Электрооптический преобразователь электрических сигналов

 

1! ц.682857

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.01.76 (21) 2318228/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.79 (51) Ч. Кл. -

G 02Г 1/05

G 02 F i/00

Государственный комитет

С С С P (53) УДК 621.397. .132 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. М. Калниболотский и О. И. Левченко (71) Заявитель Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к преобразователям .непрерывных во времени электрических сигналов в импульсы и предназначено для использования в устройствах автоматики, вычислительной техники.

Известен преобразователь сигналов, выполненный только на электрических элементах.

Такой преобразователь имеет довольно большие габариты, вес и емкость.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является преобразователь, в основу кото рого положены принципы функциональной микроэлектроники. Преобразователь содержит источник света, два последовательно расположенных сегнетоэлектрических кристалла с электрода ми и фотоприемник, перед каждым из которых расположен поляризатор.

Кроме того, в состав преобразователя входит регистрирующее устройство (2). Такой преобразователь может выполнять целый ряд функций: аналого-цифровое преобразование, широтно-импульсная модуляция, преобразование фазы в импульсы и т. д.

Однако этот преобразователь имеет недостаток, который существенно понижает его конкурентоспособность в сравнении с другими устройствами подобного назначения.

Этот недостаток — одноканальность преобразования. Такой недостаток сщс более усугубляется все возрастающей тенденцией увеличения пропускной способност;1 устройств преобразования информаци 1.

Исходя из вышеизложенного, основная цель изобретения — расширение функциональных возможностей преобразователя за счет увеличения числа каналов преобразования.

Ið Поставленная цель достпгастся тем, что в преобразователе, содержащем источник света, фотоприемник, сегнетоэлсктрпческпе кристаллы и поляризаторы, введены два светоделитсля, расположснныс перед каждым из кристаллов и два допол:1нтсльных фотоприемника, оптичсскн связанныс со свстоделителями, а также дополнительный ccrHcTo3 !eIIT1»II IccI нЙ i d!!cT l c электродами и поляризатором, установленный между первым светодслптелем и дополнительным фотоприемником.

На фиг. 1 czexl aTII LiccI

Преобразователь состоит пз источника света 1, фотоприемников 2 — 4, сегнстоэлсктричсских кристаллов 5 — 7, облада:о цпх гистерезисным элсктрооптическпм эффектом с электродами S, поляр:!32To703 9 — 12, Зр светоделнтслсй 13 и 14. Элементы 1 — 14

682857

m+ агс з1п

IIàxoäÿòñEI в светонепроницаемом корпусе 15.

Один из каналов преобразования образован элементами (последовательно 110 ходу луча света) 1, 9, 13, 7, 10, 14, 4. Второй канал образован элементами 1, 9, 13, 5, 11, 2 и третий канал — 1, 9, 13, 7, 10, 14, б, 12, 3.

Элементы первого канала расположены на одной оси с источ ником света 1 и фотоприемником 4, в остальных каналах эта соосность нарушастся, поскольку эти каналы работают на световом луче, идущем уже от светоделителя 13 или 14.

В основу работы преобразователя положена способность кристаллов, обладающих гистерезисным электрооптическим эффектом, преобразовывать непрерывный поляризованный световой поток в импульсы света, длительность которых зависит от электрического напряжения, поданного на кристалл.

На фиг. 2 показана электрооптическая петля гистерезиса сегнетоэлектрпческого кристалла. Если к кристаллу прикладывается синусоидальное напряжение, то при перенесении синусоиды с уровнем коэрцитивного поля

+Е,; (точка а на фиг. 2) кристалл переходит в состояние пропускания света, которое продолжается вплоть до точки б (a — б— интервал пропускання света), где поле достигает величины +Е„. и кристалл переходит в состояние, при котором он не пропускает света. Это состояние продолжается до точки в, где поле достигает величины + "„ и цикл повторяется. Таким образом, непрерывный световой поток, проходя через кристалл, преобразуется в импульсы света I

Если к кристаллу кроме синусоидального напряжения U прикладывать и постоянное напряжение U=, то это приводит к смещению петли гистерезиса вдоль оси электрического поля, что проявляется в изменении величины коэрцитивного поля для положительной и отрицательной полуволн синусоидального напряжения U .На фиг. 2 штриховой линией показана смещенная петля гистерезиса, получснная в результате, приложения к кристаллу отрицательного постоянного напряжения — U

Для этой петли гистерезиса коэрцитивiHI Ic поля будут иметь значения

) — E;, ((-+E;. .

Вследствие этого интервал пропускания света через кристалл станет равным интервалу а — б (b — г ), который будет меньшим интервала а — б. Это приведет к уменьшению длительности импульса света, прошедшего через кристалл, до величины т .

При изменении полярности U= петля гистерсзиса сместится в,противоположную сторону, что прпведст к увеличению длителы1о10

З0

)5

50 сти световых импульсов, прошедших через кристалл.

Зависимость длительности импульсов света от величины постоянного U= и переменНОГО Ь 1 3 ll P EI IK 011 EI A м О ж с т О ы т ь В ы Р а ж с и а соотношением: — сгсsin () 12 f, где U — амплитудное значение синусоидального напряжения U

/ — частота переменного напряжения.

Как следует из приведенного соотношения при неизменном U=, длительность импульсов определяется только величиной

U, и наобо рот, при .неизменном U, длительность импульсов зависит только от U

На фиг. 3 показана графически зависимость длительности импульсов т от величины постоянного .напряжения при различных значениях переменного напряжения U . Таким об разом, очевидно, что сегнетоэлектрический кристалл, обладающий гистерезисным электрооптическим эффектом, преобразует непрерыв ный световой поток в световые импульсы, длительность которых зависит от,величины постоянного или переменного напряжений, прикладываемых к кристаллу. Исходя из вышеизложенного, также очевидна одна из основных функций, которую может выполнять предлагаемое устройство — это преобразова|ние а налогового сигнала в импульсный.

Преобразователь работает следующим образом.

Непрерывный световой поток, идущий от источника 1, проходит через поляризатор 9 и попадает на светоделитель 13. На светоделителе свето вой поток делится на несколько лучей в зависимости от типа используемого Оветоделителя.

На фиг. 1 светоделитель делит поток,на два луча (полупрозрачное зеркало), один из которых распространяется прямо и попадает,на кристалл 7, другой — отразившись от светоделителя 13, попадает на кристалл

5, затем через поляризатор 11 на фотоприемник 2. Идущий прямо луч проходит через кристалл 7, поляризатор 10, светоделитель

14, rpe он опять делится. Один из разделенных лучей идет прямо,на фотоприемник 4, другой — через кристалл б, поляризатор 12 на фотоприемник 3. Таким образом, каждый отдельный луч с находящимся на его пути поляризаторами и кристаллами представляет собой отдельный канал преобразования. При приложении к кристаллу 5 или б или 7 неизменного си нусоидалыного напряжения и несущих информацию аналоговых сигналов, непрерывный световой поток, проходя через кристалл, преобразуется в импульсы света, длительность которых не682857 сет информацию об аналоговом сигнале.

На фотоприемниках 2 или 3 или 4 импульсы света преобразуются в электрические импульсы соответствующей длительности. Таким образом, а налоговая информация, преобразуется в электрические импульсы (в интервал времени).

Предлагаемый преобразователь превосходит по своим техническим возможностям прототип благодаря более широким функциональным способностям. Этот преобразователь может выполнять функции сложения и вычитания сигналов, что не может выполняться прототипом. Необходимо также отметить экономическую выгодность увеличения канальности преобразователя за счет деления светового луча, поскольку при этом уменьшается количество поляризаторов, приходящихся на оди н канал. Например, из фиг. 1 видно, что поляризатор 9 обслужи вает сразу два канала, оканчивающиеся фотоприемником 2 и фотоприемником 4. Таким образом, чем больше каналов преобразования, полученных за счет светоделителя, тем меньше стоимость каждого канала и в целом один канал такого преобразователя дешевле прототипного преобразователя.

Отсюда следует, что предлагаемый преобразоватсль имеет высокую экономическую эффективность.

Необходимо также отметить высокую надежность и помехозащищенность преобразователя. Надежность обусловлена полным отсутствием полупроводниковых элементов типа диод, Tipанзистор, помехозащищенность вытекает из световой (а не электрической) природы носителя информации.

Формула изобретения

Электрооптический преобразователь электрических сигналов, содержащий источник света, два последовательно расположенных

15 сегнетоэлектрических кристалла с электродами и фотоприемник, перед каждым из которых расположен поляризатор, о тл и ч аю шийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет

20 увеличения числа каналов преобразования, в него, введены два светоделителя, расположенные перед каждым из кристаллов и два дополнительных фотоприемника, оптически связанные со светоделителями, а также до25 полнительный сепнетоэлектрический кристалл с электродами и поляризатором установленный между первым светоделителем и дополнительным фотоприемником.

682857 авиа. Л

Рие.Х

Составитель Н. Решетников

Корректоры: О. Данишева и T. Добровольская

Редактор Н. Коляда

Заказ 2202/1 Изд. № 529 Тираж 591 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2