Оптоэлектронный функциональный преобразователь

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРОЮМУ СВИ ВАЛЬСУУСоюз Советских Социалистических Республик(22) За о 040 6 6 9/О присоединением суддрственный комитет СССР ио делам изобретений н открытий) Прно тень Йо 3150 881 15,0 Ц 81, Бю к 3 УДК 681, 333 088 ата опубликования описаноелок имж 20 ного в ранспорт ующий сиустройИзобретение относится к устройст вам для обработки цифровых и аналоговых данных и может быть использованов различных системах обработки информации,Известно аналоговое устройство дляформирования корреляционной функции,применяемое при определении скоростидвижения при прокатке, содержащееосветители, которые формируют двасветовых луча, которые, отражаясьот поверхности прокатываемого металла на заданном расстоянии друг отдруга, падают на фотоприемники. Отраженные световые потоки моделированыпо интенсивности неоднородностямикоэффициента отражения поверхностипрокатываемого металла, при этомсигнал от второго фотоприемника сдвнут по отношению к сигналу фотоприеника,на время транспортн. запаздывания. Сигнал первого фотоприемникаподаетсяна блок умножения через блокрегулируемой задержки, Сигнал совторого фотоприемника подается надругой вход блока умножения, При совпадении времени, установленблоке задержки, и времени тного запаздывания реэультир гнал на выходе множительного30 ства имеет максимальную амплитуду что фиксируется измерительным прибором. Скорость движения металла определяется при известном расстоянии по величине времени задержки, соответствующего максимуму корреляционной функции 1 .Однако извести устройство требует применения б а регулируемой задержки сигналов с широким изменением времени задержки и сложных блоков умножения, что сопряжено с большими конструктивными трудностями.Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный функциональный преобразователь,содержащий управляемый источник света,светопровод,теневую маску. расположенную на входной оси и функциональный фоторезистор, помещенный в светоэащитный корпус. Функциональный фоторезистор соединен с формирователем выходного сигнала, расположенным вне светозащитного корпуса, и содержащий; резистор нагрузки, который расположен на его входе и через разделительный конденсатор соединен с частотно-корректирующей цепью, соединенной с управляемым усилителем, расположенным на его выходе. Вход управления усилителя подключен60 65 к точке соединения резистора нагрузки с разделительным конденсатором. Преобразователь используется в качестве линии задержки, которая позволяет увеличить время задержки до десятков миллисекунд с возможностью его плавной регулировки в широком диапазоне (10 мкс - 10 мс) при уменьшенных габаритах и упрощенной конструкции. Угол поворота входной оси определяет положение теневой маски и следовательно время задержки. Указанный эффект достигается использованием инерционных свойств функционального фоторезистора Г 2Однако такой преобразователь не позволяет непосредственно реализовать функцию корреляции различных сигналов, а также двумерную функцию корреляции и функцию Винера-Хинчина, кроме того, известные устройства, формирующие подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной Функции корреляции и функции Винера-Хинчина имеют весьма сложную аппаратуру, необходимую для реализации перемножения и регулируемой задержки, что в свою очередь ограничивает разрешающую способность и вносит погрешность. Такие преобразователи вообще не позволяют формировать подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной функции корреляции и функции Винера - Хинчина.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования подынтегрального ядра функции корреляции при сохранении разрешающей способности, а также двумерной функции корреляции и функции ВинераХинчина.Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный Функциональный преобразователь, содержащий Формирователь прямоугольных импульсов, цилиндрический светозащитный корпус, по продольной оси симметрии которого установлена поворотная ось, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны управляемые источник, электрический вход которого является первым входом преобразователя, светопровод, теневая маска и функциональный Фоторезистор, вход которого является вторым входом преобразователя, причем теневая маска закреплена на поворотной оси, внутри цилиндрического светоэащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны источник света, вращающаяся диафрагма и фотопотенциометр, причем вращающаяся диафрагма закреплена на поворотной оси. Электрический вход источника света является третьим входом преобразователя, выход фоторезистора соединен со входом фотопотенциометра, выход которого подключен ко входу формирователя прямоугольных импульсов. На фиг. 1 представлена схема оптоэлектронного функционального преобразователя; на фиг. 2 - эпюры электрических сигналов преобразователя,Оптоэлектронный функциональныйпреобразователь содержит светозащитный корпус 1, поворотную ось 2,управляемый источник 3 света, светопровод4, теневую маску 5, функциональныйфоторезистор 6, источник 7 света,вращающуюся диафрагму 8,фотопотенциометр 9, Формирователь 10 прямоугольных импульсов.Оптоэлектронный функциональный преобразователь работает следующим образом15 Один из электрических сигналов,подлежащих Функциональному преобразованию, поступает через вход А науправляемый источник 3 света, гдеон преобразуется в световой поток, 20 формируется в виде светового штрихас помощью светопровода 4 и через теневую маску 5 направляется на активную поверхность Функционального Фоторезистора 6. Функциональный фоторе" р зистор 6 преобразует световой сигналв электрический, причем последнийзадержан на время релаксации, обусловленной инерционностью фотопроводимости фотопроводящего материала функционального фоторезистора 6. При этомвремя нарастания фототока зависит отуглового положения поворотной оси 2.Таким образом, первый электрический сигнал задерживается на время,пропорциональное угловому положениюповоротной оси 2. Угловая зависимостьвремени задержки может быть выполнена по любому заранее заданному закону соответствующим профилированиемтеневой маски 5, Второй элеКтрический 40 сигнал, подлежащий преобразованию,через вход Б поступает на электродыфункционального фоторезистора 6, гдепроисходит его перемножение с первымзадержанным сигналом. Операция пере множения происходит вследствие того,что на выходе функционального фоторезистора 6 результирующий сигнал появляется лишь в том случае, когда нафункциональный фоторезистор 6 воздействуют одновременно оптический и электрический сигналы. Безосвещения активной поверхности Функ-ционального фоторезистора 6 на еговыходе отсутствует сигнал даже приналичии электрического сигнала наэлектродах. И наоборот, при отсутст-.вии электрического сигнала на электродах на выходе функционального фоторезистора результирующий сигнал отсутствует независимо от наличия светового сигнала,Это обстоятельство аналитическиописывается выражением для фототока3 , протекающего по фоторезисторубгде М и )3 - приложенное к Фоторезистору напряжение и его освещенность,соответственно; )( и СК - коэффициенты нелинейности вольтамперной и люксамперной характеристики, Для фотопроВОДЯЩИХ ПЛЕНОК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕдинений А и В" задача получения значенийи с,близкимк единице, внастоящее время не представляет трудности.С выхОда функциональнОгО фотОрезистора 6 результирующий сигнал поступает на резистор Фотопотенциометра9, являющегося нагрузкой функциональ-.ного фоторезистора 6, Величина сопротивления оси 2 нагрузки зависит отположения поворотной оси 2,Закон измене ния величины сопротивления резистораФотопотенциометра 9 принят обратнымизменению сопротивления Функционального фоторезистора 6.Таким образом, производится нормирование выходного сигнала 20функционального фоторезистора 6. Нормированием устраняется зависимостьамплитуды сигнала от времени задержки. Наличие этой зависимости связанос тем, что для функционального фото- э 5резистора б характерна сильная зависимость амплитуды выходного напряжения от угла поворота оси 2. Эта зависимость является недопустимой, таккак формирователь 10 прямоугольныхимпульсов производит формирование прямоугольных импульсов по заданномууровню сигнала (0,707 или 0,63).Этотуровень зафиксирован на входе Формирователя 10 в виде определенного напряжения и отклонения от него, чтоимело бы место при наличии зависимости амплитуды выходного сигнала функционального фоторезистора б от времени его задержки, делало бы невозможным функционирование предлагаемого 40функционального преобразователя. Величина резистора фотопотенциометра 9зависит от положения прорези во вращающейся диафрагме 8, закрепленнойна выходной оси 2, Свет от источника 457 света через прорезь во вращающейсядиафрагме 8 падает на фотослой фотопотенциометра 9Фотослой играетроль проводящего контакта, В томслучае, если на источник 7 света 50через вход В подается третий электрический сигнал, то преобразователь формирует подынтегральное ядро двумернойфункции корреляции, если фотослойфотопотенциометра обладает инерционностью, и функцию Винера-Хинчина,если не обладает,Упрощение Формирования подынтегрального ядра корреляционной функции обеспечивается тем, что задержка сигналаво времени и его перемножение совмещено и выполняется одним элементом -функциональным фоторезистором б, Повышение разрешающей способности обеспечивается возможностью плавной перестройки времени задержки, при помощи 65 плавного вращения теневой маски 5на поворотной оси 2,На первой и второй диаграммах(см, фиг, 2) представлены сигналы,поступающие на первый и второй входы,На третьей диаграмме представлен сигнал на выходе функционального фоторезистора, а на четвертой - на выходефотопотенциометра. Видно, чтопослеФотопотенциометра произошло нормирование сигнала. На последней, пятойдиаграмме представлен выходной сигнал, его длительность прямо пропорциональна величине подынтегральногоядра функции корреляции. Кривым 1, 2(на диаграммах фиг. 2) соответствуютуглы поворота оси 2 предлагаемогооптоэлектронного функциональногопреобразователя 30, 180 О,Предлагаемый оптоэлектронный функциональный преобразователь, формирующий подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной функции корреляциии функции Винера-Хинчина обладаеттакими технико-экономическими преиму .ществами, как простота конструкции,дешевизна изготовления и простота вэксплуатацииФормула изобретенияОптоэлектронный функциональныйпреобразователь, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, цилиндрический светозащитный корпус,по продольной оси симметрии которогоустановлена поворотная ось, внутрицилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены иоптически связаны управляемый источник света, электрический вход которого является первым входом преобразователя, светопровод, теневая маскаи функциональный Фоторезистор, входкоторого является вторым входом преобразователя, причем, теневая масказакреплена на поворотной оси, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения Функциональных возможностей за счет формирования подынтегрального ядра функции корреляции, внутрицилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны источник света, вращающаяся диафрагма и фотопотенциометр,причем, вращающаяся диафрагма закреплена на поворотной оси, электрическийвход источника света является третьимвходом преобразователя, выход фоторезистора соединен со входом фотопотенциометра, выход которого подключен ковходу формирователя прямоугольныхимпульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Козубовский С.Ф. Корреляционные экстремальные систеьы, К., "Науковая думка", 1973, с. 8.2. Автоское свидетельство СССРпо заявке М 2516700/09,кл, 6 06 6 9/00, 1977.855686 Составитель В. ЖовинскийРедактор М. Погориляк Техред С. Мигунова Корректор В. Синицк Закаэ 6916 7 ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 745 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаушПодписи омитета СССР открытий кая наб., д. 4/5