

1 1 0 0 О 0 0 0 1 1

1 1 1 0 О 0 0 1 1 1

1 1 1 I 0 0 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 l 1 1

1 1 1 0

1 1 0 0

1 0 0 0

0 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1

О О О 0 1 1 0 О О 0

0 0 0 О О 0 0 0 0 0

Формула изобретения

6 ных связей — оптические связи, например, на световодах, первый вывод тактового источника света соединен с шиной тактовых импульсов., второй вывод — с общей шиной, первый вывод управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя соединен с шиной управления реверсом, втЬрой — с общей шиной, каждая разрядная ячейка содержит первый и второй фотоприемники, лямбда-диод, первый и второй электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели, причем первые выводы фотоприемников и лямбда-диода объединены и являются электрическим выходом разрядной ячей1. Счетчик с кодом Либау-Крейга, 45 содержащий шину тактовых импульсов, шину управления реверсом,п-разрядных ячеек, выходы которых связаны с входами предыдущих и последующих разрядных ячеек через ключевые элемен- 50 ты, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и помехозащищенности, в нем в качестве источника тактовых импульсов используется тактовый источник счета, в 55 качестве ключевых элементов — электрооптические волноводные дефлекторыпереключатели, а в качестве сигналь0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0

1275764

l2. ки, вторые выводы вторых фотоприемников и лямбда-диодов соединены с общей шиной, вторые выводы первых фотоприемников соединены с шиной питания, первые электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели разрядных ячеек с первой по (n-1)-ю включены между электрическими выходами соответственно последующих разрядных ячеек и общей шиной, первый 10 электрооптический волноводный дефлектор-переключатель и-разрядной ячейки подключен между шиной питания и электрическим выходом первой разрядной ячейки, второй электрооптичес-l5 кий волноводный дефлектор-переключатель i-й(Н1) и разрядной ячейки подключен между электрическим выходом предыдущей разрядной ячейки и общей шиной, второй электрический 20 волноводный дефлектор-переключатель первой разрядной ячейки подключен между шиной питания и электрическим выходом и-й разрядной ячейки, оптический выход тактов@го источника све-25 та соединен с оптическим входом уп..равляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя, первый оптический выход которого соединен с оптическими входами всех первых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей, второй оптический выход — с оптическими входами всех вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей, пеовые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей соединены с первыми фотоприемниками, вторые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей — с вторыми фотоприемниками в каждой разрядной ячейке соответственно.

2. Счетчик по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью обе"печения визуального контроля, он содержит узел индикации, в котором имеется источник постоянного света, первый и второй оптические формирователи в виде непрозрачной массы с разрядными окнами, являющимися прямыми и инверсными оптическими выходами счетчика, а также третьи электрооптические волноводные дефлекторыпереключатели по числу разрядных ячеек, первые выводы которых соединены с электрическими выходамИ своих разрядных ячеек, вторые выводы — с общей шиной, входы оптически связаны с выходом источника постоянного света, а первые и вторые выходы — с соответствующими разрядными окнами первого и второго оптических формирователей.

1275764

Вовс 8 - "Епигп (Составитель Г. Пешков

Техред Л.Олейник . Корректор О. Луговая

Редактор А. Шандор

Заказ 6581/57

Тираж 816

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4