Регулируемое акустоэлектронное устройство

 

Использование: в качестве регулируемого акустоэлектронного устройства временной или фазовой селекции сигналов, например, в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки (РУЛЗ) в различных радиоэлектронных системах обработки сигнальной информации. Сущность изобретения: устройство выполнено на основе звукопровода из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, с электрически регулируемым пространственным положением плоской доменной границы (ПДГ) и содержащем информационный акустический канал, а также контрольно-измерительный акустический канал, включенный в цепь отрицательной обратной связи по пространственному положению ПДГ. В качестве преобразователей объемных акустических волн (ОАВ) контрольно-измерительного акустического канала использованы пьезоэлектрические преобразователи сдвиговой моды колебаний, расположенные со стороны двух противолежащих Z-граней звукопровода и размещенные в рабочей области перемещения ПДГ с полным ее перекрытием, при этом оси акустической поляризации обоих пьезопреобразователей контрольно-измерительного акустического канала ориентированы коллинеарно друг к другу и под углом π/4 к плоскости ПДГ. Акустический контакт каждого из этих преобразователей ОАВ со звукопроводом выполнен с использованием иммерсионного диэлектрического слоя. В качестве блока формирования сигнала управления использован фазовый детектор с элементом сравнения с уставкой. Приведено соотношение для выбора частоты генератора опорного синусоидального сигнала, равной частотам резонанса обоих пьезопреобразователей контрольно-измерительного акустического канала. 2 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности акустоэлектронике, и может быть использовано в качестве регулируемого акустоэлектронного устройства временной или фазовой селекции сигналов, например в качестве регулируемой ультразвуковой линии задержки, в различных радиоэлектронных системах обработки сигнальной информации.

Известны регулируемые акустоэлектронные устройства временной и фазовой селекции сигналов, в частности регулируемые ультразвуковые линии задержки (РУЛЗ), содержащие пьезокристаллический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сигнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или обеих противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода в рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника постоянного электрического напряжения [1] Основным недостатком таких регулируемых акустоэлектронных устройств является невысокая точность регулирования информативного параметра (в частности, величины времени задержки сигнала в РУЛЗ ОАВ), обусловленная низкой воспроизводимостью промежуточной регулировочной характеристики устройства: "изменение величины управляющего сигнала на выходе регулируемого источника напряжения изменение местоположения доменной границы в звукопроводе", связанной с наличием отклонений в стихеометрическом составе монокристаллического материала звукопровода, степенью его дефектности, униполярности и т. д. приводящим к практически непредсказуемому изменению реальных величин коэрцетивных полей монокристалла и, как следствие, к нарушению однозначности и воспроизводимости регулировочной характеристики устройства: "величина управляющего электрического напряжения величина регулируемой временной задержки сигнала".

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является другое известное регулируемое акустоэлектронное устройство, выполняющее функции регулируемого фазового или временного сдвига, в частности и функции РУЛЗ ОАВ, выбранное в качестве устройства прототипа, содержащее пьезокристаллический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или двух противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, дополнительные входной и выходной преобразователи ОАВ, также находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и размещенные со стороны двух его противолежащих торцовых граней, ортогональных одной или обеим указанным выше рабочим торцовым граням звукопровода, и образующие контрольно измерительный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода в рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника постоянного электрического напряжения, вход которого через блок формирования сигнала управления соединен с выходным преобразователем ОАВ контрольно-измерительного акустического канала, а входной преобразователь последнего соединен с генератором опорного синусоидального сигнала [2] В этом известном регулируемом акустоэлектронном устройстве отработка заданной величины регулируемого информативного параметра (фазового сдвига, временной задержки) осуществляется с использованием отрицательной обратной связи по положению ПДГ в звукопроводе, благодаря чему оно характеризуется достаточно высокой точностью регулирования. Однако это имеет место только для очень узкого диапазона регулирования информативного параметра, в частности, ограниченного десятыми долями процента для РУЛЗ ОАВ.

Обусловлено это несколькими причинами. Прежде всего, сама топология данного регулируемого акустоэлектронного устройства ограничивает максимальный потенциально возможный диапазон регулирования величины времени задержки информационного сигнала значением, не превышающим 3% от его номинальной величины (см. например, [1]). Кроме того, используемая топология контрольно-измерительного акустического канала, принципиально ограничивающая область пространственного перемещения ПДГ из-за необходимости размещения преобразователей этого канала по разные стороны от нее (см. [2]), еще более сужает (в несколько раз) диапазон регулирования. Наконец, дополнительное сужение достижимого диапазона регулирования в известном устройстве связано и с необходимостью реализации однозначной зависимости выходного сигнала контрольно-измерительного канала относительно величины смещения ПДГ. В результате, приемлемая точность регулирования величины времени задержки в устройстве-прототипе оказывается достижимой лишь в диапазоне регулирования, не превышающем нескольких десятых долей процента.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении высокой точности регулирования величины информативного параметра, гарантируемой использованием цепи отрицательной обратной связи по положению ПДГ, в широком диапазоне его регулирования, в частности, в обеспечении высокой точности регулирования величины времени задержки в РУЛЗ ОАВ в диапазоне его регулирования до десятков и сотен процентов от номинального значения. Реализация этого на основе использования цепи отрицательной обратной связи по положению ПДГ в звукопроводе устройства предполагает обеспечение условий расширения диапазона контролируемого цепью отрицательной обратной связи пространственного положения ПДГ.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в регулируемом акустоэлектронном устройстве, содержащем пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или двух противолежащих рабочих торцовых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, дополнительные входной и выходной преобразователи ОАВ, также находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом, размещенные со стороны двух его противолежащих граней, ортогональных одной или обоим указанным выше рабочим торцовым граням звукопорвода, и образующие контрольно-измерительный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода в рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника постоянного электрического напряжения, вход которого через блок формирования сигнала управления соединен с выходным преобразователем ОАВ контрольно-измерительного акустического канала, а входной преобразователь последнего соединен с генератором опорного синусоидального сигнала, согласно изобретению, в качестве преобразователей ОАВ контрольно-измерительного акустического канала использованы пьезоэлектрические преобразователи сдвиговой моды колебаний, расположенные со стороны двух противолежащих Z-граней звукопровода и размещенные в рабочей области перемещения ПДГ с полным ее перекрытием, при этом оси акустической поляризации обоих пьезопреобразователей контрольно-измерительного акустического канала ориентированы коллинеарно друг к другу и под углом π/4 к плоскости ПДГ, акустический контакт каждого из этих преобразователей ОАВ со звукопроводом выполнен с использованием иммерсионного диэлектрического слоя, а в качестве блока формирования сигнала управления использован фазовый детектор с элементом сравнения с уставкой, при этом частота f₀ генератора опорного синусоидального сигнала, равная частотам резонанса обоих пьезопреобразователей контрольно-измерительного акустического канала, выбрана из соотношения: f_o= v_s1v_s2/4bΔv_s, где b размер (толщина) звукопровода в направлении, перпендикулярном двум его противолежащим Z-граням, м; Δv_s= (v_s1-v_s2) различие скоростей "быстрой" V_S1и "медленной" V_S2 сдвиговых ОАВ, распространяющихся в направлении кристаллофизической оси Z материала звукопровода по разные стороны от ПДГ, м/с.

На фиг. 1, а, б схематично изображено регулируемое акустоэлектронное устройство (показаны два варианта его конструктивного выполнения вид со стороны торцовой грани, перпендикулярной плоскости ПДГ), на фиг. 2 представлена типичная зависимость изменения фазы сигнала на выходе датчика пространственного положения ПДГ в звукопроводе от координаты местоположения ПДГ в нем (фиг. 2, а), в том числе в соотнесении с двумя различными координатами х- и х+ пространственного положения ПДГ в рабочей области ее перемещения по звукопроводу фиг. 2,б, в).

Регулируемое акустоэлектронное устройство содержит: звукопровод 1, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, например, молибдата тербия или гадолиния, в виде пластины Z-среза ( фиг. 1, а, б), содержащей по крайней мере два разнополярных домена 2 и 3, разделенных плоской доменной границей (ПДГ) 4, а также основные входной 5 и выходной 6 пьезопреобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом 1 и расположенные на его одной рабочей торцовой грани 7 (фиг. 1, а) или на двух противолежащих рабочих торцовых гранях 7 и 8 (фиг. 1, б), перпендикулярных Z-граням звукопровода 1; дополнительные входной 9 и выходной 10 преобразователи ОАВ, находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом 1 через иммерсионные диэлектрическое слои 11 и 12 соответственно, и размещенные со стороны двух его противолежащих Z-граней 13 и 14, ортогональных одной или обеим рабочим торцовым граням (грань 7 на фиг. 1, а; грани 7 и 8 на фиг. 1, б); управляющие электроды 15 и 16, расположенные на двух противолежащих Z-гранях 13, 14 звукопровода 1 в рабочей области перемещения ПДГ 4, подсоединенные к выходным клеммам 17 и 18, соответственно, регулируемого источника 19 постоянного электрического напряжения, вход которого 20, через блок 21 формирования сигнала управления, соединен (клемма 22) с выходным дополнительным преобразователем 10, а выходной дополнительный преобразователь 9 подсоединен (клемма 23) к генератору 24 опорного синусоидального сигнала.

Основные преобразователи ОАВ 5 и 6 вместе с ПДГ образуют информационный акустический канал, а электрические выводы 25 и 26 преобразователей 5 и 6 являются соответственно входом и выходом всего устройства. В случае размещения преобразователей 5 и 6 на одной торцовой грани 7 (фиг. 1, а) в качестве этих преобразователей предпочтительно использование пьезопреобразователей ОАВ сдвиговой моды колебаний или продольной и сдвиговой мод колебаний (для преобразователей 5 и 6 или 6 и 5, соответственно). В случае же размещения преобразователей 5 и 6 на двух противолежащих торцовых гранях 7 и 8 (фиг. 1, б) в качестве этих преобразователей целесообразно использование пьезопреобразователей только различных мод колебаний (сдвиговой и продольной для преобразователей 5 и 6 соответственно или наоборот).

Дополнительные преобразователи ОАВ 9 и 10 вместе с ПДГ 4 образуют контрольно-измерительный акустический канал устройства. При этом в качестве преобразователей 9 и 10 использованы пьезопреобразователи ОАВ сдвиговой моды колебаний, при этом оси акустической поляризации этих пьезопреобразователей 9, 10 ориентированы коллинеарно друг к другу и под углом π/4 к плоскости ПДГ. Преобразователи 9 и 10 расположены со стороны Z-граней 13, 14, ортогональных плоскости ПДГ 4, и размещены в рабочей области перемещения ПДГ 4 с полным ее перекрытием, причем акустический контакт каждого из преобразователей 9 и 10 со звукопроводом 1 выполнен с использованием иммерсионного диэлектрического слоя 11 и 12 соответственно.

В качестве блока 21 формирования сигнала управления использован фазовый детектор 21", электрически последовательно соединенный с элементом сравнения 21' с уставкой ("уставка").

Следует отметить, что звукопровод 1 может содержать и более двух разнополярных доменов, разделенных соответствующими дополнительными по отношению к ПДГ 4 доменными границами, однако последние могут находиться при этом лишь вне рабочей области перемещения ПДГ 4 и вне апертуры акустического контрольно-измерительного канала (9 4 10). Кроме того, отметим, что при размещении входного 5 и выходного 6 преобразователей со стороны одной рабочей торцовой грани 7 (фиг. 1, а) противолежащую ей грань 8 целесообразно выполнять непараллельной первой и снабдить ее звукопоглащающим покрытием 27 для уменьшения уровня ложных сигналов (УЛС). Отметим также, что конкретная схемотехника блока 21 может отличаться от изображенной на фиг. 1, а, б (в частности, элемент сравнения 21' может быть выполнен встроенным в схему амплитудно-фазового детектора 21"). Наконец, отметим, что спектр приемлемых материалов для реализации иммерсионных слоев 11 и 12 весьма разнообразен, хотя на практике в большинстве случаев используется, как правило, трансформаторные масла и эпоксидные смолы (без отвердителей). Дополнительно отметим, что цепь обратной связи может содержать также усиленные элементы (на фиг.1, а, б не показаны), служащие для уменьшения погрешности регулирования.

Регулируемое акустоэлектроннное устройство работает следующим образом.

При подаче входного радиочастотного сигнала (информационного) на электрическую клемму 25 входного преобразователя 5 последний возбуждает объемные акустические волны (продольные L или сдвиговые S в зависимости от типа преобразователя 5), распространяющиеся в звукопроводе 1 в направлении ПДГ 4. По достижении ПДГ 4, ОАВ взаимодействует с ней: частично отражаются от ПДГ и частично преломляются на ней, а также частично преобразуют свой модовый состав, т. е. волны L-моды преобразуются в волны S-моды или наоборот. Провзаимодействовавшие с ПДГ 4 ОАВ распространяются далее в направлении выходного преобразователя 6, на котором они преобразуются в электрический радиочастотный выходной информационный сигнал, снимаемый с электрической клеммы 26 выходного преобразователя 6. При этом, выходной электрический сигнал оказывается задержанным относительно входного на время, определяемое длиной акустического информационного канала (преобразователь 5 ПДГ 4 - преобразователь 6) и скоростями распространения ОАВ в нем (с учетом возможного их различия на различных участках этого акустического канала). Так, в частности, в конструктивном варианте устройства, изображенном на фиг. 1, а, формирование выходного сигнала осуществляется с использованием эффекта отражения излученных преобразователем 5 ОАВ от ПДГ 4, а в конструктивном варианте устройства, изображенном на фиг. 1, б, с использованием эффекта прохождения ОАВ через ПДГ с преобразованием мод колебаний на ней.

Поскольку известно [3] что наиболее эффективное (в энергетическом смысле) отражение ОАВ от ПДГ при нормальном падении их на ПДГ для сдвиговых (S) ОАВ, а также для ОАВ, отраженных от ПДГ с преобразованием мод колебаний (L в S или S в L), то в первом конструктивном варианте устройства (фиг. 1, а) преобразователи 5 и 6 либо оба сдвиговой моды колебаний S (с плоскостью смещений, параллельной Z-граням звукопровода 1), либо один из преобразователей 5, 6 сдвиговой моды колебаний S, а другой продольной моды колебаний L. Временная задержка t выходного сигнала относительно входного для двух указанных случаев определяется соотношениями, соответственно: t=(x₁+x₂)/v_S и t=(x₁/v_L+x₂/v_S) или t=(x₁/v_S+x₂/v_L), (1) где v_S и v_L скорости ОАВ S- и L-мод колебаний, соответственно; х₁ и х₂ расстояния от ПДГ до входного и от ПДГ до выходного преобразователей соответственно.

Учитывая, что для данного конструктивного варианта устройства ( фиг. 1, а) х₁ ≃ х₂, соотношения (1) преобразуются к виду: t=2x₁/v_S и t=x₁(1/v_L+1/v_S) (1*)
Во втором конструктивном варианте устройства (фиг. 1, б) один преобразователь (5 или 6) сдвиговой моды кобебаний, а другой продольной, поэтому временная задержка t выходного информационного сигнала относительно входного определяется соотношениями:
t=(x₁/v_L+x₂/v_S) и t=(x₁/v_L+x₂/v_S) или t=(x₂/v_L+x₁/v_S), (2)
где все обозначения идентичны оговоренным выше с тем лишь добавлением, что теперь (фиг. 1, б) величины х₁ и х₂ связаны между собой соотношением: х₁+х₂= l, где l длина звукопровода 1. С учетом этого, соотношения (2) преобразуются к виду:
t=l/v_S+x₁(1/v_L+1/v_S) или t=l/v_L+x₁(1/v_S+1/v_L) (2*)
В соотношениях (1*) и (2*) величины l, v_S и v_L являются фиксированными для выбранных размеров звукопровода, его материала и направления распространения ОАВ в нем. Таким образом, временная задержка t выходного информационного сигнала относительно входного в заявляемом устройстве оказывается однозначно связанной с местоположением ПДГ 4 в звукопроводе, определяемом, в частности, расстояние х₁ от входного преобразователя 5 до ПДГ 4 вдоль акустического информационного канала.

При наличии на выходных клеммах 17 и 18 регулируемого источника 19, а следовательно, и на управляющих электродах 15 и 16, постоянного электрического напряжения, создающего в области звукопровода 1 под электродами 15, 16 электрическое поле Е, превышающее по величине соответствующее коэрцетивное значение Е, в силу сегнетоэлектрических свойств материала звукопровода 1 имеет место его периполяризация, которая, благодаря сегнетоэластической природе материала звукопровода 1, осуществляется путем бокового смещения ПДГ 4 по звукопроводу 1. Это, в зависимости от знака приложенного к электродам 15, 16 электрического напряжения, приводит к увеличению или уменьшению расстояния х₁ между входным преобразователем 5 и ПДГ 4 на величину Δx₁ и, как следствие, к соответствующему изменению Δt величины временной задержки t в устройстве:


Как следует из соотношений (1^**) и (2^**), для первого конструктивного варианта устройства (фиг. 1, а) диапазон регулирования Δt определяемый величиной Δx₁ ограничен сверху лишь длиной звукопровода и может в несколько раз превышать номинальное значение временной задержки, т. е. может достигать сотен процентов. Для второго конструктивного варианта устройства (фиг.1, б) из соотношений (1^**) и (2^**) следует, что максимально возможный диапазон регулирования Δt_max ограничен относительной величиной разности скоростей v_L и v_S ОАВ (v_L-v_S)/v_L,S, которая для кристаллов, изоморфных молибдату гадолиния, составляет ≃ 14% в связи с чем максимальный реально достижимый диапазон регулирования составляет (10-12)% Отметим, что конкретная величина диапазона регулирования в заявляемом устройстве формируется соответствующим выбором размеров рабочей области перемещения ПДГ 4, которая, в свою очередь, определяется протяженностью управляющих электродов 15, 16 в направлении информационного акустического канала.

Отработка заданной величины изменения временной задержки Δt^* информационного сигнала в регулируемом акустоэлектронном устройстве осуществляется и использованием цепи отрицательной обратной связи по изменению пространственного положения Δx ПДГ 4 в звукопроводе 1, однозначно связанному с соответствующими величинами Δx₁ и Δx₂ В частности:
Δx = Δx₁= -Δx₂ для конструктивного варианта на фиг. 1, а, (3)
Δx = Δx₁= l-Δx₂ для конструктивного варианта на фиг. 1, б (4)
Цепь обратной связи образована контрольно-измерительной схемой (24, 23, 9, 10, 22, 21, 20, 19, 18), в которой генератор 24 опорного синусоидального сигнала фиксированной частоты вместе с акустическим контрольно-измерительным каналом (23, 9, 10, 22) играет роль датчика пространственного положения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения: устройство 21 формирования сигнала управления играет роль преобразователя сигнала с датчика (фазовый детектор 21") и элемента сравнения 21': регулируемый источник 19 постоянного электрического напряжения роль исполнительного органа. Описанная цепь обратной связи осуществляет автоматическую коррекцию величины и знака постоянного электрического напряжения на выходных клеммах 17, 18 источника 19, прикладываемого к управляющим электродам 15, 16, обеспечивающую реализацию необходимой величины х смещения ПДГ 4 для получения заданного значения временной задержки t* информационного сигнала.

Характерной особенностью функционирования заявляемого устройства, обусловленной спецификой его конструкции (ее существенными отличиями) в сравнении с устройством прототипом, является реализация процесса выработки управляющего сигнала, поступающего на вход 20 регулируемого источника 19.

Осуществляется это следующим образом. Подсоединенный к генератору 24 опорного синусоидального сигнала фиксированной частоты f₀ входной пьезопреобразователь 9 возбуждает объемную акустическую волну (ОАВ), которая, пройдя через иммерсионный слой 11, распространяется по звукопроводу 1 во всей рабочей области перемещения ПДГ 4 в направлении, параллельном плоскости последней. Пройдя звукопровод 1 и миновав второй иммерсионный слой 12, эта ОАВ преобразуется выходным пьезопреобразователем 10 в электрический сигнал, выделяемый на клемме 22.

Этот сигнал несет информацию о положении ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения (фиг. 2, а).

Действительно, благодаря выбранной ориентации оси акустической поляризации преобразователя 9 под углом π/4 к плоскости ПДГ 4, излучаемые им в звукопровод 1 сдвиговые ОАВ, распространяющиеся в направлении кристаллофизической оси Z материала звукопровода 1, характеризуются различными величинами скоростей v_S1 и v_S2 в соседних 2 и 3 по разные стороны от ПДГ 4, и соответствует, так называемым, "быстрой" v_S1 и "медленной" (v_S2) сдвиговым ОАВ. В результате, пройдя по звукопроводу 1 в направлении преобразователя 10, эти две парциальные акустические волны ("быстрая" и "медленная" сдвиговые ОАВ) приобретают различные величины фазового набега, определяемые скоростями v_S1 и v_S2 и пройденным расстоянием в направлении Z-оси звукопровода (толщина b звукопровода 1). Достигнув преобразователя 10, две указанные парциальные ОАВ преобразуются в электрический сигнал, причем благодаря коллинеарности осей акустической поляризации преобразователей 9, 10, выходной электрический сигнал преобразователя 10 формируется векторной суммой двух парциальных акустических волн, прошедших звукопровод 1 в области доменов 2 и 3 соответственно и характеризующихся как различием величин из фазовых набегов, так и в общем случае различием их амплитудных весовых коэффициентов. Последние пропорциональны соответствующим размерам а₁ и а₂ доменов 2 и 3, занимающим рабочую область (х_к х_н) перемещения ПДГ (фиг. 2, б, в). Благодаря выбранному значению частоты f₀ генератора 24 опорного синусоидального сигнала из соотношения
f_o= v_s1v_s2/4bΔv_S,
где b размер (толщина) звукопровода 1 в направлении кристаллофизический оси Z, м;
Δv_S= v_s1-v_s2, м/с,
различие фазовых набегов двух парциальных ОАВ оказывается равным π/2, т. е. две парциальные сдвиговые акустические волны, векторно суммируются на преобразователе 10, являются ортогональными. При этом, изменение фазы результирующего электрического сигнала преобразователя 10, выделяемого на клемме 22, оказывается однозначно связанным с амплитудными весовыми коэффициентами а₁ и а₂ соотношением:
Δϕ^*= arctg(a₂/a₁) (5)
или в координатах х местоположения ПДГ 4, а также начала х_н и конца х_к ее рабочей области перемещения по звукопроводу 1 (фиг. 2, б, в), соотношением:
Δϕ^*= arctg[(x_к-x_н)-(x-x_н)]/(x-x_н). (5^*)
Характер этой зависимости, представленной на фиг. 2, а, свидетельствует об однозначной связи координаты х местоположения ПДГ в рабочей области (х_к х_н) ее перемещения по звукопроводу 1 с изменением Δϕ^* фазы электрического сигнала, выделяемого на клемме 22.

Последующее детектирование этого электрического сигнала фазовым детектором (ФД) 21" формирует на выходе последнего постоянное электрическое напряжение, величина которого однозначно определяется координатой х местоположения ПДГ 4 в рабочей области ее перемещения. Дальнейшее сравнение величины этого постоянного электрического напряжения с уставкой, осуществляемое элементом сравнения 21', определяет на выходе 20 блока 21 формирования сигнала управления необходимые величину и знак управляющего сигнала для регулируемого источника 19, постоянное электрическое напряжение соответствующей полярности с выходных клемм 17, 18 которого подается на управляющие электроды 15, 16 и обеспечивает требуемое смещение ПДГ 4 для реализации заданной величины временной задержки информационного сигнала устройства (фиг. 1, а, б).

Следует отметить, что необходимым условием для реализации этого является наличие иммерсионных диэлектрических слоев 11 и 12, которые, с одной стороны, благодаря их жидкостной природе создают возможность беспрепятственного пространственного смещения ПДГ 4 по звукопроводу 1 во всей рабочей области ее перемещения при наличии надежного акустического контакта пьезопреобразователей 9, 10 со звукопроводом 1 в этой области, а с другой стороны благодаря диэлектрическим свойствам слоев 11, 12 обеспечивается электрическая развязка управляющих электродов 15, 16 и соответствующих сигнальных электродов пьезопреборазователей 9, 10.

Благодаря описанному выполнению датчика пространственного положения ПДГ 4 в звукопроводе 1 (24, 23, 9, 11, 1, 12, 10, 22) обеспечивается возможность измерения местоположения ПДГ 4 во всем максимально достижимом диапазоне ее перемещения, ограниченном только размерами звукопровода, и как следствие, во всем максимально достижимом диапазоне регулирования информативного параметра информационного сигнала устройства. Высокая же точность регулирования величины информативного параметра гарантируется, как и в устройстве-прототипе, использованием цепи отрицательной обратной связи по местоположению ПДГ 4 в звукопроводе 1. При этом, благодаря описанному выполнению блока 21 формирования сигнала управления обеспечивается однозначность и воспроизводимость регулировочной характеристики устройства во всем широком диапазоне регулирования его информативного параметра, достигающем, как отмечалось выше, десятков и сотен процентов.

Итак, в заявляемом регулируемом акустоэлектронном устройстве благодаря описанному выполнению контрольно-измерительного канала, в том числе датчика пространственного положения ПДГ в звукопроводе и устройства формирования сигнала управления, обеспечивается возможность высокоточного регулирования временной задержки информационного сигнала (за счет использования цепи отрицательной обратной связи по местоположению ПДГ) в существенно расширенном диапазоне регулирования, достигающем десятков и сотен процентов. В реализованных на практике лабораторных макетах заявляемого регулируемого акустоэлектронного устройства (в частности, РУЛЗ ОАВ), построенных по схемам фиг. 1, а, и фиг.1,б были достигнуты диапазоны перестройки времени задержки 200% и 12% соответственно с обеспечением точности регулирования 0,1%
Источники информации:
1. Алексеев А.Н./ Известия АН СССР. Серия физическая. 1989, т. 53, N7, с.1424-1433.

2. Авторское свидетельство N 1517716, 1989, кл.H 03 H 9/30 прототип.

3. Алексеев А. Н. Злоказов М.В. Осипов И.В./ Известия АН СССР. Серия физическая. 1982, т. 47, N3, с.465-475.

4. Алексеев А.Н. Злоказов М.В./Кн. "Управляемые акустоэлектронные устройства обработки сигналов". М. Энергоатомиздат, 1990, с. 3-21.

Формула изобретения

Регулируемое акустоэлектронное устройство, содержащее пьезоэлектрический звукопровод, выполненный из полидоменного монокристалла сегнетоэластика-сегнетоэлектрика, изоморфного молибдату гадолиния, в виде пластины Z-среза, содержащей по крайней мере два разнополярных домена, разделенных плоской доменной границей (ПДГ), основные входной и выходной преобразователи объемных акустических волн (ОАВ), находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом и расположенные на его одной или двух противолежащих торцевых гранях, перпендикулярных Z-граням звукопровода, и образующие вместе с ПДГ информационный акустический канал, управляющие электроды, расположенные на двух противолежащих Z-гранях звукопровода в рабочей области перемещения ПДГ и подсоединенные к выходу регулируемого источника постоянного электрического напряжения, отличающееся тем, что в него введены дополнительные входной и выходной преобразователи ОАВ, также находящиеся в акустическом контакте со звукопроводом, размещенные со стороны двух его противолежащих Z-граней в рабочей области перемещения ПДГ с полным ее перекрытием и образующие контрольно-измерительный акустический канал, генератор опорного синусоидального сигнала, выход которого соединен с входным дополнительным преобразователем ОАВ, и блок формирования сигнала управления, включенный между входом регулируемого источника постоянного электрического напряжения и выходным дополнительным преобразователем ОАВ, при этом в качестве преобразователей ОАВ контрольно-измерительного акустического канала использованы пьезоэлектрические преобразователи ОАВ сдвиговой моды колебаний, оси акустической поляризации которых ориентированы коллинеарно друг другу и под углом π/4 к плоскости ПДГ, причем акустический контакт каждого из этих преобразователей выполнен с использованием иммерсионного диэлектрического слоя, а в качестве блока формирования сигнала управления использован фазовый детектор с элементом сравнения с уставкой, причем частота f_с генератора опорного синусоидального сигнала равна частотам резонанса обоих преобразователей ОАВ контрольно-измерительного акустического канала, выбрана из соотношения
f_c= v_s1·v_s2/4b·Δv_s,
где b размер звукопровода в направлении, перпендикулярном двум его противолежащим Z-граням, м;
Δv_s= (v_s1-v_s2) - различие скоростей "быстрой" v_s1 и "медленной" v_s2 сдвиговых ОАВ, распространяющихся в направлении кристаллофизической оcи Z материала звукопровода по разные стороны от ПДГ, м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2