Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов.The invention relates to automation and computer engineering and can be used in a system for monitoring energy-saturated objects.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя [Пат. 157416 РФ МПК Н03М 1/26, опубл. 10.12.2015], содержащее источник опорного напряжения, группу электронных ключей, группу подстроечных резисторов, группу светодиодов, группу передающих световодов, группу передающих сферических линз, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм, группу приемных сферических линз, группу приемных световодов, Y-ответвитель, общий световод, фотоприемник, фотоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь. Недостатком данного устройства является наличие динамической погрешности преобразования.The closest in technical essence to the invention is a device for collecting information based on a fiber-optic digital-to-analog converter [US Pat. 157416 RF IPC Н03М 1/26, publ. 12/10/2015], containing a reference voltage source, a group of electronic switches, a group of tuning resistors, a group of LEDs, a group of transmitting optical fibers, a group of transmitting spherical lenses, a group of weight assignment elements based on slotted apertures, a group of receiving spherical lenses, a group of receiving optical fibers, Y- coupler, common fiber, photodetector, photo amplifier, analog-to-digital converter. The disadvantage of this device is the presence of a dynamic conversion error.
В основу изобретения поставлена задача повышения достоверности устройства за счет коррекции динамической погрешности преобразования.The basis of the invention is the task of increasing the reliability of the device by correcting the dynamic conversion error.
Для решения поставленной задачи в устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, содержащее источник опорного напряжения, группу электронных ключей, группу подстроечных резисторов, группу светодиодов, группу передающих световодов, группу передающих сферических линз, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм, группу приемных сферических линз, группу приемных световодов, Y-ответвитель, общий световод, фотоприемник, фотоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), причем один из выходов источника опорного напряжения соединен с группой электронных ключей, соединенных между собой параллельно, каждый электронный ключ последовательно соединен с соответствующим подстроечным резистором и светодиодом, каждый светодиод оптически связан с соответствующим приемным световодом, каждый приемный световод связан оптически с соответствующей передающей сферической линзой, каждая передающая сферическая линза связана оптически с соответствующим элементом назначения веса, каждый элемент назначения веса оптически связан с входом соответствующего приемного световода, выходы группы приемных световодов соединены с входом Y-ответвителя, выход Y-ответвителя соединен с входом общего световода, выход которого соединен с фотоприемником, выход фотоприемника соединен с информационным входом фотоусилителя, управляющий вход которого содинен со вторым выходом источника опорного напряжения, введены дополнительно дифференцирующая цепочка, выпрямитель, компаратор, аналоговый ключ, причем выход фотоусилителя соединен с последовательно соединенными дифференцирующей цепочкой и выпрямителем, выход выпрямителя соединен с информационным входом компаратора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, выход компаратора соединен с информационным входом аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом фотоусилителя, выход аналогового ключа соединен с входом АЦП.To solve the problem, an information collection device based on a fiber-optic digital-to-analog converter, containing a reference voltage source, a group of electronic keys, a group of tuning resistors, a group of LEDs, a group of transmitting optical fibers, a group of transmitting spherical lenses, a group of weight assignment elements based on slotted diaphragms, a group of receiving spherical lenses, a group of receiving optical fibers, a Y-coupler, a common optical fiber, a photodetector, a photo amplifier, an analog-to-digital converter (ADC) moreover, one of the outputs of the reference voltage source is connected to a group of electronic keys interconnected in parallel, each electronic key is connected in series with the corresponding trimming resistor and LED, each LED is optically connected to the corresponding receiving fiber, each receiving fiber is connected optically to the corresponding transmitting spherical lens , each transmitting spherical lens is connected optically to a corresponding weight assignment element, each optically weight assignment element it is connected with the input of the corresponding receiving fiber, the outputs of the group of receiving fibers are connected to the input of the Y-coupler, the output of the Y-coupler is connected to the input of the common fiber, the output of which is connected to the photodetector, the output of the photodetector is connected to the information input of the photo amplifier, the control input of which is connected to the second output a reference voltage source, an additional differentiating circuit, a rectifier, a comparator, an analog switch are introduced, and the output of the photo amplifier is connected to series-connected fferentsiruyuschey chain and a rectifier, the rectifier output is connected to the data input of the comparator, a control input coupled to a third output of the reference voltage, the comparator output is connected to the data input of the analog switch, a control input coupled to an output fotousilitelya, the analog switch output is connected to the input of the ADC.
Изобретение характеризуется следующими чертежами: на фиг. 1 показана функциональная схема 4-х канального мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации; на фиг. 2 представлен набор элементов назначения веса (ЭНВ) на основе щелевых диафрагм; на фиг. 3 показаны диаграммы, иллюстрирующие работу мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации.The invention is characterized by the following drawings: in FIG. 1 shows a functional diagram of a 4-channel multisensor fiber optic data acquisition device; in FIG. 2 shows a set of weight assignment elements (ENV) based on slotted diaphragms; in FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of a multisensor fiber optic data acquisition device.
В состав мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации входит источник опорного напряжения 1, один из выходов которого соединен через группу электронных ключей 2 с группой подстроечных резисторов 3, включенных параллельно, выход каждого подстроечного резистора соединен с входом соответствующего светодиода 4, светодиоды оптически связаны с входами соответствующих передающих световодов 5, выход каждого световода оптически связан с соответствующей передающей сферической линзой 6, выход каждой передающей сферической линзы через ЭНВ на основе щелевых диафрагм 7-10 (см. фиг. 2) оптически связан с соответствующей приемной сферической линзой 11, причем коэффициенты К0-К3 ЭНВ 7-10 изменяются в виде ряда , при этом К0=1, . Достигается это различными соотношениями Si/S0, где Si и S0 - площади прозрачных участков в диафрагмах с порядковым номером i и 0. Причем площади прозрачных участков Si находятся в соотношении Si=S02-i, где S0 - площадь отверстия диафрагмы в старшем разряде, i - номер разряда. Каждая приемная сферическая линза оптически связана с соответствующим приемным световодом 12. Выходные торцы группы приемных световодов соединены с входом Y-ответвителя 13, выход Y-ответвителя через общий световод 14 соединен с входом фотоприемного устройства 15. Выход фотоприемного устройства соединен с информационным входом фотоусилителя 16, управляющий вход которого соединен со вторым выходом источника опорного напряжения 1. Выход фотоусилителя соединен с последовательно соединенными дифференцирующей цепочкой 17 и выпрямителем 18, выход выпрямителя соединен с информационным входом компаратора 19, управляющий вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения 1, выход компаратора соединен с управляющим входом аналогового ключа 20, информационный вход которого соединен с выходом фотоусилителя 16, выход аналогового ключа соединен с входом АЦП 21, коэффициенты пропускания К0-К3 элементов назначения веса изменяются в соответствии с рядом 1/2n.The multisensor fiber-optic information collection device includes a reference voltage source 1, one of the outputs of which is connected through a group of electronic keys 2 to a group of tuning resistors 3 connected in parallel, the output of each tuning resistor is connected to the input of the corresponding LED 4, the LEDs are optically connected to the inputs corresponding transmitting optical fibers 5, the output of each optical fiber is optically coupled to a corresponding transmitting spherical lens 6, the output of each transmitting spherical ENW through a lens on the basis of slit diaphragms 7-10 (see. Fig. 2) is optically connected with a corresponding receiving spherical lens 11, and the coefficients K 0 -K 3 ENW 7-10 vary as a series , while K 0 = 1, . This is achieved by various ratios S i / S 0 , where S i and S 0 are the areas of transparent areas in the diaphragms with serial numbers i and 0. Moreover, the areas of transparent areas S i are in the ratio S i = S 0 2 -i , where S 0 - the area of the aperture in the senior discharge, i is the number of the discharge. Each receiving spherical lens is optically connected to a corresponding receiving fiber 12. The output ends of the group of receiving fibers are connected to the input of the Y-coupler 13, the output of the Y-coupler through a common fiber 14 is connected to the input of the photodetector 15. The output of the photodetector is connected to the information input of the photo amplifier 16, the control input of which is connected to the second output of the reference voltage source 1. The output of the photo amplifier is connected to the differentiating chain 17 and the rectifier 18 in series, the output the rectifier is connected to the information input of the comparator 19, the control input of which is connected to the third output of the reference voltage source 1, the output of the comparator is connected to the control input of the analog switch 20, the information input of which is connected to the output of the photo amplifier 16, the output of the analog key is connected to the input of the ADC 21, transmittance K 0 -K 3 weight assignment elements vary in accordance with a number 1/2 n .
Мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации работает следующим образом.Multisensor fiber optic device for collecting information is as follows.
Напряжение с первого выхода источника опорного напряжения 1 при замкнутых соответствующих электронных ключах 2 задает ток на соответствующих подстроечных резисторах 3 и соответственно уровень оптической мощности на выходе светодиодов 4. Направленное оптическое излучение с выходов светодиодов 4 с помощью соответствующих передающих моноволоконных световодов 5 через соответствующие передающие сферические линзы 6 подводится к соответствующему ЭНВ 8-11 на основе щелевых диафрагм, получает свой весовой коэффициент в соответствии с рядом , при этом К0=1, , таким образом происходит формирование входного кода волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя. Далее каждый световой поток через соответствующую приемную сферическую линзу 7 и соответствующий приемный световод 12 поступает на вход Y-ответветеля 13, где промодулированные потоки складываются и с помощью общего световода 14 воспринимаются фотоприемником 15. В фотоприемнике 15 оптическое излучение преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Фотоусилитель 16 усиливает этот сигнал. С помощью напряжения со второго выхода источника опорного напряжения 1 происходит сдвиг сигнала в фотоусилителе таким образом, что уровни сигнала с фотоусилителя 16 располагаются между i и i+1 уровнями квантования АЦП. Это обеспечивает однозначное соответствие между выходным кодом АЦП (y1, …, yn) и входным кодом устройства (х1, …, xn,) сбора информации, который задается положениями ключей 2. Далее сигнал с выхода фотоусилителя одновременно подается на вход дифференцирующей цепочки 17 и информационный вход ключа 20 (см. фиг. 3а). В дифференцирующей цепочке 17 сигнал дифференцируется (см. фиг. 3б) и поступает на вход выпрямителя 18, где он выпрямляется (см. фиг. 3в). Двухполупериодный выпрямитель необходим для нормальной работы компаратора 19, поскольку знак производной переходного процесса может быть как положительным, так и отрицательным. До момента окончания переходного процесса на выходе фотоусилителя, т.е. пока , где ΔквАЦП - шаг квантования АЦП, выходной сигнал компаратора поддерживает аналоговый ключ 20 в запертом состоянии, препятствуя прохождению сигнала с выхода фотоусилителя на вход АЦП 21 (см. фиг. 3г). По окончании переходного процесса, когда , выходной сигнал компаратора 19 открывает аналоговый ключ 20 и на вход АЦП поступает сигнал (см. фиг. 3д), пропорциональный установившемуся значению выходного сигнала фотоусилителя. Блокировка процесса аналого-цифрового преобразования на время переходного процесса позволяет исключить неоднозначность преобразования.The voltage from the first output of the reference voltage source 1 with the corresponding electronic switches 2 closed sets the current at the corresponding trim resistors 3 and, accordingly, the optical power level at the output of the LEDs 4. Directed optical radiation from the outputs of the LEDs 4 using the corresponding transmitting monofilament fibers 5 through the corresponding transmitting spherical lenses 6 is brought to the corresponding ENV 8-11 on the basis of slotted diaphragms, gets its weight coefficient in accordance with a number , while K 0 = 1, Thus, the formation of the input code of the fiber-optic digital-to-analog converter. Next, each luminous flux through the corresponding receiving spherical lens 7 and the corresponding receiving fiber 12 is fed to the input of the Y-coupler 13, where the modulated fluxes are added up and are received by the photodetector 15 using the common fiber 14. In the photodetector 15, the optical radiation is converted into an electrical signal proportional to it. The photo amplifier 16 amplifies this signal. Using the voltage from the second output of the reference voltage source 1, the signal is shifted in the photo amplifier so that the signal levels from the photo amplifier 16 are located between the i and i + 1 levels of the ADC quantization. This provides an unambiguous correspondence between the output code of the ADC (y 1 , ..., y n ) and the input code of the device (x 1 , ..., x n ,) for collecting information, which is set by the positions of the keys 2. Next, the signal from the output of the photo amplifier is simultaneously fed to the input of the differentiator chain 17 and the information input of the key 20 (see Fig. 3A). In the differentiating chain 17, the signal is differentiated (see Fig. 3b) and fed to the input of the rectifier 18, where it is rectified (see Fig. 3c). A half-wave rectifier is necessary for the normal operation of the comparator 19, since the sign of the derivative of the transient can be either positive or negative. Until the end of the transition process at the output of the photo amplifier, i.e. until , where Δ qACC is the ADC quantization step, the output signal of the comparator keeps the analog key 20 in a locked state, preventing the signal from passing from the output of the photo amplifier to the input of the ADC 21 (see Fig. 3d). At the end of the transition process, when , the output signal of the comparator 19 opens the analog switch 20 and a signal is received at the ADC input (see Fig. 3d), proportional to the steady-state value of the output signal of the photo amplifier. Blocking the process of analog-to-digital conversion during the transition process eliminates the ambiguity of the conversion.
