Оптоэлектронное множительное устройство

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапистическмк

Республик ()943752 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)3d«J1eH0 30.05.80 (21) 2933427/18-24 (5I )M . Кл.

G 06 G 7/16

G 06 G 9/00 с присоелинением заявки,%

9вударсткнный комнтет

СССР (23) Приоритет до делам нэооретенкй и открытнй

Опубликовано 15.07. 82. Бюллетень ЛЪ26

Дата опубликования описания 15.07. 82 (53) УДК 681.335..5(088.8) А.Б.Лукашенок, А.С.Косенко и Ю.И;Кото (72) Авторы изобретения вскии

Ров Яйййййкдй

Рижский Краснознаменный институт инже авиации им. Ленинского комсомола (7l ) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вы числительным устройствам, предназначенным для синхронного умножения произвольных электрических сигналов, заданных, 5 например, в виде напряжения, на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники и может использоваться в аппаратуре гармонического анализа, в частности, во внутримодель;, ной ее разновидности для экспвриментальных исследований нестационар-. ных аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов активным методом. 15

Известно множительное устройство, выполняющее умножение электрических сигналов на гармонические функции, I содержащее модулирующий блок, выполненный в виде цилиндрического корпу- 20 са, внутри которого на оси вращения установлен прозрачный модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными шаблонами непре

2 рывных гармонических зависимостей, осветители, установленные вдоль окружности под углом 7 /2 один относительно другого и оптически связанные через прозрачный модулирующий диск с соответствующими преобразующими блоками, 1роторезисторы которых включены в смежные плечи соединенных попарно общей диагональю перемножающих дифференциальных фоторезисторных мостов, одна диагональ которых является соответствующим сигнальным входом устройства., а другие диагонали являются соответственно синусными и косинусными выходами устройства (1).

Недостатком этого устройства является неприспособленность его для одновременного умножения на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники. Принятие же для этого специальных мер в виде механического редуцирования вращаюцихся элементов приводит к существенным по3 9437 грешностям из-за фазового рассогласования гармонических функций.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является оптоэлектронное множительное устройство, содержащее соединенные по мостовой схеме первый и второй фоторезисторы и первый и второй регулируемые излуча тели, объеди ненные выводы первого фоторезистора и перво- 1р

ro регулируемого излучателя и объединенные выводы второго фоторезистора и второго регулируемого излучателя являются .первым выходом устройства соединенные по мостовой схеме третий и четвертый фоторезисторы и третий и четвертый регулируемые излучатели, объединенные выводы третьего фоторезистора и третьего регулируемого излучателя и объединенные выво20 ды четвертого фоторезистора и четвертого регулируемого излучателя являют ся вторым выходом устрой ст ва, источник напряжения - сомножитель, первый и второй выходы которого под25 ключены соответственно к объединенным выводам первого и второго фоторезисторов и первого и второго регулируемых излучателей, третий и четвертый выходы источника напряжениясомножителя присоединены соответзо ственно к объединенным выводам третьего и четвертого фоторезисторов и третьего и четвертого регулируемых излучателей, соединенные по мостовой схеме пятый и шестой фоторезисторы и первый и второй токоограничительные резисторы, объединенные выводы пятого фоторезистора и первого токоограничительного резистора и объединенные выводы шестого фоторезистора и второго токоограничительного резистора подключены к соответствующим входам сумматора, первый и второй выходы которого являются третьим выхЬдом устройства, соединенные по мостовой схеме седьмой и восьмой фоторезисторы и третий и четвертый токоограничительные резисторы, объединенные выводы седьмого фоторезистора и третьего токоограничительного резистора и объединенные выводы восьмого фоторезисто- . ра и четвертого токоограничительного резистора являются четвертым выходом устройства, пятый и шестой вы- 55 ходы источника напряжения - сомножителя через делитель напряжения под.кпючены к дополнительным входам сум52 4 матора, источник напряжения, первый и второй выходы которого присоединены соответственно к объединенным выводам пятого и шестого фоторезисторов и первого и второго токоограничительных резисторов, третий и четвертый выходы источника напряжения подключены соответственно к объединенным выводам седьмого и восьмого фоторезисторов и третьего и четвертого токоограничительных резисторов, источник постоянного излучения, модулятор излучения, выполненный в виде двух цилиндров, образующие которых являются входной осью устройства, при чем первый цилиндр повернут вокруг входной оси устройства на угол 90 относительно второго цилиндра, источник постоянного излучения оптически сопряжен через первый цилиндр модулятора излучения с первым и вторым фоторезисторами, а через второй цилиндр модулятора излучения оптически сопряжен с третьим и четвертым фоторезисторами, первый, вто-. рой, третий и четвертый регулируемые излучатели оптически сопряжены через второй цилиндр модулятора излучения с пятым, шестым, седьмым и восьмым фоторезисторами 2).

Недостатками устройства являются погрешности из-за искажений в законах модуляции световых потоков, падающих на светочувствительные площадки фоторезисторов мостов канала второй гармоники по причине подверженности излучателей мостов канала первой гармоники вибрациям, присущим динамической механической части светооптического преобразователя, параэитного взаимовлияния световых трактов по причине сравнительно большого расстояния между этими излучателями и соответствующими фоторезисторами, расположенными по разные стороны светооптического преобразователя, что требует для своего уменьшения принятия соответствующих мер в виде введения специальной ячеистой светонепроницаемой ширмы, а это, в итоге, приводит к усложнеwe конструкции.

Цель изобретения - повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронном множитель. ном устройстве, содержащем осветительный блок, механический эксцентриковый модулятор света, который

94375

55 установлен между осветительным блоком и фоточувствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, вторая .пара фоторезисторов фоточув ствительного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является вторым выходом устройства, третья пара фо- 15 торезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и второй балансировочные резис- 20 торы, одна диагональ третьего множительного моста соединена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара 25 фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи четвертого множительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные 50 резисторы, одна диагональ четвертого множительного моста соединена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ - соединена с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами аттенюатора, входы которого подключены к источнику входного сигнала, а выход сумматора является четвертым выходом уст40 ройства, фоточувствительный блок содержит четыре электрооптических светофильтра, выполненных в виде жидкокристаллических ячеек, которые вклю" чены соответственно в другие смеж45 ные плечи первого и,второго множительных мостов, причем электрооптические светофильтры установлены между механическим модулятором света. и соответствующими фоторезисторами тре50 тьего и четвертого множительных мостов.

На чертеже. представлена электри" ческая схема, устройства.

Устройство состоит из оптико-механической и электрическои частеи.

Оптико-механическая часть включает приводной .вал 1, механический эксцентриковый модулятор света 2 на основе

2 6 двух цилиндрических эксцентриков 3, установленных на валу 1, сдвинутых относительно друг друга на угол 90 о осветительный блок 4, фоточувствительный блок 5 на фоторезисторах 6 и четыре электрооптических светофильтра (жидкокристаллические ячейки) 7.

Электрооптические светофильтры 7 представляют собой светомодулирующие устройства, основанные на способности некоторых прозрачных веществ изменять под действием электрического поля (сигнала) свою оптическую плотность.

Все элементы оптико-механической части- устройства заключены в общий светонепроницаемый корпус 8. Осветительный блок 4 предназначен для создания равномерного параллельного светового потока.

Диаметры. эксцентриков 3 равны высоте светочувствительных площадок фоторезисторов 6, расположенных в одной плоскости.

Электрическая часть устройства со" держит четыре одинарных (четырехплечих) моста 9-12, среди которых 9 и

10 относятся к каналу первой гармоники (nl) и имеют в плечах соответственно четыре фоторезистора 6, че" тыре электрооптических светофильтра

7, а 11 и 12 относятся к каналу второй гармоники (п=2) и имеют в плечах четыре фоторезистора и четыре постоянных балансировочных 13 резистора, источник 14 входного сигнала U(t), аттенюатор 15, сумматор 16, источник стабилизированного напряжения 17 и выходы устройства 18-21, расположенные на панели 22. Входwe диагонали мостов 9 и 10 вместе с входом аттенюатора 15 подключены к выходам источника 14, а входные диагонали мостов 11 и 12 - к выходам источника 17. Выходные диагонали мостов 9-11 и выход 21 сумматора 16 соединены с клеммами панели 22. Выходная дйагональ моста 12 связана с одним из входов сумматора 16, второй вход которого подключен к выходу аттенюатора 15.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 1 с угловой скоростью Ю эксцентрики 3 модулируют световые потоки, падающие от источника света 4 на светочувствительные площадки фоторезисторов 6 и по законам синуса и косинуса пер943752

U,(t) Ж®ай

0 (Ь) = 0(t)costi)t

35 вой гармоники, причем попарно противофазно.

В силу известной особенности фоторезистора менять свое сопротивление в зависимости от падающего 5 на светочувствительную площадку светового потока, равного произведению освещенности излучателя на площадь, освещаемую им, сопротивления Вф„- фоторезисторов 6, световые потоки Io которых модулируются лишь эксцентриками 3, включенных в плечи мостов 9 и 10, изменяются следующим образом

"ф Ф la)=aо-hasjn t, 1 2 ф Ф ) о+ йсме

Фа Ф4 где ko - среднее значение сопротивле- ния фоторезистора (при освещении половины его светочувствительной площадк4; дув щ,"изменения приращений сопрод1 со8у тивлений соответствующих фотореэисторов.

В соответствии со свойством оди25 нарных мостов осуществлять умножение сигнала во входной диагонали на функцию изменения сопротивлений активных плеч сигналы, снимаемые с выходных диагоналей мостов 9 и 10, образующих канал первой гармоники (n=l ) пропорциональны сост ветственно

По аналогичным законам изменяются прозрачности (оптические плотности) электрических светофильтров 4î

7 этих мостов, что вызывает наряду с изменениями освещаемых площадей, по закону синуса. первой гармоники эксцентриком 3 краткую модуляцию ос- . вещенностей Е- -Еф светочувствитель. 45 ф8

HbIx площадок оторезисторов 6, включенных в плечи мостов 11 и 12

Еф5 %)=Ео аЕ ОО:М иМЦ в Ф,ф ®= о+ И (U(t) cmttIC) где Ео - среднее значение освещенности

b Е О К) МиаА3ьгизменения приращед щ+) Cosa ) ний освещенностей фотореэисторов> IlpoAop» 55 циональные синуснокосинусным Сигналам канала первой гармо" ники.

В результате изменения световых потоковф -фф, падающих на фоторезисторы 6, включенные в плечи мостов 11 и 12, соответствуют

Фф ф.®=фо+Ьф(О А)ЧИВа в Фь

"61иж1 ) =0() Ми xt фф @ ® фо+- 4tu(t)cos ts >+

7 . 8

=0()юи ц.А, что при водит к пропорционал ь ным изменениям их сопротивлений и, в связи с вышеупомянутым свойством одинарных мостов, на выходных диагоналях мостов 11 и 12, питаемых постоянным напряжением, соответственно получают следующие сигналы:

u ()=-о®м - а

0<(t) =ОЙ) si 2.ио6

Сигнал с выхода моста 11 подается в противофазе с сигналом ЮЦУ, снимаемым с аттенюатора 15, на вход сумматора 16, поэтому на выходе послед- него имеем сигнал, пропорциональный

"5 «)= ()@ ш :-uH) cos 2аА

U(t) Таким образом, при непрерывном вращении вала 1 с постоянной угловой скоростью LU с выходной панели 22 устройства снимают электрические сигналы, пропорциональные произведениям входного напряжения на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники, т.е. U(t) 51n, U(t) соЫИ, U(t) sin 2%t и U(t) cos 2aUt которые строго синхронны между собой, так как необходимый угол фазового сдвига 90 .выдерживается с высокой точностью при монтаже эксцентриков 3 на валу 1 и сохраняется в дальнейшем неизменным.

Расположение электрооптических светофильтров, осуществляющих вто-. ричную модуляцию световых потоков, Ilo синусно"косинусным законам канала первой гармоники непосредственно перед фоторезисторами мостов канала второй гармоники повышает точность работы уотройства. Предложенное уст-. ройство обладает хорошей вибропомехозащищенностью и надежностью работы.

Формула изобретения

Оптоэлехтронное множительное уст ройство, содержащее осветительный

943752

9 блок, механический эксцентриковый модулятор света, который установлен между осветительным блоком и фоточувствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в 5 смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, вторая 1Î пара фоторезисторов фоточувстви-. тельного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, д а другая диагональ является вторым входом 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 стабилизированного напряжения, а другая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи четвертого множительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные резисторы, одна диагональ четвертого множительного моста сое динена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ соединена с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами аттенюатора, входы которого подключены к источнику входного аигнала, а выход сумматора является четвертым выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства, фоточувствительный блок содержит четыре электрооптических светофиль" тра, выполненных в виде жидкокристаллических ячеек, которые включены соответственно в другие смежные плечи первого и второго множительных мостов, причем электрооптические светофильтры установлены между механическим модулятором света и соответствуацими фоторезисторами третьего и четвертого множительных мостов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 601717, кл. G 06 G 9/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2751887/24 кл. G 06 G 7/16, 1979.(прототип).

943752

Составитель Ю. Козлов

Редактор Л.Веселовская Техред А, Ач . Корректор M.Шароши

Заказ 5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, «Й

5 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам избретений и открытий

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