Оптоэлектронный дефаззификатор



Оптоэлектронный дефаззификатор
Оптоэлектронный дефаззификатор

 

G06F3 - Вводные устройства для передачи данных, подлежащих преобразованию в форму, пригодную для обработки в вычислительной машине; выводные устройства для передачи данных из устройств обработки в устройства вывода, например интерфейсы (пишущие машинки B41J; преобразование физических переменных величин F15B 5/00,G01; получение изображений G06T 1/00,G06T 9/00; кодирование, декодирование или преобразование кодов вообще H03M; передача цифровой информации H04L)

Владельцы патента RU 2439652:

Аллес Михаил Александрович (RU)
Соколов Сергей Викторович (RU)
Ковалев Сергей Михайлович (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание устройства, выполняющего операцию дефаззификации - операции вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода. Устройство содержит источник когерентного излучения, оптический n-выходной разветвитель, два оптических транспаранта, n оптических Y-разветвителей, два оптических интегратора с функцией определенного интегрирования, два фотодиода, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, включенный по схеме с общим истоком. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для умножения оптических сигналов, содержащее оптический RS-триггер, оптический Y-разветвитель, три оптических бистабильных элемента, оптические волноводы с кольцевыми ответвлениями, оптические усилители, оптический компаратор, частотный фильтр, оптический транспарант [пат. RU 2022328 С1 1994. Оптический умножитель. / С.В.Соколов].

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический Y-разветвитель, оптический транспарант.

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для вычитания оптических сигналов, содержащее оптические усилители, входной оптический разветвитель, две группы оптических транспарантов, оптические разветвления, кольцевое ответвление, оптический компаратор, оптическое ответвление, пару связанных оптических волноводов и оптический бистабильный элемент [пат. RU 2103721 С1 1998. Устройство для вычитания оптических сигналов. / С.В.Соколов, А.А.Баранник].

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический транспарант, оптический разветвитель.

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода.

Известно оптическое вычислительное устройство - нелинейный степенной преобразователь, принятый за прототип [пат. RU 2020550 С1 1994. Оптический функциональный преобразователь. / С.В.Соколов], содержащий источник когерентного излучения, дифференциатор, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, оптический n-входной объединитель, пару оптически связанных волноводов, оптический модулятор.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход оптического n-выходного разветвителя подключен к соответствующему входу оптического транспаранта.

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода.

Задачей изобретения является создание оптоэлектронного дефаззификатора, позволяющего повысить вычислительную производительность до 105-106 операций в секунду при одновременной возможности выполнения операции дефаззификации - операции вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода.

Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создании устройства, выполняющего операцию дефаззификации - операции вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный дефаззификатор, содержащий источник когерентного излучения, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход оптического n-выходного разветвителя подключен к соответствующему входу оптического транспаранта, введены n оптических Y-разветвителей, второй оптический транспарант, два оптических интегратора с функцией определенного интегрирования, два фотодиода, полевой транзистор с управляющим р-n-переходом, включенный по схеме с общим истоком, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход которого подключен к соответствующему входу первого оптического транспаранта, выходы первого оптического транспаранта подключены к соответствующим входам n оптических Y-разветвителей, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго оптического транспаранта, а вторые выходы подключены к соответствующим входам второго оптического интегратора, выходы второго оптического транспаранта подключены к соответствующим входам первого оптического интегратора, выход которого подключен ко входу первого фотодиода, анод которого подключен к стоку полевого транзистора, а катод - к общей шине, выход второго оптического интегратора подключен ко входу второго фотодиода, анод которого подключен к общей шине, а катод к затвору полевого транзистора, исток полевого транзистора подключен к общей шине, ток стока которого является выходным сигналом устройства.

Оптоэлектронный дефаззификатор (ОДФ) - устройство, предназначенное для вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечеткологического вывода по методу центра тяжести, описываемому формулой:

где yOUT - искомое четкое значение выходной лингвистической переменной (центр площади, ограниченной функцией принадлежности);

µΣ(y) - результирующая после процедуры агрегирования функция принадлежности выходной лингвистической переменной у;

Мах - верхняя граница, крайняя правая точка интервала носителя нечеткого множества выходной лингвистической переменной у;

Min - нижняя граница, крайняя левая точка интервала носителя нечеткого множества выходной лингвистической переменной у.

Функциональная схема ОДФ показана на чертеже.

Оптический дефаззификатор содержит:

- 1 - источник когерентного оптического излучения (ИКИ) с амплитудой 2n усл(овных) ед(иниц);

- 2 - оптический n-выходной разветвитель;

- 3 - первый оптический транспарант (ОТ) T1 функцией пропускания, пропорциональной функции µΣ(y);

- 41, 42, …, 4n - группу оптических Y-разветвителей;

- 5 - второй оптический транспарант (ОТ) Т2 с функцией пропускания, пропорциональной функции y;

- 6, 7 - первый и второй оптические интеграторы (ОИ), выполняющие функцию определенного интегрирования, которые могут быть реализованы в виде оптического n-входного объединителя или фокусирующей линзы;

- VD 8, VD 9 - первый и второй фотодиоды, работающие в фотогенераторном режиме;

- VT 10 - полевой транзистор с управляющим р-n-переходом, включенный по схеме с общим истоком.

Выход ИКИ 1 подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя 2, выходы 21, 22, …, 2n оптического n-выходного разветвителя 2 подключены ко входам первого ОТ 3. Выходы первого ОТ 3 подключены к соответствующим входам оптических Y-разветвителей 41, 42,…, 4n, первые выходы которых подключены ко входам второго ОТ 5, а вторые выходы подключены ко входам второго ОИ 7. Выходы второго ОТ 5 подключены ко входам первого ОИ 6, а выход первого ОИ 6 подключен ко входу первого фотодиода VD 8. Анод первого фотодиода VD 8 подключен к стоку полевого транзистора VT 10, а катод - к общей шине. Выход второго ОИ 7 подключен ко входу второго фотодиода VD 9, анод фотодиода VD 9 подключен к общей шине, а катод подключен к затвору полевого транзистора VT 10, исток полевого транзистора VT10 подключен к общей шине, ток стока является выходным сигналом устройства.

Работа устройства происходит следующим образом. С выхода ИКИ 1 оптический когерентный поток с амплитудой 2n усл. ед. поступает на вход оптического n-выходного разветвителя 2, на выходах 21, 22, …, 2n которого формируется плоский оптический поток с амплитудой 2 усл. ед. по оси ОУ. Данный поток поступает на входы первого ОТ 3, на выходах которого формируется оптический поток с амплитудой 2µΣ(y), поступающий на соответствующие входы оптических Y-разветвителей 41, 42, …, 4n. На вторых выходах оптических Y-разветвителей 41, 42, …, 4n формируется плоский оптический поток с амплитудой µΣ(y), поступающий на входы второго ОИ 7, на выходе которого формируется оптический поток с амплитудой, пропорциональной (или с интенсивностью, пропорциональной ()2). Далее выходной оптический поток второго ОИ 7 поступает на второй фотодиод VD 9.

На первых выходах оптических Y-разветвителей 41, 42, …, 4n также формируется плоский оптический поток с амплитудой µΣ(y), поступающий далее на входы второго ОТ 5, на выходах которого формируется плоский оптический поток с амплитудой, пропорциональной µΣ(y)·y. Данный плоский оптический поток поступает на входы первого ОИ 6, с выхода которого оптический поток с амплитудой, пропорциональной (с интенсивностью, пропорциональной , поступает на первый фотодиод VD 8.

Так как зависимость фотоЭДС на выходе фотодиода от интенсивности поступающего на его вход оптического потока с требуемой точностью аппроксимируется функцией вида [Бодиловский В.Г. Полупроводниковые и электровакуумные приборы в устройствах автоматики, телемеханики и связи: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. - 5-е изд., перераб. и доп./ В.Г.Бодиловский. - М.: Транспорт, 1986. - 440 с.], то на выходе первого фотодиода VD 8 формируется фотоЭДС EVD1, пропорциональная значению , а на выходе второго фотодиода VD 9 - фотоЭДС ЕVD2, пропорциональная значению

Ток стока IC в полевом транзисторе VT 10 определяется как:

где U - напряжение между истоком и стоком полевого транзистора VT10;

RC - сопротивление канала полевого транзистора VT 10.

Зависимость IC от U, описываемая формулой (2), имеет при RC=const линейный характер, что обеспечивается малым диапазоном напряжения UСИ на стоко-затворной характеристике полевого транзистора, соответствующей ее линейному участку.

Напряжение Uси полевого транзистора VT 10 пропорционально значению фотоЭДС EVD1, а следовательно, пропорционально значению Сопротивление канала полевого транзистора VT 10 пропорционально напряжению UЗИ ("затвор-исток") на полевом транзисторе VT 12, которое пропорционально фотоЭДС ЕVD2, следовательно, сопротивление канала полевого транзистора VT 12 пропорционально .

Таким образом, ток стока полевого транзистора VT 12, являющийся выходным сигналом ОДФ, оказывается пропорциональным значению:

т.е. искомому значению yOUT (yOUT~IС).

Быстродействие ОДФ определяется динамическими характеристиками фотодиодов и полевого транзистора. Т.к. фотодиоды имеют частоту среза ~109 Гц, а полевой транзистор с управляющим р-n-переходом обладает частотным диапазоном до десятка МГц, то для существующих непрерывнологических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптоэлектронный дефаззификатор, содержащий источник когерентного излучения, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход оптического n-выходного разветвителя подключен к соответствующему входу оптического транспаранта, отличающийся тем, что в него введены n оптических Y-разветвителей, второй оптический транспарант, два оптических интегратора с функцией определенного интегрирования, два фотодиода, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, включенный по схеме с общим истоком, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход которого подключен к соответствующему входу первого оптического транспаранта, выходы первого оптического транспаранта подключены к соответствующим входам n оптических Y-разветвителей, первые выходы которых подключены к соответствующим входам второго оптического транспаранта, а вторые выходы подключены к соответствующим входам второго оптического интегратора, выходы второго оптического транспаранта подключены к соответствующим входам первого оптического интегратора, выход которого подключен ко входу первого фотодиода, анод которого подключен к стоку полевого транзистора, а катод - к общей шине, выход второго оптического интегратора подключен ко входу второго фотодиода, анод которого подключен к общей шине, а катод к затвору полевого транзистора, исток полевого транзистора подключен к общей шине, ток стока которого является выходным сигналом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в вычислительных системах с параллельной обработкой информации и высоким быстродействием.

Изобретение относится к области обработки данных для специальных применений, в частности для преобразования сигналов и изображений, задаваемых невзвешенными цифровыми кодами во взвешенные коды, и может быть использовано для обработки и распознавания сигналов и изображений.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах обмена данными и локальных вычислительных сетях. .

Изобретение относится к области мобильных устройств связи, включающих в себя сенсорный экран, а именно к способу работы такого устройства, в котором перечень меню прокручивается в ответ на прикосновение к сенсорному экрану.

Изобретение относится к устройству для обработки изображений, способу обработки изображений для осуществления изменяемой печати и носителю, хранящему программу для осуществления способа.

Изобретение относится к компьютерным системам, включающим в себя интерфейсы пользователей для отображения данных на различных языках. .

Изобретение относится к устройству обработки информации. .

Изобретение относится к вычислительному устройству, содержащему пользовательский интерфейс, который использует касания для пересылки информации между устройствами.

Изобретение относится к сенсорным системам ближнего поля. .

Изобретение относится к GUI (графический пользовательский интерфейс). .

Изобретение относится к виртуальным контроллерам для визуальных отображений
Наверх