Оптоэлектронное множительное устройство

 

0 П И С A Н И E „„970400

Союз Советскнк .

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 29.04.81 (2f) 3282412/18-24 . t$)) М.Кд.з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 G 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.10.82 Бюллетень ¹ 40 (531 УДК681. 3 (088.8) Дата опубликования описания 30. 10. 82

"««

/

* (72) Автор изобретения

А.Б.Лукашенок

Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ИНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислительным устройствам и предназначено для синхронного умножения произвольных электрических сигналов, заданных, 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 нестацнонарных характеристик летательных аппаратов путем продувок в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

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

Одно из известных устройств содержит четыре дифференциальных фоторезистивных моста, фоторезисторы которых оптически связаны через механический модулятор света и линейный конденсатор с источником света, причем прямоугольные фоточувствительные слои фоторезисторов установлены встык один над другим в плоскости, .параллельной оси вращения модулятора, выполненного в виде двух эксцентрич" но расположенных под углом 90о непрозрачных цилиндров, а также сумматор и делите:ь входного напряжения (11.

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

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптоэлектронное множительное устройство, которое содержит осветительный блок, мехацический эксцентриковый модулятор света, который установлен между осветительным блоком и фоточувствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с йсточником входного.сигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, первая пара фоторезисторов фоточувствитель.ного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является вторым выходом

970400

Цель изобретения — упрощение оптоэлектронного множительного устройства за счет оптимизации состава основных элементов и повышение точности его работы в связи с совершенствованием функционирования квадратурного тракта канала второй гармоники.

65 устройства, третья пара фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и второй балансировочные резисторы, одна диагональ третьего множительного моста соединена с источником стабили ° зированного напряженйя, а,цругая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара фоторезис- О торов фоточувствительного блока включена в смежные плечи четвертого множительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные резисторы, одна щ агональ четвертого множительного моста соединена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ соединена с первой группой входов сумматора,:вторая группа входов которого соединена д вйхбдами аттенюатора,входы которого подключены к источнику входного сигнала, а выход сумматора является четвертым. выходом устройства, фоточувствительный блок содержит четыре электрооПтических светофильтра, выполненных в виде жидкокристаллических ячеек, которые включены соответственно в другие смежные плечи первого и второго множиг,альных мостов, причем.электрооптические светофильтры установлены между механическим, модулятором света и соответствующими фоторезисторами третьего и четвертого множительных мостов 2 .

Недостатком этого устройства является его сравнительная сложность ввиду наличия, помимо основных элементов, активно участвующих в операциях умножения, а именно четырех множительных мостов, дополнительных сумматора и аттенюатора в квадратурном канале второй гармоники, которые за счет специфических ошибок вносят в этом канале погрешности, особенно отрицательно отражающиеся на точности функционирования устройства при аэродинамических исслецованиях, где квадратурные составляющие сигналовр в основном определяющие фазовые соотношения в каналах разных гармоник, в среднем на порядок (и даже более) меньше синфазных составляющих. С этим же связаны определенные трудности в настройке устройства.

Поставленная цель достигается тем,, что в оптоэлектронное множительное устройство, содержащее источник света постоянной интенсивности, который через линейный конденсатор связан с входом механического модулятора света, который состоит из первого и, второго цилиндрических эксцентриков, установленных на общей оси вращения, экстремумы которых сдвинуты на угол

9 0 один отн осител ьн о другого, пе рвый 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, оптическй связан с второй парой фоторезисторов, а третья и четвертая пары.фоторезисторов связаны с первым выходом механического модулятора света соответственно через две-пары эле;.òðoîïтических жидкокристаллических свето« фильтров, причем первая и вторая парк фоторезисторов и первая и вторая пары э 1ектрооптических жидкокристаллИческих светофильтров включены в смежные плечи соответственно первого и второго множительных мостов, первые диагонали которых соединены с выходами источника входного сигна ла, 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 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 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 модулятора света, причем пятая йара фоторезисторов включена в дру гие смежные плечи четвертого множительного моста, вторая диагональ

KoTop01" является вторым выходом устройства второй гармоники.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 показан принципиальный вид его оптикомеханической части.

970400 устройство содержит (фиг. 1) источник 1 света постоянной интенсивности, линейный конденсор 2, механический модулятор 3 света, ныполненный в виде первого цилиндрического эксцентрика 4 и второго цилиндрического эксцентрика 5, экстремумы которых сдвинуты,цруг относительно друга на угол 90, фоточувствительный блок 6 с пятью парами фоторезисторов 7, а именно, первой парой 7 -7

1 второй парой 7> -74, третьей парой

7 -7, четвертой парой 7 -78 и пятой парой 7 -7 и двумя парами электрооптических жидкокристаллических светофильтров 8 (первая па- 15 ра 81 -8 и вторая пара 8 -84), источник 9 входного сигнала U(t), источник 10 стабилизированного (постоянного) напряжения U. Первая пара фоторезисторов 7 «7z и первая 20 пара электрооптических светофильтров 8<-87 включены в смежные плечи первого множительного моста 11, вторая пара фоторезисторов 7 -7д и вторая пара электрооптических светофильтров 8 -84 включены в смежные плечи второго множительного моста 12, третья пара фоторезисторов 7 - 7а включена в смежные плечи третьего множительного, моста 13, четвертая ЭО и пятая пары фоторезисторов 77 -78 и

70 -7„ включены в противоположные плечи четвертого множительного моста 14. Для регулировки устройства третий множительный мост 13 снаб- 35 жен балансировочными резисторами 15.

Все пары фоторезисторов оптически сопряжены с источником 1 света через механический модулятор 3 света, причем первая (74 -7ы), третья 4О (7б--7 ) и четвертая (77 -78 ) пары фоторезисторов через его первый эксцентрик 4, а вторая (7 -74) и пятая (7, -7„„) пары — через нторой эксцентрик 5. Первая пара электрооптических светофильтров (8)-8 ) установлена между первым эксцентриком 4 и четвертой парой фоторезисто-. ров (77-7 ). Вторая пара электрооптических светофильтров (8З-Q) уста- о новлена мехсду первым эксцентриком 4

H третьей парой фоторезисторов (7.-7 ), а также между вторым эксцентриком 5 и пятой парой фоторезисторов (7>-7 ). Ha фиг.l снетофильтры

8 -8 йоказаны в виде двух последовательно соединенных элементов. Одни диагонали множительных мостов ll и 12 соединены с источником 9 входного сигнала, а множительных мостов

13 и 14 - с источником 10 стабилизированного напряжения. Другие диагонали всех четырех множительных мостов 11-14 янляются соответствующими выходами устройства, первой и второй гармоник.

Источник 1 света, линейный конденсор 2, механический модулятор 3 света и фоточувствительный блок 6 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 ), 2 и фоточувствительным блоком 6.

Устройство работает следующнм образом.

При вращении механического модулятора 3 света с угловой скоростью ы) 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 гармоники, причем дифференциально (противофазно) у фоторезисторов отдельных пар, например:

87 7 7 «7 7 (t)=SpkAS(Sin(et))

S1 s(t)=S «+ьЯ(соза1:), 7З-7Ф1 7 о- 7 9 о где Я )половина площадки светочунствительного слоя фоторезистора 7;

hS(sin(9t) b S(ca t) - изменение приращения этой площади.

Это приводит к кратным изменениям сопротивлений пар фоторезисторов

7) -7) и 7>-74 мостов 11 и 12 канала первой гармоники (n=l) 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 ll U (t)—

«U(t) singlet, у моста 12 U>(t) U(t)co t.

По аналогичным законам в .этих мостах изменяются токораспределения в смежных плечах с парами электрооптических светофильтров 84 -8 и 8у-84, что приводит к соответствующим модуляциям их прозрачности (оптической плотности), в частности

П> () = По+ Ьп (П (О ° sinai); () « (t) =Flp+AppJ(t) ° cosset), где П, Sy-Щ. — среднее значение прозрачности электрооптического светофильтра;

970400 дП(0 (t) sinet j — изменение ее g pU (t) cosset), приращения.

В результате происходят определенные изменения освещенностей,фотореэисторов 7, расположенных перед соответствующими электрооптическими светофильтрами 8, что, наряду с изменениями освещаемых площадок светочувствительных слоев фоторезисторов

7, вызывает модуляцию нх световых пщ рков, пропорциональную 10

Ф О) Фр+юф(1(Осозш651и(МФ)й

5 76

=- U (t)Si 11 2Ю6;

7 7 Е® = Фо ь ФО ЫЫи(в Ечи а Е 3=- g(e)s1n. аА; 15 у -7 6+)=go тьФ(.0 )nr,xheosuk3=

= v(e)co@ÚÜ; а это приводит к соответствующим кратным изменениям сопротивленнй фоторезисторов мостов 13 н 14: (t) =R « hRgU (t) ° si 21st) 7 7ц (t) =++bR(U(t)

7ф-7 о (Входнйе диагонали мостов 13 и 14 подключены к источнику 10 стабилизированного напряжения U, поэтому на их выходных диагоналях получаем электрические сигналы, пропорциональные V MocTa 13 U (t) е1) (t) sin2t9ty а у моста 14. U4, (t) =7s () 7уд () 77 () М9 — U (t) (cos cet — sin t)sU (t) еовз1ю .

Таким образом, при непрерывном вращении механического модулятора света с постоянной угловой скорос тью tg на выходах устройства снимаем электрические сигналы,. пропорциональные произведениям входного сигна ла на синусные и косинусные функции 40 первой и второй гармоники, т.е.

U (t) sinult, U (t) cos Å U (t) sin2t6t и

U(t) cos216t. При этом устройству присуща сравнительная простота, так как его схема включает минимальное 45 число основных элементов, активно участвующих в операциях умножения, а именно четыре множительных одинарных моста, что повышает точность работы устройства эа счет улучшения фаэовой согласованности между гармони- 50 ческими функциями всех четырех выходов устройства,, особенно квадратурного канала второй гармоники с остальными, а такие несложность настройки.

55 формула изобретения

Оптоэлектронное множительное устройство, содержащее источник света постоянной интенсивности, который 60 через линейный конденсор связан с входом механического модулятора света, который состоит из первого и второго цилиндрических эксцентриков, установленных на общей оси вращения, экстремума 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 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 электрооптйческих 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 сигнала, а вторые диагонали первого и второго множительных мостов являются соответственно первым и вторым выходами 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 диагональ третьего множительного моста соединена с выходамн 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, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности н 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, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 660064, кл. G 06 G 9/00, 1977.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2933427/18-24, кл. G G 9/00, 1980 (прототип) .