Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные зависимости

Авторы патента:

G06G9G06G7/16 -

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистические

Республик 943771 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Занвлено04.07.80 (2! ) 2950658/18 24 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.82. Бюллетеиь № 26

Дата опубликования описания 15.07.82 (51) М. Кл.

G 06 G 9/00

G 06 G 7/1 6 (Ьеудерстееикые комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681» .335.514 (088.8) авиации им. Ленинского комсомола (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ МНОГОК АНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ НА ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИЕ

СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Изобретение относится к аналоговым вычислительным устройствам электромеханического типа, предназначено для одновременного умножения большого числа произвольных электрических сигналов на по5 лигармонические синусно-косинусные функции и может использоваться в многоточечной аппаратуре гармонического анализа для исследований частотных характеристик различных объектов активным спо- 1о собом, в частности нестационарных характеристик летательных аппаратов при их модельных продувках в аэродинамических трубах с использованием метода разложения анализируемых сигналов в ряд

Фурье и определения коэффициентов этого ряда.

Известно устройство для умножения на сИнусно-косинусные зависимости, содер- 2о жащее модулирующий блок, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, внутри которого на оси вращения привода установлены прозрачный модулнрующий диск с концентрично расположенными на нем

2 (ту - число гармоник, =1, 2 ...И) непрозрачными шаблонами непрерывных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми на угол 90 И (и «номер гармоники), осветитель, оптически связанный с линейным конденсатором, фоторезисторы, установленные встык по радиусу модулирующего диска и включенные в смежные плечи соединенных попарно об щей диагональю перемножающих 2 ° 1м- к

{к - число каналов) дифференцируемых фоторезистивных мостов, общие диагонали которых подключены к источникам входных электрических сигналов, а другие диагонали каждой пары перемножающих мостов являются соответственно синусными и косинусными выходами устройства, кроме того, устройство содержит 2 светооптические ячейки, каждая из которах îïòè÷åcêèå связана с соответств щими фоторезисторами перемножающих дифференциальных фоторезистивных моотов (1).

Недостатками такого устройства являются конструктивная сложность при умножении на полигармонические синусно-косинусные зависимости, недостаточная помехозащищенность и трудности в настройке из- за взаимовлияния каналов.

Наиболее близким к предложенному является фотоэлектрическое многоканаль ное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные за- 10

Вмсимости, содержащее привод, перемножающий блок на дифференциальных фоторезистивных мостах и модулируюший блок, вьп|олненный в виде светонепроницаемого корпуса, внутри которого установ- лен прозрачный моду-лируюший диск с концентрично расположенными на нем 2ю непрозрачными шаблонами (vvl =1, 2, ... vl), где у - п1сло гармоник, и- номер гармоники) нспрерывных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми BB угол

90 /и, прозрачный модулируюший диск установлен на валу привода, осветитель, связанный с выходным конденсатором, который через прозрачный модулирующий диск оптически связан с фоторезистарами дифференциальных фоторезистивных мостов перемножаюшего блока, входы дифференщшльных фоторезистивных мостов являются входами устройства, а выходы диффе- 30 ренциальных фоторезистивных мостов являются соответствуюцщми выходами устройства, кроме того, в него введена многошелевая диафрагма, установленная радиально между прозрачным модулируюшим 35 дискам и фоторезисторами дифференциации ных фоторезистивных мостов перемножаюшего блока, фоторезисторы, включенные в смежные плечи соответствующего дифференциального фоторезистивного моста 4о попарно объединены и расположены .встык, причем они являются ячейкой фоторезисторной матрицы из 2 строк и К столбцов, число которых соответствует числу щелей многошелевой диафрагмы и числу 45 каналов умножения (21.

Недостатком известного устройства является низкая помехозацппценность изза взаимовлияния дифференциальных фото50 резистивных мостов в каждом канале умножения, так как к одному и тому же источнику умножаемого электрического . сигнала параллельно подключено 2 си«

tr/ñ H0ê oñí ñ ных фот орези стив ных моста, 55

Uem изобретения - повышение помехс защищенности устройства за счет уменьшения взаимовлияния каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные зависимости, содержащее источники умножаемых сигналов, источник постоянного напряжения, привод, оптико-механический узел, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, в котором на оси вращения привода установлен прозрачный модулируюший диск с концентрично расположенными на нем 2,„непрозрачными шаблонами (где и = 1, 2, ..., и - число гармоник, - номер гармоник) непрерывных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми на угол 90 /й, осветитель, оптически связанный через последовательно расположенные линейный конденсор, прозрачный модулирующий диск и диафрагМу, имеющую g радиально расположенных щелей (1с - число каналов умножения), с соответствую цими входами фотоячеек фоторезисторной матрицъ1, состоя пей из 2m строк и М столбцов, каждая фотоячейка фоторезисторной матрицы образована парой фоторезисторов, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык, фоторезисторы фотоячейки включены соответственно в смежные плечи М ((- дифференциальных мостов, в другие смежные плечи которых включены токоограничительные резисторы, одна диагональ каждого дифференциального моста является соответствующим выходом устройства, введен модулируюший блок„а соответствующие выходы источника постоянного напряжения подключены к другим диагоналям и.1(дифференциальных мостов, модулирующий блок установлен между диафрагмой и фоторезисторной матрицей и содержит 2 управляемых светофильтров гребенчатого профиля, причем соседние управляемые светофильтры обращены один к другому гребенчатыми профилями, гребни каждой пары управляемых светофильтров расположены напротив соответствующих фоторезисторов, установленных в соседних полустроках фоторезисторной матрицы, каждая пара управляемых светофильтров включена в смежные плечи преобразующего резистивного моста, одна диагональ которого подключена к соответствующему выходу источника постоянного напряжения, а другая диагональк выходу соответствующего источника умножаемого сигнала.

На фиг. 1 приведена схема фотоэлектрического многоканального устройства

E(t) =Ео+ЬЕ (U (t)), 5 О43 для умножения на синусно-косинусные зависимости; на фиг. 2 вЂ” его оптико-механический узел (m=2, и =1, 2),, Устройство содержит привод 1, ось вращения привода 2, оптико-механический узел 3, светонепроницаемый корпус 4, прозрачный модулируюший диск 5, непрозрачные шаблоны 6, дифференциальные мооты 7, осветитель 8, линейный конденсатор 9, диафрагму 10, управляюшие свето-1о фильтры 11, фоторезисторную матрицу 12, источники умножаемого сигнала 13, преобразуюший резистивный мост 14 с управляемыми светофильтрами 11 в активных плечах и резисторами 15 в пассивных плечах. Дифференциальные мосты 7 выполнены на фотореэисторах 16, составляющих фотореэисторную матрицу 12, и токоограннчительных резисторах 17.

Устройство содержит также источник постоянного напряжения. 1 8.

Плоскость непрозрачных шаблонов модулируюшего диска 5 совпадает с фокальной линией конденсора 9.

Фоторезисторная матрица 12 состоит 2s иэ 2 щ строк попарно стыкующихся фоторезисторов 16 и < столбцов, число которых соответствует числу щелей диафрагмы 10.

Управляемые светофильтры 11 пред - щ ставляют собой расположенные радиально в одной плоскости 2 электро-оптических светофильтра, иэменяюших свою прозрачность (оптическую плотность) пропорвЂ” ционально приложенному электрическомусигналу и имеюших в плане прямоуголь35 ный гребенчатый (зубчатый) профиль, где ширина гребня равняется высоте светочувствительной площадки отдельного фсторезистора 16. о

Устройство содержит 1(пар обрашенных друг к другу гребнями электрооптических светофильтров, расположенных между диафрагмой 10 и. матрицей фотореэисторов 12 таким образом, что каждый электрооптический светофильтр 1 1 пере45 крывает световые потоки, падающие от осветителя 8 через одну иэ щелей диафрагмы 10 на фоторезисторы 16 отдель ных полустрок матрицы 12.

Диафрагма 10, электрооптические светофильтры 11 и фоторезисторная матривЂ” ца 12 раэмешены в параллельных плоскостях в радиальном направлении модулируюшего диска 5.

Электрическая схема устройства образована 1(аналогичными частями (фиг. 1) умножения отдельного выходно771 6

ro сигнала Ц (q) на полигармонические синусно-косинусные зависимости бали йю и COB nest каждая из которых вклю вЂ”чает источник умножаемого сигнала

Цк() 13, преобразуюший резистивный мост 14 с электрооптическими светофильтрами ll в активных плечах и реэистовЂ” рами 15 в пассивных плечах, 2 и аналогичных дифференщтальных моста 7 с фотореэисторами 16 в активных плечах и токоограничительными резисторами 17 в пассивных плечах. Одни диагонали мостов

14 и 7 подключены к выходам источника а постсянного (стабилизированного) напряжения 18, а другие диагонали моста 14 соединены с источником 13 и мостов 7с выходами устройства. Одинаковые элементы схемы имеют идентичные параметры.

Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно косинусные зависимости работает следующим образом.

При врашении вала привода 1 с постоянной угловой скоростью Ш модулируюший диск 5 изменяет своими непрозрачными профилями плошади световых потоков, падающих от осветителя 8 с неизменной освешенностью (Е = Co a t ) на светочувствительные плошадки фоторезисторов 16 согласно гармоническим за» висимостям 61и n f. и со5иФ1. Порядок И определяется видом непрозрачнс . го шаблона, перекрываюшего противофазно (дифференциально) фоторезисторы 16, состыкованные в отдельные пары, причем предварительно единый световой поток разделяется диафрагмой 10 на щелевЂ” вых световых пучков, которые прежде чем попасть на светочувствительные плсьшадки фоторезисторов 16 проходят соответствующие электрооптические света фильтры 11, включенные попарно в актшв- ные плечи того или иного моста 14 отдельного канала устройства, связанного со своим источником 13 умножаемого сигнала ()х ®, в результате чего изменяюших протнвофаэно (дифференциально) в собтветствии с этим сигналом свою прозрачность (оптическую плотность) и таким образом модулируюших освещенность световых потоков фоторезисторов 16 на пути соответствующего шелевого светового пучка, в частности по закону где Е - среднее зна ение освещенности о (когда Ок() ) = О, мост 14 урав новеше н, 7 043771 8

bE - прирашение величины освешен- вода установлен проз ший диск с концентрич

Известно, что в общем случае свето-, ми на нем 2 непроз вой поток равняется произведению осве- (где vs=1, 2, ..., n щенности на свою плошадь. Поэтому свэ- 5 у - номер гармоники) товые потоки, падающие -на пары фоторэ- монических функций с эисторов 16 любого к -го канала умно- сдвинутыми на угол 9 жения, оказываются подверженными . оптически связанный ч полигармоннческой зависимости (е,(ниийили но расположенные лин

@ smug<) и закону умножаемого алек- 30 прозрачный модулирую трнческого сигнала 0 (т,), причем му, имеющую Ф радиа результир льтирующее действие кратно нх шелей (% - число ка произведению. Это влечет к пропорцио- с соответствующими

Ьальному противофаэному изменению со- фоторезисторной матри противлений фотореэисторов 16 в каждой 15 2N строк и Я столбцов ячейка фоторезисторно царев

R,(<)R +гЛ(U ®ЬЭи и,U„(t)Cos «1, 20

rae - среднее значение сопротивления фоторезистора (при сбалансированном состоянии моста 7);

bA. вЂ” прирашение величины сопротивления фоторезистора 16.

Мосты 7 выполняют роль перемножаюших и с их выходных диагоналей, соединенных с выходами устройства, снимают ся электрические сигналы, пропорциональные функциям изменения сопрртив- 30 лений активных плеч, а именно и U<

Таким образом, за счет электрической развязки дифференциальных фоторезистивных мостов электрической части устройства достигается хорошая помехозашишенность устройства, число каналов у которого может быть сколь угодно большим. Устройству присуше удобство сопряжеНия с конкретной многоточечной 0 аппаратурой гармонического анализа, в частности для экспериментальных иссле« дова ний нестациона рных .характеристик авиационных устройств при их продувках в аэродинамических трубах методом вы- 45 нужденных колебаний.

Формула иэ обрет е ния

Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусн -косииусные зависимости, содержащее источники умножаемых сигналов, источник постоянного напряжения, привод, оптико-механический узел, 55 выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, в котором на оси врашения прирачный модулируюно расположеннырач ными шаблонами

- число гармоник, непрерывных гарэкстремумами

0 /и, осветитель, ереэ последовательейный конденсор,. ший диск и диафрагльно расположенных налов умножения), входами фотоячеек цы, состояшей из, каждая фотой матрицы образована парой фоторезисторов, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык, фоторезисторы фотоячейки включены соответственно в смеж ные плечи и 1с дифференциальных мостов, в другие смежные плечи которых включены токоограничительные резисторы, одна диагональ каждого дифференциального моста является соответствующим выходом устройства, о т л и ч а ю ш е eс я тем, что, с целью повышения помехозацппценности устройства за счет уменьшения взаимовлйяния каналов, в него вве- ден моцулирукщий блок, а соответствуюшие выходы источника постоянного напрявЂ” жения подключены к другим диагоналям

vn Ж дифференциальных мостов, модулируюший блок установлен между диафрагмой и фотерезисторной матрицей и содержит 2 1(управляемых светофильтров гребенчатого профиля, причем соседние управляемые светофильтры обращены один к другому гребенчатыми профилями, гребни каждой пары ..управляемых светофильтров расположены напротив соответствуюших фотореэисторов, установленных в со- седних полустроках фоторезисторной матрицы, каждая пара управляемых светофильтров включена в смежные плечи преобразуюшего резистивного моста, одна диагональ которого подключена к соответствуюшему выходу источника постоянного напряжения, а другая диагональ - к выходу соответствуюшего источника умножаемого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертйзе

1. Авторское свидетельство СССР

М 691888, кл. G06G 9/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2677115/18-24, кл, 006 G 9/00, 1978 (прототип).

943771

16 16 16

/1 17 11

I ф

Ф% фФФ1Ф >

Составитель Ю, Козлов

Редактор Л. Веселовская Текред A.Áàát íåö Корректор Г.Решетник

Заказ 5115/59 Тираж 731 Подписное