Способ аналого-цифрового преобразования электрического сигнала и устройство для его осуществления

 

Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления относится к оптическим преобразователям аналоговых величин в цифровые. Сущность: в объеме злектрооптического кристалла осуществляют многократное отражение необыкновенного луча, действуя на соответствующий ему показатель преломления напряжением электрического сигнала, приложенным к сигнальным электродам на поверхности кристалла. Результирующее наведенное смещение необыкновенного луча регистрируют позиционно-чувствительным фотоприемным блоком и преобразуют в цифровой код, используя при этом блок управления с микропроцессором и постоянным запоминающим устройством. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. f fe

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕС(ИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (12

1 (21) 4860875/25 (22) 12.07,90 (46) 07.01.93. Бюл. N. 1 (75) М.К.Минин, Д,В.Грачев и А.В. Малков (73) M.Ê.Ìèíèí (56) 1, Авторское свидетельство (:ССР

М 682857, кл, G 02 F 7/00, f979.

2, Заявка РСТ WO N 88/01400, кл. G 02

F 7/00, 1988. (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для построения быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для микропроцессорных измерительных систем.

Известен способ преобразо:. ания электрического сигнала, основанный на параллельном сравнении внешнего электрического сигнала с изве".тным эталонным электрическим сигналом и реализованный на кремневой биполярной технологии в виде рядо параллельно включенных компараторов, блока управления и .блока согласования с микропроцессором

Недостатком известного способа является сложность реализации многоразрядHblx АЦП из-за конструктивных затруднений с реализацией множества ком„„!Ж„„1787281 А3 относится к оптическим преобразователям аналоговых величин в цифровые, Сущность; в объеме электрооптического кристалла осуществляют многократное отражение необыкновенного луча, действуя на соответствующий ему показатель преломления напряжением электрического сигнала, приложенным к сигнальным электродам на поверхности кристалла, Результирующее наведенное смещение необыкновенного луча регистрируют позиционно-чувствительным фотоприемным блоком и преобразуют в цифровой код, используя при этом блок управления с микропроцессором и постоянным запоминающим устройством. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. параторов на кремневой пластине и с отводом избытка тепла.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является интерферометриче- ® ский способ аналого-цифрового преобразования. Способ заключается в том, что пучок . К) света, содержащий две монохроматические . QQ составляющие, делится на два пучка, один:, л из которых направляют в электрооптический кристалл вдоль оптической оси, а дру- Ф гой минует кристалл, прикладывается . (д внешнее электрическое поле к кристаллу, Под воздействием электрического поля изменяется фазовая скорость монохроматических составляющих первого луча и при последующем наложении на второй луч происходит интерференция соответствующих составляющих пучка света, далее производится разделение пучка на две монохроматические составляющие, например, с

1787281 помощью дифракционной решетки и регистрируется их интенсивность. С помощью пороговых элементов осуществляется кодирование интенсивностей, Известно устройство для осуществле- 5 ния аналого-цифрового преобразования выше описанным способом, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит блок входного сигнала, электронно-оптический блок, блок полупроводниковых лазе- 10 ров, блок разделения"и сведения световых пучков, фотоприемный блок и кодирующий блок. (Недостатком известного способа и устройства является сложность создания мно- 15 горазрядных АЦП.

Целью изобретения является увеличение разрядности аналого-цифрового преоб- разования электрического сигнала.

На фиг, 1 представлена схема устройст- 20 ва для реализации способа аналого-цифрового преобразования; на фиг. 2 — схема способа аналого-цифрового преобразования; на фиг. 3 — схема одного из способов построения ЭОБ. 25

Устройство для реализации заявленного способа (фиг. 1) содержит блок полупроводниковых лазеров 1, блок 2 входного сигнала, электронно-оптический блок 3, блок 4 фотоприемников, блок 5 цифрового 30 кодирования, блок 6 управления и согласования с микропроцессором, шину 7 данных.

Блок 6 вырабатывает и принимает следующие сигналы;

ЗПР— запуск преобразования, 35

ГТ вЂ” готовность преобразования, ЧТ вЂ” чтение, ВУС вЂ” выбор устройства, ОВ — открыть входные ворота, НЛ вЂ” номер лазера, 40

РЗЛ вЂ” разрешение работы лазера, АВД вЂ” автоматический выбор диапаэона

ВБЯ вЂ” выбор ячейки блока цифрового кодирования, 45

СБР— сброс выбора ячейки, СР — шина сигналов разрешения выбора иэ ячейки блока цифрового кодирования, ВЩД вЂ” внутренняя шина данных, 50

ВЧТ вЂ” внутренний строб чтения, Устройство работает следующим образом.

При поступлении сигнала ЗПР блок 6 вырабатывает сигнал ОВВ, НЛ и РЗЛ, по 55 сигналу 0B8 входной электрический сигнал поступает на вход блока 3, сигнал НЛ опре- р . деляет номер лазера или группы лазеров. так как одновременно могут работать несколько лазеров, лучи которых расположены в разных оптических плоскостях. По сигналу РЗЛ лазер генерирует луч в блок 3. Луч лазера 1 (фиг. 2) попадает во входное окно кристалла 8 под углом к оптической оси ОО. При отсутствии внешнего электрического поля от блока 2 на отражающих покрытиях

9 кристалл 8 оптически иэотропен, т.е, луч лазера 1 не разделен на "обыкновенный" 10 и "необыкновенный" 11 лучи, При подаче внешнего электрического поля от блока 2 кристалл 8 становится оптически анизотропным, что приводит к расслоению луча лазера 1 на "обыкновенный" 10 и "необыкновенный" 11 лучи, Коэффициент преломления "необыкновенного" луча 11 зависит от величины вйешнего электрического поля.

При многократном отражении лучей от отражающих покрытий 8 на выходе кристалла 8 накапливается линейное (угловое} смещение между лучами, причем "обыкновенный" луч 10 не изменяет свое пространственное положение, Следовательно, ячейки блока 4 могут светиться только "необыкновенным" лучом 10. Накопление линейного (углового) смешения можно осуществить и при условии создания оптической системы из нескольких кристаллов с разными оптическими характеристиками (фиг. 3), при этом происходит накопление смещения в каждом кристалле и на границе оптических сред. Если смещение луча больше "строки" матрицы блока 4 (фиг. 1), то вырабатывается сигнал АВД, поступающии в блок 6, который вырабатывает следующую комбинацию сигнала НЛ, Этот процесс повторяется до тех. пор, пока луч не войдет в границы очередной строки". Элемент блока 4 выдает сигнал в шину СРВ, по этому сигналу блок 4 вырабатывает сигнал ВБЯ, поступающий в блок 6, который выдает сигнал ГТ. В блоке

5, представляющий собой ПЗУ, сигнал из шины СРВ разрешает одну из ячеек памяти, в которой хранится код, соответствующий преобразуемой величине. При появлении на, входах блока 6 сигнала ЧТ и BYC блок 6 формирует сигнал ВЧТ, поступающий в блок

5; по которому иэ разрешенной ячейки блока 5 по шине ВШД поступает код в блок 6.

Из блока 6 цифровой код словами или байтами поступает на шину 7. После передачи из блока 6 полного кода происходит снятие сигнала ГТ и формируется сигнал СБР, rio которому блок 4 снимает сигнал на шине

СРВ, После этого устройство готово к новому циклу преобразования.

Одним из недостатков предлагаемого устройства является существенная зависимость электрооптических эффектов, положенных в основу способа. от температуры, Для устранения этого недостатка можно

1787281 включить в устройство схему термостабилизации электронно-оптического блока. Использование предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяет создать на базе существующих микроэлект- 5 ронных технологий новый быстродействующий АЦП в виде интегральной микросхемы или микросборки, совместимый с микропроцессором. Это позволяет создать новые системы для управления и сбора информации 10 в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

1. Способ аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, заключаю- 15 щийся в том, что по крайней мере один луч монохроматического излучения направляют в электрооптический кристалл, действуют на последний напряжением электрического сигнала, индуцируя измене- 20 ние показателя преломления злектрооптического кристалла для необыкновенного луча, регистрируют результирующее изменение выходного параметра монохроматического излучения и преобразуют его в 25 цифровой код, о т л и ч э ю шийся тем, что, с целью увеличения разрядности преобразования, луч монохроматического излучения направляют наклонно к оптической оси .кристалла, выделяют необыкновенный луч, 30 осуществляют многократные отражения последнего в объеме электрооптического кри.сталла и . результирующее пространственное смещение необыкновенного луча используют в качестве выходного 35 параметра монохроматического излучения, 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона преобразования, одновременно направляют не менее двух лучей монохро- 40 матическог0 излучения в разные области объема электрооптического кристалла, действуя на последние неперекрывающимися между собой уровнями напряжения электрического сигнала.

3, Устройство для аналого-цифрового преобра-зования электрического сигнала. содержащее последовательно оптически связанные по крайней мере один полупроводниковый лазер, снабженный блоком накачки, электрооптический кристалл, снабженный сигнальными электродами и фотоприемный блок, а также блок цифрово- го кодирования, вход которого подключен к выходу фотоприемного блока, усилитель сигнала, выход которого подключен к сигнальным электродам электрооптического кристалла. а вход усилителя сигнала является входом устройства, о тл и ч а ю ще вся тем, что в устройство дополнительно введен блок управления, включающий в себя микропроцессор и постоянное запоминающее устройство, злектрооптический кристалл выполнен с отражающими покрытиями на

его поверхности, оптическая ось электрооптического кристалла расположена:под углом к направлению оптической оси канала излучения полупроводникового лазера, а фотоприемный блок выполнен позиционно-чувствительным, при этом порты блока управления подключены к соответствующим портам блока накачки, усилителя сигнала, фотоприемного блока и блока цифрового кодирования.

4. Устройство поп.3,отл ича ю щ еес я тем, что, с целью упрощения; отражаЮщие покрытия электрооптического кристал- . ла выполнены из токопроводящего материала и подключены к источнику входного сигнала.

1787281

1787281

Риг3

Составитель Е.Халатова

Техред ММоргентал Корректор С. Шекмар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5