Оптоэлектронный функциональный преобразователь

(1) 769571 ОПИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Сециалистичеоких Республик(45) Дата опубликования описания 07.11.80по делам изобретении крыт(72) Авторы изобретения А. К. Смовж и В. Б. Горловский нститут полупроводников АН Украинской СС1) Заявитель ИОНАЛЬНЫЙ КТРОННЫЙ ФУНК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ(54) ОПТ Изобретение относится к функциональной оптоэлектронике и может быть использовано в системах автоматики, радиотехнических устройствах и системах обработки информации.Известны преобразователи на основе линейных фотопотенциометров 1, состоящие из источника света, устройства формирования подвижного светового зонда, фотопроводящего слоя, резистивного электрода и эквипотенциального электрода-коллектора. Световой зонд вместе с коллектором выполняет функции движка электромеханического потенциометра, создавая на ограниченном участке фотослоя избыточную проводимость, вследствие чего между резистивным слоем и коллектором на этом участке возникает проводящий контакт. Выходное напряжение является линейной функцией (в случае линейного фотопотенциометра) положения светового зонда.Недостатком такого преобразователя является то, что при относительно небыстром перемещении светового зонда по фотослою величина сопротивления фотослоя становится сравнимой с величиной сопротивления резистивного слоя, что приводит к искажениям выходного сигнала и снижению точности преобразования. Это происходит вследствие инерционных свойств фотослоя. Известны также преобразователи на основе функциональных фоторезисторов с переменным межэлектродным расстоянием 2, состоящие из источника света, устройства формирования узкого светового зонда, включающего оптический аттенюатор фотопроводящего слоя, на котором нанесены низкоомные электроды таким образом, чтобы расстояние между ними изменялось по определенному (линейному) закону. При перемещении светового зонда изменяется сопротивление фотослоя вследствие изменения его длины (расстояния между электродами). Благодаря этому изменяется выходное напряжение, т, е. происходит преобразование входного напряжения по заданному закону.Недостатком такого преобразователя является то, что при перемещении светового зонда по фотослою также возникают искажения выходного напряжения и функции преобразования вследствие инерционных свойств фотослоя.Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэлектронный функциональный преобразователь 3, содержащий фоторезистор щелевого типа, размещенный на диэлектрической подложке. На слой фотопроводящего материала фоторезистора нанесены эквипотенциальныеэлектроды Управление прибором производится оптическим аттенюатором, выполненным на основе подвижной теневой маски,имеющей два прозрачных участка. Формаодного прозрачного участка определяетсязаданной функцией преобразования и физико-техническими параметрами фоторезистора, второй прозрачный участок имеетформу прямоугольника, ширина которогоопределяется величиной сопротивления нагрузки. Световая система содержит источник света и коллиматор, создающий световой зонд заданных размеров.При смещении маски изменяется площадь освещенного участка фоторезисторавследствие чего изменяется фототок, а следовательно, и выходной сигнал.Недостатком такого оптоэлектронногофункционального преобразователя являетсято, что при быстром перемещении теневоймаски (например, более 3 гц для фотослояиз материала Сд 8) величина фототока неуспевает достигнуть своего стационарногозначения вследствие инерционных свойствфотопроводящего материала фоторезистора, что в значительной степени ограничивает быстродействие оптоэлектронногофункционального преобразователя и увеличивает погрешности преобразования приработе на частотах свыше 2 - 3 гц,Целью изобретения является расширениечастотного диапазона преобразователя присохранении точности функционального преобразования.Поставленная цель достигается тем, чтов оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий источник света,связанный через оптический аттенюатор свходом позиционно-чувствительного фотоприемника, первый электрический выводкоторого соединен с выходом источника питающего напряжения, а второй - черезрезистор нагрузки с шиной нулевого потенциала, введены дифференциатор, схемысравнения, источник постоянного эталонного напряжения, интегратор и регуляторуровня выходного сигнала, сигнальныйвход которого соединен с резистором нагрузки и входом дифференциатора, выходкоторого соединен с первым входом схемысравнения, подключенной вторым входом квыходу источника постоянного эталонногонапряжения. Выход схемы сравнения черезинтегратор соединен с управляющим входом регулятора уровня выходного сигнала,выход которого является выходом преобразователя. При этом регулятор уровня выходного сигнала выполнен в виде управляемого аттенюатора,На фиг. 1 представлена структурная схема оптоэлектронного функционального преобразователя; на фиг. 2 - график зависимости ошибки функции преобразования отчастоты предложенного преобразователя ипрототипа, Кривые 1 и 11 зависимости 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ошибки в функции преобразования от частоты у протипа и предложенного преобразователя соответственно.Оптоэлектронный функциональный преобразователь содержит источник света 1, оптический аттенюатор 2, позиционно-чувствительный фотоприемник 3, оптически связанный с источником света 1, через аттенюатор 2, резистор нагрузки 4, дифференциатор 5, вход которого соединен с резистором нагрузки 4, схему сравнения 6, одиниз входов которой соединен с выходом днфференциатора 5, источник эталонного постоянного напряжения 7, соединенный совторым входом схемы сравнения 6, интегратор 8, вход которого соединен с выходом схемы сравнения 6, регулятор уровнявыходного сигнала 9, вход управления которого соединен с выходом интегратора 8,а другой вход - с точкой соединения фотоприемника 3 и резистора нагрузки 4.Регулятор выходного уровня 9 представляет собой устройство, коэффициент передачи которого зависит от управляющегосигнала, и может быть выполнен на основеусилителя с автоматической регулировкойусиления нли на основе управляемого аттенюатора. Выход регулятора 9 являетсявыходом преобразователя.Преобразователь работает следующимобразом,Сигнал с фотоприемника 3, величина которого зависит от состояния аттенюатора 2,выделяется на резисторе нагрузки 4 и поступает на вход дифференциатора 5, гдепроизводится его дифференцирование. Таккак задан линейный закон изменения напряжения, то его производная при отсутствии искажений представляет собой постоянную величину, а при наличии искаженийимеет от нее отклонения. Продифференцированный сигнал поступает на один из входов схемы сравнения 6, на другой вход которой поступает эталонное постоянное напряжение, с источника напряжения 7. Величина этого напряжения соответствуетзначению производной сигнала, снятого сфотоприемника 3 при отсутствии искажений.Выделение разности между действительными эталонным значениями производной сигнала производится схемой сравнения 6. Выделенный разностный сигнал поступает навход интегратора 8, который производитобратное преобразование разностного сигнала в реальный масштаб,С выхода интегратора 8 реальный сигнал,величина и знак которого соответствуют величине и знаку искажений сигнала фотоприемника 3, поступает на вход управлениярегулятора 9, который в зависимости от величины и знака сигнала производной производит коррекцию сигнала фотоприемника 3.Оптоэлектронный функциональный преобразователь позволяет устранить влияниеинерционных свойств фотоприемника на его выходную характеристику, повысить быстродействие линейного оптоэлектронного функционального преобразователя и сохранить точность функции преобразования, Устранение влияния инерционных свойств фотопроводящего материала фотоприемника 3 на выходную характеристику преобразователя приводит к расширению выходного сигнала по виду отклонения производной сигнала, снятого с позиционно-чувствительного фотоприемника 3, от постоянной величины,Результаты испытаний представлены на фиг. 2. При частоте 200 Гц погрешность у прототипа достигает 60%, в то время как у предложенного преобразователя она не превышает 0,5%, т. е. также как и у прототипа, но на частоте 3 Гц.Таким образом, предложенный преобразователь позволяет получить широкий частотный диапазон преобразования при высокой точности преобразования.Формула изобретения1. Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий источник света, связанный через оптический аттенюатор с входом позиционно-чувствительного фотоприемника, первый электрический вывод которого соединен с выходом источника питающего напряжения, а второй - через резистор нагрузки с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с цельюрасширения частотного диапазона при сохранении точности работы преобразователя,5 в него введены дифференциатор, схемасравнения, источник постоянного эталонного напряжения, интегратор и регуляторуровня выходного сигнала, сигнальный входкоторого соединен с резистором нагрузки и1 О входом дифференциатора, выход которогосоединен с первым входом схемы сравнения, подключенной вторым входом к выходу источника постоянного эталонного напряжения, а выход схемы сравнения через15 интегратор соединен с управляющим входом регулятора уровня выходного сигнала,выход которого является выходом преобразователя.2. Преобразователь по п. 1, отл и ч а ющ и й с я тем, что регулятор уровня выходного сигнала выполнен в виде управляемогоаттенюатор а.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Свечников С. В., Смовж А. К., Каганович 3, Б. Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы. Советское радио,1978, с. 7.2. Там же, с. 120,3. Авторское . свидетельство СССР432860, кл. Н 01 Ь 17/00, Н ОЗК 19/08,1972 (прототип).Корректор Е. Николаева Редактор Л. Утехина Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2539/3 Изд.582 Тираж 772 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5