RU2691945C1 - Устройство для беспроводной передачи периодических электромагнитных колебаний промышленной частоты посредством лазеров - Google Patents

Abstract

Устройство для беспроводной передачи периодических электромагнитных колебаний промышленной частоты посредством лазеров включает: блок управления; блок генерирования и инжектирования импульсов силового светового потока лазерной частоты; блок генерирования и инжектирования информационных импульсов светового потока лазерной частоты; среду беспроводной передачи силового и информационного лазерного излучения; приемник импульсов силового светового потока лазерной частоты; приемник импульсов информационного светового потока лазерной частоты; схему формирования периодического электрического выходного сигнала промышленной частоты, который может содержать участки с положительными и отрицательными значениями, например, сигнал синусоидальной формы. Выходной сигнал устройства формируется из последовательности электрических импульсов одинаковой длительности. Электрические импульсы получаются в результате преобразования светового потока, принимаемого приемником лазерного излучения, в электрические при помощи фотодиодов. Световой поток к приемнику от инжектора поступает через среду беспроводной передачи. Интенсивность потока управляется при помощи включения различного числа излучающих лазеров в лазерной решетке. Управление интенсивностью потока осуществляется при помощи схемы управления. При помощи схемы управления формируется периодическая последовательность прямоугольных импульсов. Каждый импульс блока управления управляет подключением своей схемы генерирования тока накачки. Каждый импульс блока управления управляет своим количеством лазеров в лазерной решетке. Этим обеспечивается управление излучаемым световым потоком и в результате амплитудой электрического импульса на выходе устройства. Период выходного сигнала задается периодом управляющих импульсов, формируемых блоком управления. Амплитуды импульсов определяются количеством лазеров в инжекторе, выполненном в виде решетки из набора лазеров. Технический результат - обеспечение возможности беспроводной передачи сигналов синусоидальной формы промышленной частоты с использованием лазеров. 9 ил. 4 табл.

Description

I. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, лазерной техники, дистанционного энергоснабжения наземных подвижных и неподвижных объектов, энергоснабжения летательных и космических аппаратов. Устройство предназначено для генерирования и передачи без проводов периодических электромагнитных колебаний промышленной частоты с использованием лазеров.

Устройство может использоваться как в стационарных, так и мобильных системах для питания двигателей переменного тока, в том числе и для передачи электромагнитной энергии летательным аппаратам, а также для питания других потребителей электромагнитной энергии переменного тока промышленной частоты.

Аналогом является устройство, описанное в работе [1]. Актуальность беспроводной передачи электромагнитной энергии летательным и космическим аппаратам приведена в работах [2, 3].

II. Уровень техники

Целью изобретения является разработка устройства для генерирования и передачи без проводов периодических электромагнитных колебаний промышленной частоты. Для передачи электромагнитных колебаний используется импульсный пучок электромагнитных колебаний лазерного диапазона частот. Генерируемые блоком генерации и инжектирования, импульсы светового потока лазерной частоты принимаются приемником (набором фотодиодов) и преобразуются в электрические импульсы. Электрический сигнал на выходе устройства формируется последовательностью импульсных функций одинаковой длительности TI, амплитуды импульсов и их полярность определяются требуемой формой выходного сигнала. Количество импульсных функций n на периоде Т постоянно, задается и запоминается в регистре блока управления. В регистрах этого блока также запоминаются номера импульсов на периоде выходной периодической функции с отрицательными значениями. Информация об импульсах с отрицательными значениями передается информационным лазером в приемный блок. Принимаемые приемником силовые импульсы с этими номерами после преобразования в электрические импульсы инвертируются и передаются на выход устройства с отрицательными значениями. Управление амплитудами передаваемых импульсов осуществляется путем изменения интенсивности светового лазерного излучения, формируемого решетками лазеров в блоке генерации. При помощи устройства могут формироваться сигналы синусоидальной формы промышленной частоты (50 Гц, 400 Гц и др.), получившие широкое распространение в силовой электротехнике. Управление частотой выходных сигналов осуществляется в устройстве путем изменения частоты генератора прямоугольных импульсов в блоке управления.

Свойства симметрии синусоидальной функции

Синусоидальная функция e(t) зависимости напряжения е от времени t обладает следующими свойствами симметрии:

Свойства симметрии выполняются и для аппроксимирующей функции фиг. 1, представленной последовательностью импульсных функций.

Эти свойства позволяют для аппроксимации синусоидальной функции использовать ограниченное число дискретных значений импульсных функций. На рисунке фиг. 1 показана аппроксимация синусоидальной функции напряжения последовательностью импульсных функций при числе временных интервалов n=12.

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальной функции напряжения последовательностью импульсных функций для n=12

В таблице 1 записаны амплитудные значения импульсных функций, аппроксимирующих синусоидальную функцию напряжения при числе временных интервалов равном n=12. В таблице записаны численные значения амплитуд импульсов при условии, что амплитудное значение синусоиды и амплитуда импульса аппроксимирующей функции E3=1.

Из рисунка, представленного на фиг. 1, и таблицы 1 следует, что синусоидальную функцию можно аппроксимировать последовательностью импульсных функций. Амплитудные значения импульсов на интервале 0..T/4 примем кратными, т.е. Е3=1, Е2=(Е3/3)⋅2, Е1=Е3/3. Для остальных на периоде Т значений независимой переменной t эти значения повторяются с знаками плюс и минус, при общем числе импульсов равном n=12.

Отличительные свойства предлагаемого устройства

Устройство отличается тем, что позволяет дистанционно передавать без проводов периодические электромагнитные колебания заданной формы, мощности, частоты, включая промышленную, средствами импульсной и лазерной техники. Эти свойства устройства позволяют дистанционно передавать синусоидальные колебания промышленной частоты и использовать их для привода электрических машин и других потребителей электрической энергии.

III. Раскрытие сущности изобретения

III.1 Структурная схема устройства

Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 2.

Фиг. 2 Принципиальная структурная схема устройства

На рисунке фиг. 2 показаны следующие блоки устройства:

Б1 - Блок управления силовым и информационным модулями передатчика

Б2 - Генератор и передатчик

Б21 - Силовой модуль генератора

Б22 - Информационный модуль генератора

Б3 - Приемник и формирователь выходного сигнала

Б31 - Силовой модуль приемника

Б32 - Информационный модуль приемника

На рисунке также показаны силовой канал передачи электромагнитных колебаний и информационный канал. Силовой канал предназначен для передачи без проводов импульсов лазерного излучения от генератора к приемнику. Информационный канал предназначен для передачи управляющих сигналов из блока Б2 в блок Б3.

Блок Б1 - это блок управления. Он предназначен для генерации повторяющейся последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности для управления открытием инжекторов силового лазерного излучения и управления моментами открытия информационного лазера. Период повторения последовательности прямоугольных импульсов T разбивается на заданное число импульсов n, длительность каждого импульса TI=Т/n. Каждый импульс управляет амплитудой импульса лазерной частоты, который генерируется блоком Б2.

Блок Б2 - это блок генерации силового светового потока и генерации луча информационного лазера. Состоит из модуля генерации силового излучения Б21 и модуля Б22, предназначенного для генерации информационного лазерного луча. Луч, генерируемый модулем Б22, предназначен для управления полярностью импульса, генерируемого модулем Б21. Модуль Б21 предназначен для генерации (инжекции) прямоугольных импульсов лазерного излучения заданной амплитуды и частоты. Импульс генерируется инжектором, который может быть лазерной решеткой. Каждая решетка содержит определенное количество излучающих лазеров фиксированной, одинаковой мощности светового излучения. Каждый импульс управляет своим, требуемым для обеспечения необходимой мощности излучения, количеством подключаемых в инжекторе лазеров, чем обеспечивается управление амплитудой импульса.

Блок 3 состоит из модуля приемника силовых импульсов Б31 и модуля приемника информационного импульсного лазерного излучения Б32, генерируемого блоком Б22. Модуль Б32 управляет знаком принимаемого импульса. При поступлении на вход модуля Б32 импульса лазерного излучения, генерируемого модулем Б22, импульсный сигнал, принимаемый модулем Б31 и преобразованный в электрический сигнал, добавляется со знаком минус к принимаемой последовательности силовых импульсов.

На выходе модулей генератора Б21 и Б22 устанавливаются коллиматоры - линзы для получения параллельных пучков лучей, излучаемых инжектором (блок Б21) и информационным лазером (блок Б22). На рисунке фиг. 2 эти устройства не показаны и далее не описываются.

III.2 Описание блока управления передатчиком

Принципиальная схема блока управления передатчиком блок Б1, показана на рисунке фиг. 3а и 3б. На рисунке фиг. 3а показана принципиальная схема системы управления передатчиком для генерирования сигнала произвольной формы. На рисунке фиг. 3б представлена принципиальная схема системы управления передатчиком для генерирования сигнала синусоидальной формы, как показано на рисунке фиг. 1.

Блок управления Б1 предназначен для формирования прямоугольных управляющих импульсов заданной длительности TI и подачи этих сигналов на управляющие электроды управляемых ключей, включающих схемы питания лазеров токами накачки. Управляемые ключи, лазеры и схемы питания лазеров токами накачки располагаются в блоке Б2. Блок формирует циклическую с периодом T последовательность импульсов. Величина T равна периоду формируемой функции. Если формируется синусоидальная функция, то это период синусоидальной функции. Число импульсов на периоде T равно n, длительность одного импульса TI=Т/n. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации формируемой функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость.

При помощи электронных ключей, расположенных в блоке Б2, токи накачки подключаются в заданные блоком управления моменты времени в соответствии с заданным алгоритмом к излучающим силовым лазерам. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Для формирования синусоидальной функции число k дискретных значений амплитуд импульсов для конкретных значений n=12 приведено в таблице 1. Принципиальная схема блока управления представлена на рисунках фиг. 3а и 3б.

Фиг. 3а Структурная схема блока управления

Фиг. 3б Структурная схема блока управления для синусоидальной функции

Рисунок 3а соответствует формированию функции произвольной формы, рисунок фиг. 3б соответствует формированию функции синусоидальной формы.

На схеме фиг. 3а блок реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И 2, счетчики 3₁, 3р..3к числа импульсов на периоде T периодической функции, схемы сравнения 4₁, 4р..4к, регистры 5₁, 5р..5к, дешифратор 7 с числом выводов, равном n-числу импульсных функций на периоде Т. Выходные полюсы (клеммы, контакты) дешифратора 8₁..8n подключаются к одноименным полюсам управляемых электронных ключей, расположенных в блоке Б2 (модуль управляемых ключей 12₁…12_n). Выходные полюсы схемы управления 9_p..9_к подключаются к одноименным полюсам модуля диодов 16₄ для управления открытым состоянием управляемого полупроводникового ключа 16₂, расположенного в блоке Б22. При помощи этого ключа включается информационный лазер 16₃, расположенный в блоке Б22. Информационный лазер управляющим импульсом включается на интервал времени TI и на этот интервал времени посылает информационный сигнал, который принимается блоком Б32. Номера р и k - это номера импульсов на периоде Т с отрицательными значениями амплитуд импульсов. Эти номера хранятся в регистрах 5_p..5_к.

Схема, показанная на рисунке фиг. 3б, отличается от схемы рисунка фиг. 3а тем, что для формирования отрицательной полуволны синусоидальной функции, показанной на рисунке. фиг. 1, используются счетчики 3₇..3₁₂, схемы сравнения 4₇…4₁₂, регистры 5₇…5₁₂. Регистры 5₇…5₁₂ хранят номера импульсов с отрицательными значениями амплитуд импульсов. Выходные полюсы 9₇…9₁₂ подключаются к одноименным полюсам модуля диодов 16₄ блока Б32.

Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6. По входу 10 осуществляется запись кода числа временных интервалов n, кодов чисел р…k.

Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3₁, входам счетчиков 3р..3k, выход счетчика 3₁ подсоединен к первому входу схемы сравнения 4₁ и к входу дешифратора 7, выходы счетчиков 3р..3k подсоединены к первым входам схем сравнения 4р..4k, вторые входы схем сравнения 4₁, 4р..4k подсоединен к выходам регистров 5₁, 5р..5k, выход схемы сравнения 4₁ соединен с вторым входом счетчика 3₁, выходы схем сравнения 4р..4k соединены с полюсами 9р..9k, при помощи которых блок соединяется с одноименными полюсами информационного блока Б22, входы регистров 51, 5р..5k подсоединен к входу 10 устройства, выходными полюсами дешифратора 7 являются полюсы 8₁..8_n, при помощи которых блок управления соединяется с одноименными полюсами силового блока Б21. Для схемы 3б числам диапазона р…k схемы 3а соответствуют числа 7..12.

III.3 Описание силового блока генератора

Принципиальная схема силового блока генератора Б21 представлена на рисунке фиг. 4.

Фиг. 4 Принципиальная схема силового блока

Силовой модуль включает модуль генерации токов накачки, состоящий из n решеток лазерных диодов 11₁..11_n, модуль управляемых полупроводниковых ключей, включающий управляемые силовые ключи 12₁ 12_n, модуль включающий n схем генерации токов накачки 13₁..13_n. Описание схем генерации токов накачки полупроводниковых лазеров известны и приводятся в открытой литературе, например, [5..8].

Управление амплитудами излучаемых импульсов может осуществляться путем изменения количества лазеров в излучателе (инжекторе). Это может быть либо изменение количества лазерных диодов в решетке, либо изменение количества решеток с одинаковым числом лазеров. Например, для аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсов при их общем числе равном 12 достаточно использовать три значения амплитуд со знаками плюс и минус. Такая аппроксимация показана на рисунке фиг. 1. В этом случае три значения амплитуд импульсов можно достичь подключением одной, двух или трех излучающих решеток с одинаковым числом лазеров, либо изменением числа излучающих лазерных диодов в решетке. В таблице табл. 1 значениям 1, 0.666, 0,333 соответствуют:

- либо значению 1 соответствует включение трех излучающих решеток, значению 0.666 соответствует включение двух решеток, значению 0,333 соответствует включение одной излучающей решетки;

- либо включению, всех излучающих диодов в решетке, количество которых обозначим m, соответствует значение 1, включению числа m⋅2/3 диодов соответствует значение 0,666, включению m/3 диодов в таблице 1 соответствует значение 0,333.

Характеристики наборных решеток лазерных диодов квазипериодического и непрерывного режимов работы лазерных решеток, выпускаемых ООО «НПП «Инжект», г. Саратов, приведены в таблицах 2-4. Характеристики приводятся в соответствии с каталогом продукции, выпускаемой предприятием в 2018 году. По заказу предприятие может изготовить решетки с требуемыми заказчику характеристиками.

Из приведенных в таблицах данных следует, что отечественной промышленностью выпускаются решетки лазерных диодов, удовлетворяющих требованиям передачи широкого спектра периодических сигналов. Для синусоидальных колебаний с частотой 50 Гц, период 0,02 с при числе аппроксимирующих импульсов на периоде n=12 длительность импульса равна TI=0,00166(6) с=1,66(6) мс, при n=32 длительность импульса равна TI=0,000625 с=0,625 мс. Для частоты 400 Гц при n=12 длительность импульса равна TI=0,0002083(3)с=0,2083 мс, при n=32 длительность импульса равна TI=0,000078125 с=0,078125 мс. Приведенные в таблице 3 данные для решетки СЛМ П-6НП (длительность импульса не более 0,25 мс, частота импульсов 10-10000 Гц) близки к требуемым значениям для передачи сигнала частоты 50 Гц при n=32, когда длительность импульса составляет 0,625 мс. Параметры решетки удовлетворяют требуемым значениям при частоте 400 Гц, n=12, TI=0,2083 мс и тем более при n=32, TI=0,078125 мс.

Принципиальная схема силового модуля для реализации сигнала синусоидальной формы при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций при числе импульсов на периоде Т равном n=12 показана на рисунке фиг. 5.

Фиг. 5 Схема силового модуля для синусоидальной функции n=12

В схеме фиг. 5 в модуле инжекторов элементы могут быть реализованы двумя способами. В первом варианте из общего числа m лазеров решетки элементы 11₁, 11₆, 11₇, 11₁₂ используют только m/3 лазеров, либо отдельную решетку с m/3 лазеров, элементы 11₂, 11₅, 11₈, 11₁₁ используют только 2m/3 лазеров, либо отдельную решетку с 2m/3 лазеров, элементы 11₃, 11₄, 11₉, 11₁₀ используют m лазеров решетки. Во втором варианте элементы 11₁, 11₆, 11₇, 11₁₂ реализуются одной решеткой лазеров, элементы 11₂, 11₅, 11₈, 11₁₁ реализуются двумя решетками, элементы 11₃, 11₄, 11₉, 11₁₀ реализуются тремя решетками. Во втором варианте количество одновременно работающих лазеров каждого из элементов 11₁, 11₆, 11₇, 11₁₂ равно m, количество одновременно работающих лазеров каждого из элементов 11₂, 11₅, 11₈, 11₁₁ равно 2m, количество одновременно работающих лазеров каждого из элементов 11₃, 11₄, 11₉, 11₁₀ равно 3m. Модуль инжекторов соединяется с модулем управляемых ключей посредством полюсов 15₁…15₁₂, модуль управляемых ключей соединяется с модулем генерации токов накачки посредством полюсов 14₁…14₁₂. Модуль управляемых ключей состоит из элементов 12₁…12₁₂, на вторые входы этих элементов подаются управляющие импульсы, снимаемые посредством одноименных полюсов 8₁..8₁₂ блока Б1. Модуль источников тока накачки состоит из n схем 13₁…13_n, каждый из которых обеспечивает ток накачки решетки лазеров требуемой величины.

III.4 Описание информационного блока генератора

Информационный блок предназначен для информирования приемника о том, что передаваемый импульс лазерного излучения должен суммироваться с отрицательной полярностью. Это позволяет синтезировать из передаваемых импульсов лазерного излучения сигнал требуемой формы, который может содержать и участки с отрицательной полярностью. Например, можно формировать синусоиду, состоящую из положительных и отрицательных полуволн. Принципиальная схема информационного генератора Б22 представлена на рисунке фиг. 6.

Фиг. 6 Принципиальная схема информационного модуля

Информационный модуль включает источник постоянного напряжения модуль 16₁, управляемый полупроводниковый ключ 16₂, полупроводниковый лазер и схему питания лазера током накачки 16₃, модуль диодов 16₄.

- Источник питания 16₁ - это гальванический элемент или выпрямительная схема, питаемая от сети переменного напряжения. Источник обеспечивает питание схемы 16₃, которая питает лазер током накачки. В ряде случаев этот блок может содержать стабилизатор напряжения, поддерживающий величину напряжения на входе схемы 16₃ неизменной независимо от величины нагрузки. На схеме фиг. 6 стабилизатор не показан.

- При помощи управляемого полупроводникового ключа 16₂ осуществляется подключение источника питания 16₁ к схеме питания лазера и самого лазера 16₃.

- Управление ключом 16₂ осуществляется путем подачи управляющего импульса, поступающего с полюсов 9_p…9_k блока управления Б1 посредством модуля диодов 16₄.

- Модуль 16₃ - это полупроводниковый лазер и схема питания лазера током накачки. Схемы питания лазера током накачки, включая сам лазер, приведены в ряде работ [9-12]. Возможные схемы этого модуля приведена на рисунках фиг. 7а и 7б. Работа схемы описана в [9-11].

Фиг. 7 Схема накачки лазера, включающая полупроводниковый лазер

В каталоге [4] приведены характеристики лазеров, которые могут использоваться в качестве излучающего лазера 16₃, например лазерные диоды квазинепрерывного режима работы типа ЛЛД-20, излучатели ЛЛДИИ-70-940, ИЛД-20 и др., выпускаемые ООО «НПП «Инжект», г. Саратов [4],

- Схема модуля диодов приведена на рисунках фиг. 8а и фиг. 8б.

Фиг. 8а Схема модуля диодов

Фиг. 8б Схем а модуля диодов для синусоидальной функции n=12

Модуль диодов 16₄ необходим для исключения взаимного влияния путей, по которым поступают управляющие сигналы. В схему входят диоды Dp…Dk. Входными для модуля 16₄ являются полюсы 9_р…9_k, выходным является полюс 17. Посредством этого полюса модуль диодов 16₄ подключается к управляющему электроду управляемого ключа 16₂. На рисунке фиг. 8б приведена схема для реализации синусоидальной функции, показанной на рисунке фиг. 1. Она включает диоды D₇…D₁₂, посредством которых управляющий сигнал с блока управления поступает на полюс 17.

III.5 Описание принципиальной схемы приемника

Принципиальная схема приемника показана на рисунке фиг. 9.

Фиг. 9 Принципиальная схема приемника

Принципиальная схема приемника, блок Б3, включает силовой модуль приемника Б31, информационный модуль приемника Б32, схему управления полярностью импульсов, из которых формируется выходной сигнал. При помощи приемников лазерного излучения 23 и 18 световые потоки лазерного диапазона частот преобразуются в импульсные электрические сигналы.

Информационный модуль приемника Б32 включает приемник информационного сигнала 18 и схему согласования 19. Приемники лазерного излучения выпускаются рядом компаний, в том числе Bosh, ADA, LEICA, Vega, STABILA, RGR, 220-Volt (www.220-volt.ru) и др. При помощи схемы 19 согласуются уровень выходного напряжения приемника с уровнем сигнала, необходимого для управления силовыми управляемыми ключами блока Б31. С выходного полюса схемы согласования 20 поступают управляющие сигналы на управляющие электроды силовых ключей 21 и 22. Ключи 21 и 22 могут быть либо электронными, либо электромеханическими. При помощи этих ключей производится инвертирование импульса силового сигнала, поступающего от приемника силовых импульсов 23 лазерного потока. Ключ 22 это нормально замкнутый ключ. Он пропускает на выход устройства импульсы положительной полярности. При отсутствии управляющего сигнала он находится в замкнутом состоянии, при поступлении управляющего сигнала он переходит в разомкнутое состояние. При прекращении действия управляющего сигнала, поступающего на управляющий электрод (полюс) ключа, он возвращается в замкнутое состояние. Ключ 21 это нормально разомкнутый ключ, он пропускает на выход устройства импульсы отрицательной полярности. При отсутствии управляющего сигнала он находится в разомкнутом состоянии, при поступлении управляющего сигнала он переходит в замкнутое состояние. При прекращении действия управляющего сигнала, поступающего на управляющий электрод (полюс) ключа, он возвращается в разомкнутое состояние.

Силовой модуль приемника Б31 включает приемник лазерного излучения 23, силовые ключи 21 и 22, коммутационную схему. Панель для приема силового лазерного излучения описана, например, в работе [2]. Выходными для блока Б31, как и для всего устройства, являются полюсы 24₁ и 24₂. На эти полюсы поступают импульсы напряжения, снимаемого с выхода приемника лазерного излучения 23. Импульсы положительной полярности на выход схемы поступают через нормально открытый управляемый ключ 22. При поступлении сигнала от информационного приемника на управляющий электрод ключа 22 он закрывается, при отсутствии управляющего сигнала ключ открывается. Импульсы отрицательной полярности выходного сигнала получаются за счет инверсии напряжения, снимаемого с выхода приемника 23. Для этого нормально открытый ключ 22 закрывается управляющим импульсом, поступающим с полюса 20 от модуля Б32, а нормально закрытый ключ 21 открывается этим же импульсом. Ключ 22 при отсутствии управляющего сигнала, поступающего от информационного приемника, находится в замкнутом состоянии, при поступлении управляющего сигнала он размыкается. В результате инвертированное напряжение от приемника 23 поступает на выходные полюсы 24₁ и 24₂. При замкнутом ключе 22 к полюсу 24₁ прикладывался положительный полюс напряжения, снимаемого с выхода приемника 23, при разомкнутом ключе 22 и замкнутом ключе 21 на полюс 24₁ поступает отрицательная полярность выходного напряжения приемника.

IV. Краткое описание чертежей

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальной функции напряжения последовательностью импульсных функций для n=12

Фиг. 2 Принципиальная структурная схема устройства

Фиг. 3а Структурная схема блока управления

Фиг. 3б Структурная схема блока управления для синусоидальной функции

Фиг. 4 Принципиальная схема силового модуля

Фиг. 5 Схема силового модуля для синусоидальной функции n=12

Фиг. 6 Принципиальная схема информационного модуля

Фиг. 7 Схема накачки лазера, включающая полупроводниковый лазер

Фиг. 8а Схема модуля диодов

Фиг. 8б Схема модуля диодов для синусоидальной функции n=12

Фиг. 9 Принципиальная схема приемника

V. Осуществление изобретения

Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5₁ блока управления Б1 по входу 10 записан код числа временных интервалов n. На это число интервалов разбивается период Т реализуемой устройством функции при аппроксимации его последовательностью импульсных функций. На регистрах 5р…5k записаны номера импульсов с отрицательными значениями. На счетчике 3₁ хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3₁ на фиг. 3а не показан). Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 6 логического элемента И 2. После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И 2 начинают поступать на вход счетчиков 3₁, 3_р…3_k. Код с выхода счетчика 3₁ поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-ом (i=1…n) выходе 8, дешифратора 7 подается на управляющие электроды управляемых полупроводниковых ключей 12₁…12_n. При помощи этих ключей источники токов накачки от схем генерации токов накачки 13₁…13_n поступают через полюсы 15₁…15_n на решетки полупроводниковых лазеров 11₁…11_n. В каждой из этих решеток задействовано определенное число лазеров - m, 2m/3, m/3. Для реализации значения амплитуды импульса Е1 в соответствии с рисунком фиг. 1 используется m/3 лазеров решетки, значения Е2 пользуется 2m/3 лазеров решетки, значения Е3 используется m лазеров решетки. Соответственно этому при реализации синусоидальной функции, показанной на рисунке фиг. 1 решетки 11₁, 11₆, 11₇, 11₁₂ содержат m/3 лазеров решетки, решетки 11₂, 11₅, 11₈, 11₁₁ содержат 2m/3 лазеров решетки, решетки 11₃, 11₄, 11₉, 11₁₀ содержат m лазеров решетки. Импульсы 7-12 в соответствии с рисунком фиг. 1, имеют отрицательные значения. Для получения в приемном устройстве импульсов с отрицательными значениями, номера этих импульсов отслеживаются в блоке управления Б1 при помощи счетчиков 3_р…3_k. Для синусоидальной функции это будут счетчики 3₇…3₁₂, как показано на рисунке фиг. 3б. Коды этих счетчиков сравниваются с кодами, помещенными в регистры 5_p…5_k. При совпадении значений кодов схем сравнения 4_p…4_k с выходных полюсов этих схем 9_p…9_k поступают импульсы на открытие информационного лазера 16₃ находящихся в блоке Б22, как показано на рисунке фиг. 6.

Импульсы поступают через модуль диодов 16₄ и управляемый ключ 16₂.

Управляемый ключ подает питание на схему генерации токов накачки для питания информационного лазера 16₃.

Сигналы, управляющие открытым состоянием ключей 12₁…12_n, поступают с выхода дешифратора блока управления посредством полюсов 8₁..8_n. Блоком управления задается очередность следования управляющих импульсов. За управляющим импульсом от формирователя импульсов 8_j, j=1..n следует управляющий импульс от формирователя импульсов 8_j+1, пока j+1 не станет равным n. После прекращения действия импульса с выхода 8_n включается импульс 8₁. При этом текущее значение счетчика числа импульсов 3₁ совпадет с заданным при помощи входа 13 числом n, счетчик обнуляется, при этом также обнуляются счетчики 3_р…3_k. После этого процесс повторяется.

Излучаемые импульсы лазерного излучения принимаются панелью 23, представляющую собой совокупность полупроводниковых фотодиодов. При помощи управляемых ключей 22 и 23 осуществляется управление знаком принимаемого импульса лазерного излучения. Управляемый полупроводниковый ключ 22 в нормальном состоянии открыт для прохождения импульса (контакты ключа замкнуты) и при поступлении сигнала от приемника информационного сигнала 18 он закрывается (контакты ключа размыкаются). Сигнал от приемника информационного сигнала через схему согласования уровней напряжений 19 поступает через полюс 20 на управляющий электрод ключа 22 и закрывает его (контакты размыкаются). Одновременно, этот сигнал поступает на управляемый ключ 21 (электронный или электромеханический). Ключ 21 в нормальном состоянии закрыт (контакты разомкнуты) и при поступлении информационного сигнала он открывается (контакты ключа замыкаются). При этом поступающий с выхода элемента 23 импульс лазерного силового сигнала поступает на выход схемы и снимается с полюсов 24₁…24₂ с противоположным знаком.

VI. Литература

1. Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС Патент №2016127384 МПК Н05В 1/00, 2017

2. Тугаенко В Ю., Корнилов В.А. Приемник-преобразователь лазерного излучения Патент RU 2594953

3. nts.tsniimash.ru Заявка

4. Каталог продукции ООО «НПП «Инжект»»

5. http://fedalel.com/catalog/

6. lib.alnam.ru

7. е.lib.visu.ru

8. technomag.bmstu.ru/file/out/505275 Высокоэффективные источники накачки для импульсных полупроводниковых лазерных линеек 77-30569/373951 # 04, апрель 2012 Грамаков А.А., Фефелов А.П., Чернышев А.В

9. habr.com Мощный лазер своими руками

10. www.syl.ru Как сделать лазер

11. https://1posvetu.ru/ustrojstva/kak-sdelat-lazernuyu-ukazku-iz-dvd-dioda.html

Claims (2)

1. Устройство для беспроводной передачи периодических электромагнитных колебаний промышленной частоты посредством лазеров содержит блок управления передатчика Б1, генератор и передатчик Б2, который включает силовой модуль Б21 и информационный модуль Б22, приемник и формирователь выходного сигнала Б3, состоящий из силового модуля приемника Б31 и информационного модуля приемника Б32, у блока управления передатчика выход генератора тактовых импульсов (ГТИ) 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3_l, отличающееся тем, что
2. выход элемента 2 также подключен к входам счетчиков 3_р…3_k, выход счетчика 3_l подсоединен к первому входу схемы сравнения 4_l и к входу дешифратора 7, выходы счетчиков 3_р…3_k подсоединены к первым входам схем сравнения 4_р…4_k, вторые входы схем сравнения 4_l, 4_р…4_k подсоединены к выходам регистров 5_l, 5_р…5_k, выход схемы сравнения 4_l соединен с вторым входом счетчика 3_l, выходы схем сравнения 4_р…4_k соединены с полюсами 9_Р…9_k, при помощи которых блок управления соединяется с одноименными полюсами модуля диодов 16₄ информационного блока Б22, входы регистров 5_l, 5_p…5_k подсоединены к входу 10 устройства, выходными полюсами дешифратора 7 являются полюсы 8_l…8_n, при помощи которых блок управления соединяется с одноименными управляющими полюсами управляемых полупроводниковых ключей силового блока Б21 (блок управляемых ключей) и управляет открытым состоянием ключей 12_l…12_n, вторые входы этих ключей посредством полюсов 14_l…14_n подключаются к схемам генерации токов накачки 13_l…13_n, выходные полюсы 15_l…15_n ключей 12_l…12_n одноименными полюсами 15₁…15_n подключаются к инжекторам 11_l…11_n, на приемной стороне информационный сигнал поступает на приемник информационного сигнала 18, с его выхода электрический сигнал поступает на вход схемы согласования напряжений 19, с выхода этой схемы посредством полюса 20 управляющий сигнал поступает на второй вход управляемого ключа 22, находящегося в нормально открытом состоянии (ключ замкнут), и на второй вход управляемого ключа 21, находящегося в нормально закрытом состоянии (ключ разомкнут), на первый вход ключа 22 поступает силовой импульс от приемника силовых импульсов 23, инвертированный сигнал от приемника силовых импульсов 23 поступает на первый вход управляемого ключа 21, выходные полюсы управляемых ключей 21 и 22 подключаются к выходным полюсам устройства 24₁ и 24₂.

Images