Устройство для определения сверткиогибающих модулированных сигналов
Союз Советских
Социавистичесних.Республик щ 807330
{61 ) Дополнительное к авт. саид-ву—
{22) Заявлаио 18. 08. 78 p() 2666104/18-24 с присоединением заявки И9—
{23) Приоритет— (51) м. кл.з
G G 7/19
Государственный квинтет
СССР но делам изобретений н открытий
Опубликовано 230281,бюллетень 89 7 (53) УДК 681.
-333(088.8.) Дата опубликования описаии» 2 5- 02. 81 (72) Авторы изобретения
В.М. Березов, В.С. Романов и B.H. Башков
Казанский физико-технический институт К
Филиала AH СССР
{71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВЕРТКИ ОГИБАЮЩИХ
ИОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Изобретение относится к специальным аналоговым устройствам для полу, чения и оценок характеристик входных сигналов. 5
Известно устройство, содержащее сегнетоэлектрический кристалл с нанесенными на нем элементами для возбуждения звуковых колебаний и элементов снятия сигналов свертки (выпол- Щ ненные в виде конденсатора),смеситель у линию задержки для одного из сигналов ° Работа этого устройства основана на нелинейных электроакустических взаимодействиях в пьезо- 15 электрических кристаллах (1) .
Недостатком устройства является невысокая точность работы.
Haato ee близким по технической сущности к предлагаемому является ;9 устройство, которое состоит из пьезоэлектрического кристалла, на одном иэ торцов его установлен элемент для возбуждения звука, а в средней части кристалла — элемент выделения сигна« ла свертки. С помощью элемента для возбуждения звука в пластине возбуждают звуковые сигналы Г (с) ехр !(и<е+ К22)1и Г2(t) exp(i(w F,(t) и F2 (t) - огибающие сигналов у и ий - частоты сигналов К4.и К.2 волновйе векторы сигналову Z — направление распространения сигналов. Два сигнала F<(t) и F2(t) должны быть сдвйиуты на время „ относительно друг друга, так чтобы после отражения от выходного торца кристалла первый сигнал встречался.со вторым примерно в середине кристалла. С этой целью один из сигналов задерживают на время с помощью линии задержки, подключенный через смеситель к элементу возбуждения звука в образце, Когда звуковые сигналы распростра" няются в противоположных направлениях друг через друга в нелинейном кристалле, появляется третий сигнал на частоте и и + и2 с волновьве вектором Ке =- K< - К, форма огибающей которого описывается выражением (2 c(t) - 8) F2.(t-Z/V 9) Fq (т.+ЦV )dZ (4) -.142 где L — длина центрального электрода В-константа-пропорциональности, учитывающая нелинейную электроупругую связь в кристалле, Чqg - ско« рость звука в кристалле. Так как 807330 длительности огибающих сигналов F<(t) и F2(t) могут быть выбраны короче времени нх распространения в области электрода для выделения свертки, пределы интегрирования могут быть взяты бесконечными, и, используя подстановку, =t-Z/V>> получают стандартное выражение интеграла свертки двух функций (2) . 0Q cltl=-<> 0 j cz(cl Г (21- la i (z) -00 Недостатком известного устройства является низкая точность определения интеграла свертки сигналов в силу неполного совпадения волновых фронтов встречных звуковых волн в области их взаимодействия даже в высококачественных акустически одно( родных кристаллах со специальной оптической обработкой поверхностей и высокой степенью параллельности торцов кристалла. Из выражений (1) и (2) следует, что условием высокой точности электроакустического устройства для определения интеграла свертки является идентичность скорости распространения (V e,) обоих встречных звуковых волн в области их взаимодействия или, иначе говоря, совпаь дение волновых фронтов взаимодействующих В кристалле звуковых волн. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности работы злектроакустического устройства для определения свертки сигналов путем обеспечения совпадения волновых фронтов взаимодействующих волн и сня тие высоких требований к акустической однородности и качеству механической обработки поверхностей пьезоэлектрического кристалла. Достижение этих целей делает возможным использование кристаллов в области фазовых переходов, где они имеют экстремальные нелинейные свойства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее сегнетоэлектрический кристалл, на который нанесены с противоположных тор- цов две,токопроводящие пластины, первая из которых подключена к шине нулевого потенциала, а вторая соединена с выходом смесителя, первы вход которого соединен с выходом линии задержки, вход которой является первым входом устройства, второй вход смесителя является вторым входом устройства, введен генера тор электромагнитного импульса и дополнительная линия задержки, выход которой соединен с третьим выходом смесителя, а вход подключен к выходу генератора электромагнитного импульса. Согласно изобретению к одному из входов смесителя подключен генератор электромагнитных колебаний, формирующий дополнительный импульс накачки на частоте « = «1+ w> с вол-; новым вектором -К > — — К - К 0 и оги2 бающей Р (с), задержанный относительно первого звукового сигнала на время с с помощью линии задержки, при этом элемент, выполняющий функции выделения сигнала, свертки и возбуждения звука конструктивно, выполнен в виде обкладок конденсатора, в которые помещен сегнетоэлектрический кристалл (КДР, сегне-.. това соль и др.), ориентированный полярной осью перпендикулярно плоскостям обкладок конденсатора. При этом в кристалле возбуждаюь попереч11 ные звуковые волны, сильно связанные с электрическим полем вдоль почлярной оси кристалла, что определяет высокую нелинейность. При взаимодействии 1-го распрощ() страняющего по кристаллу сигнала (w< К, Fz ) с дополнительным электромагнитным сигналом (w>, K>, F> ) образуется новая звуковая волна (w2-K2, F<). В частном случае, когда имйульс накачки короче, чем длительность 1-го звукового импульса, огибающая новой звуковой волны идентична первоначальной огибающей, т.е. 2() 2(Проведенные эксперименты показали, что обратная звуковая волна (w<-К, F ) благодаря инвертированию волнового вектора испытывает обратную эволюцию волнового фронта по отношению к первоначальной волне (w, К, FZ). Так, если первоначальная волна, возбужденная на границе кристалла, при распространении расходится относительно первоначального фронта В момент возбуж40 дения, то обратная звуковая волна сходится при распространении, т.е. восстанавливает свой фронт до первоначального фронта в момент возбуждения первичной волны. 4 Вторая звуковая волна (wg> К, F ) возбужденная на том же преобразователе что и первая (w, К, F2) должна встретиться в кристалле с обратнОЙ зВукОВОй ВОлнОЙ («2-К2, F2)þ О имея при этом идентичные волновые фронты, поскольку волновой фронт звук ковой волны («, K„, F ) к моменту Встречи со зВукОВОЙ ВОлнОЙ («Z-К2, FZ) исказится как раз настолько, насколько не успеет восстановиться фронт волны (w< -К2, F2 ). Следовательно, обе встречные волны должны эффективно взаимодействовать с образованием результирующего сигнала, пропорционального интегралу свертЩ ки двух функций F<(t) и Fz(t). Действительно, этот сигнал обнаруживается на частоте w = «< + w Z, имеет волновой вектор К = К - К 2 и сжат 3 во времени в два раза по сравнению с входными сигналами, что является 807330 . характерным свойством свертки акустических входных сигналов. Сигнал свертки в момент встречи звуковых волн с идентичными волновычи фронтами наблюдается даже в условиях экстремального рассеяния и дисперсии звука в области фазовых .переходов кристаллов, а также на .некачественных кристаллах с необрабстаннымн гранями, трещинами и т.п. Характерно, что по условиям эксперимента встреча акустических сигналов осуществляется в кристалле многократно, однако сигнал свертки, заметно.превышающий шумы, появляется только в тот момент, когда встречные звуковые сигналы имели идентичные волновые 15 фронты. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит сегнетоэлектрический кристалл 1, токопроводящие 20 йластины 2 (металлические обкладки) нанесенные на торцы кристалла 1 и выполняющие функции возбуждения звука и выделения сигнала свертки. К плас- . тинам 2 подключен смеситель 3, два Я входа которого соединены с источника- ми входных сигналов w4, F4 (t) w <, F (t ), один из источников сигналов соединен со смесителем через линию 4 задержки. К третьему -входу смесителя через линию 5 задержки подключен генератор б электромагнитного импульса накачки. Устройство работает следующим образом. Сигналы и„<, F <(t) и и, Fg(t) задержанные друг относительно друга с помощью линии 4 задержки на время ь где ьq а 2, (Л g - время необратимого затухания звука в образце подают через смеситель 3, на обкладки 4О конденсатора 2, электрическое поле которого возбуждает в образце звуковые сигналы (w<, К, Fg ) и (ws К4, F ). Через время 7, обеспечиваемое линией 5 задержки, в смеситель 3 подают импульс накачки на частоте w w<+w от генератора б. Посколь» ку время ь выбирается приблизительно равным 2, то импульс электрического поля накачки,.взаимодействуя @ с сигналом, незадержанным линиеЯ 4 задержки, вызывает звуковую волну (w<,-К F<) с обратным волновым вектором -K =K<. Таким образом, в кристалле возбуждены две звуковые волны (w2,-K Гд) с обратным волновым вектором и (w <, К, F< ) взаимодействие которых приводит к возникновению сигнала свертки на частоте w.Ú- и4+ иг с волновым. вектором КЗ=К -К, т.е. однородного по кристаллу электрического сигнала. Таким образом, предлагаемое устрой ство позволяет повысить точность электроакустических коиволюторов, снизить требования к акустической однороднос-, ти и к точности механической обработки граней кристаллов, использовать пьезоэлектрические кристаллы в экстремально нелинейной области их фазовых переходов, в условиях дисперсии и рассеивания волн в нелинейной среде. ! Формула изобретения Устройство для определения свертки огибающих модулированных .сигналов, содержащее сегиетоэлектрический кристалл, на который нанесены с противоположных торцов две токопроводя» щие пластины, первая из которых сое,динена с шиной нулевого потенциала, а вторая соединена с выходом смесителя, первый вход которого соединен с выходом линии задержки, вход кото- . рой является первым входом устройства, второй вход смесителя. является вторым входом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство введен генератор электромагнитного импульса и дополнительная линия задержки, выход которой соединен с третьим входом. смесителя, а вход под ключен к эыходу генератора электромагнитного импульса. Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе 1. авторское свидетельство СССР 9 559392, кл. 6 66 6 7/52, 1976. 2. . App1 . Phys. В 42 1971, р 908, (прототип). 807330 Составитель В. Жовинский Редакто В.Лаза енко Тех ед И.Асталош Ко екто В Синицкая Заказ 295/76 Тираж 756 Подписное BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб. . 4 5 Филиал ППП "Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4
