SU769571A1

SU769571A1 - Optronic function generator

Info

Publication number: SU769571A1
Application number: SU782661466A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Кузьмич Смовж; Вадим Борисович Горловский
Original assignee: Институт Полупроводников Ан Украинской Сср
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1980-10-07

Description

1one

Изобретение относитс к функциональной оптоэлектронике и может быть использовано в системах автоматики, радиотехнических устройствах и системах обработки информации.The invention relates to functional optoelectronics and can be used in automation systems, radio engineering devices and information processing systems.

Известны преобразователи на основе линейных фотопотенциометров 1, состо щие из источника света, устройства формировани подвижного светового зонда, фотопровод щего сло , резистивного электрода и эквипотенциального электрода-коллектора. Световой зонд вместе с коллектором выполн ет функции движка электромеханического потенциометра, создава на ограниченном участке фотосло избыточную проводимость , вследствие чего между резистивным слоем и коллектором на этом участке возникает провод щий контакт. Выходное напр жение вл етс линейной функцией (в случае линейного фотопотенциометра) положени светового зонда.Transducers are known on the basis of linear photopotentiometers 1, consisting of a light source, a device for forming a moving light probe, a photoconductive layer, a resistive electrode, and an equipotential collector electrode. The light probe together with the collector performs the functions of an electromechanical potentiometer slider, creating excess conductivity in a limited area of the photo layer, as a result of which a conductive contact occurs between the resistive layer and the collector. The output voltage is a linear function (in the case of a linear photopotentiometer) of the position of the light probe.

Недостатком такого преобразовател вл етс то, что при относительно небыстром перемещении светового зонда по фотослою величина сопротивлени фотосло становитс сравнимой с величиной сопротивлени резистивного сло , что приводит к искажени м выходного сигнала и снижению точности преобразовани . Это происходит вследствие инерционных свойств фотосло .The disadvantage of such a converter is that with a relatively slow movement of the light probe through the photo layer, the photo layer resistance becomes comparable with the resistance value of the resistive layer, which leads to distortions of the output signal and a decrease in the accuracy of the conversion. This is due to the inertial properties of the photos.

Известны также преобразователи на основе функциональных фоторезисторов с переменным мелолектродным рассто нием 2, состо щие из источника света, устройства формировани узкого светового зонда, включающего оптический аттенюатор фотопровод щего сло , па котором нанесены низкоомные электроды таким образом, чтобы рассто ние между ними измен лось поTransducers based on functional photoresistors with variable melolektrodny distance 2 are also known. They consist of a light source, a device for forming a narrow light probe including an optical attenuator of the photoconductive layer, and low-resistance electrodes are applied in such a way that the distance between them varies along

JO определенному (линейному) закону. При перемещении светового зонда измен етс сопротивление фотосло вследствие изменени его длины (рассто ни между электродами ). Благодар этому измен етс выход 5 ное нанр жение, т. е. нроисходит преобразование входного напр жени по заданному закону.JO to a defined (linear) law. When moving the light probe, the resistance of the photoflow due to a change in its length (the distance between the electrodes) changes. Due to this, the output 5 voltage changes, i.e., the input voltage is transformed according to a given law.

Недостатком такого преобразовател вл етс то, что при перемещении световогоThe disadvantage of such a converter is that when moving the light

2Q зонда по фотослою также возникают искажени выходного напр жени и функции преобразовани вследствие инерционных свойств фотосло . Наиболее близким техническим решеии25 ем к изобретению вл етс оптоэлектронный функциональный преобразователь 3, содержащий фоторезистор щелевого типа, размещенный на диэлектрической подложке . На слой фотопровод щего материалаThe 2Q probe across the photolayer also causes distortion of the output voltage and conversion functions due to the inertial properties of the photofloors. The closest technical solution to the invention is an optoelectronic functional converter 3 containing a slit-type photoresistor placed on a dielectric substrate. On a layer of photoconductive material

30 фоторезистора нанесены эквипотенцнальные30 photoresistors are applied equipotential

электроды Управление прибором производитс оптическим аттенюатором, выполненным на основе подвижной теневой маски, имеюпдей два прозрачных участка. Форма одного прозрачного участка определ етс заданной функцией преобразовани и физико-техническими параметрами фоторезистора , второй прозрачный участок имеет форму пр моугольника, ширина которого определ етс величиной сопротивлени нагрузки . Светова система содержит источник света и коллиматор, создающий световой зонд заданных размеров.Electrodes The device is controlled by an optical attenuator based on a moving shadow mask and has two transparent areas. The shape of one transparent region is determined by a given conversion function and the physico-technical parameters of the photoresistor, the second transparent region has a rectangular shape, the width of which is determined by the magnitude of the load resistance. The light system contains a light source and a collimator that creates a light probe of a given size.

При смещении маски измен етс площадь освещенного участка фоторезистора вследствие чего измен етс фототок, а следовательно , и выходной сигнал.When the mask is displaced, the area of the illuminated portion of the photoresistor changes, as a result of which the photocurrent changes, and hence the output signal.

Недостатком такого онтоэлектронного функционального преобразовател вл етс то, что при быстром перемещении теневой маски (например, более 3 гц дл фотосло из материала CdS) величина фототока не успевает достигнуть своего стационарного значени вследствие инерционных свойств фотопровод щего материала фоторезистора , что в значительной степени ограничивает быстродействие оптоэлектронного функционального преобразовател и увеличивает погрещности преобразовани при работе на частотах свыше 2-3 гц.The disadvantage of such an on-electron functional converter is that when the shadow mask moves rapidly (for example, more than 3 Hz for CdS photo cells), the photocurrent does not have time to reach its steady-state value due to the inertial properties of the photoconductive material of the photoresistor, which greatly limits the speed of the optoelectronic functional converter and increases conversion errors when operating at frequencies above 2-3 Hz.

Целью изобретени вл етс расширение частотного диапазона преобразовател при сохранении точности функционального преобразовани .The aim of the invention is to expand the frequency range of the converter while maintaining the accuracy of the functional conversion.

Поставленна цель достигаетс тем, что в оптоэлектронный функциональный преобразователь , содерл ащий источник света, св занный через оптический аттенюатор с входом позиционно-чувствительного фотоприемника , первый электрический вывод которого соединен с выходом источника питающего напр жени , а второй - через резистор нагрузки с щиной нулевого потеициала , введены дифференциатор, схемы сравнени , источник посто нного эталонного напр жени , интегратор и регул тор уровн выходного сигнала, сигнальный вход которого соединен с резистором нагрузки и входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнени , подключенной вторым входом к выходу источника посто нного эталонного напр жени . Выход схемы сравнени через интегратор соединен с управл ющим входом регул тора уровн выходного сигнала, выход которого вл етс выходом преобразовател . При этом регул тор уровн выходного сигнала выполнен в виде управл емого аттенюатора.The goal is achieved by the fact that an optoelectronic functional converter containing a light source connected via an optical attenuator to an input of a position-sensitive photodetector, the first electrical output of which is connected to the output of the supply voltage source and the second through a load resistor with a zero thermal potential. , a differentiator, comparison circuits, a constant voltage source, an integrator and an output level regulator, whose signal input is connected to the resistor rum load and the input of the differentiator, whose output is connected to a first input of a comparison circuit, a second input connected to the output of a dc reference voltage. The output of the comparison circuit is connected via an integrator to the control input of the output level control, the output of which is the output of the converter. In this case, the output level control is made in the form of a controlled attenuator.

На фиг. 1 представлена структурна схема оптоэлектронного функционального преобразовател ; на фиг. 2 - график зависимости ошибки функции преобразовани от частоты предложенного преобразовател и прототипа. Кривые I и II зависимостиFIG. 1 shows a block diagram of an optoelectronic functional converter; in fig. 2 is a graph of the conversion function error versus the frequency of the proposed converter and prototype. Curves I and II dependencies

ошибки в функции преобразовани от частоты у нротипа и предложемиого преобразовател соответственно. Оптоэлектронный функциональный преобразователь содержит источник света 1, оптический аттенюатор 2, позиционно-чувствительный фотоприемник 3, оптически св занный с источником света 1, через аттенюатор 2, резистор нагрузки 4, дифференциатор 5, вход которого соединен с резистором нагрузки 4, схему сравнени 6, один из входов которой соединен с выходом дифференциатора 5, источник эталонного посто нного напр жени 7, соединенный соerrors in the conversion function of the frequency of the nrotype and the proposed converter, respectively. An optoelectronic functional converter contains a light source 1, an optical attenuator 2, a position-sensitive photodetector 3, optically coupled to a light source 1, through an attenuator 2, a load resistor 4, a differentiator 5, whose input is connected to a load resistor 4, comparison circuit 6, one the inputs of which are connected to the output of the differentiator 5, the source of the reference constant voltage 7 connected to

вторым входом схемы сравнени 6, интегратор 8, вход которого соединен с выходом схемы сравнени 6, регул тор уровн выходного сигнала 9, вход управлени которого соединен с выходом интегратора 8,the second input of the comparison circuit 6, the integrator 8, the input of which is connected to the output of the comparison circuit 6, the output level regulator 9, the control input of which is connected to the output of the integrator 8,

а другой вход - с точкой соединени фотоприемника 3 и резистора нагрузки 4.and the other input is with the connection point of the photodetector 3 and the load resistor 4.

Регул тор выходного уровн 9 представл ет собой устройство, коэффициент передачи которого зависит от управл ющегоThe output level controller 9 is a device whose transmission coefficient depends on the control

сигнала, и может быть выиолнен на основе усилител с автоматической регулировкой усилени или на основе управл емого аттенюатора . Выход регул тора 9 вл етс выходом преобразовател .signal, and can be made on the basis of an amplifier with automatic gain control or on the basis of a controlled attenuator. The output of controller 9 is the output of the converter.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Сигнал с фотоприемника 3, величина которого зависит от состо ни аттенюатора 2, выдел етс на резисторе нагрузки 4 и поступает на вход дифференциатора 5, где нроизводитс его дифференцирование. Так как задан линейный закон изменени напр жени , то его производна при отсутствии искажений представл ет собой посто нную величину, а при наличии искажений имеет от нее отклонени . Продифференцированный сигнал поступает на один из входов схемы сравнени 6, на другой вход которой поступает эталонное посто нное напр жение , с источника напр жени 7. Величина этого напр жени соответствует значению производной сигнала, сн того с фотоприемника 3 при отсутствии искажений. Выделение разности между действительнымThe signal from the photodetector 3, the value of which depends on the state of the attenuator 2, is allocated to the load resistor 4 and is fed to the input of the differentiator 5, where it is differentiated. Since the linear law of voltage variation is specified, its derivative in the absence of distortion is a constant value, and in the presence of distortion it deviates from it. The differentiated signal is fed to one of the inputs of the comparison circuit 6, the other input of which receives the reference constant voltage from the voltage source 7. The magnitude of this voltage corresponds to the value of the derived signal removed from the photodetector 3 in the absence of distortion. The selection of the difference between the actual

и эталонным значени ми производной сигнала производитс схемой сравнени 6. Выделенный разностный сигнал поступает на вход интегратора 8, который производит обратное преобразование разностного сигнала в реальный масштаб.and the reference values of the derived signal are produced by the comparison circuit 6. The selected differential signal is fed to the input of the integrator 8, which converts the difference signal to the real scale.

С выхода интегратора 8 реальный сигнал, величина и знак которого соответствуют величине и знаку искажений сигнала фотоприемника 3, поступает на вход управлени From the output of the integrator 8, the real signal, the magnitude and sign of which correspond to the magnitude and sign of the distortion of the signal of the photodetector 3, is fed to the control input

регул тора 9, который в зависимости от величины и знака сигнала производной производит коррекцию сигнала фотоприемника 3. Оптоэлектронный функциональный преобразователь позвол ет устранить вли ниеregulator 9, which, depending on the magnitude and sign of the derivative signal, corrects the signal of the photodetector 3. The optoelectronic functional converter allows you to eliminate the effect

инерционных свойств фотоприемника на его выходную характеристику, новысить быстродействие линейного оптоэлектронного функционального преобразовател н сохранить точность функции нреобразовани . Устранение вли ни инерционных свойств фотонровод щего материала фотоприемника 3 на выходную характеристику нреобразовател приводит к расширению выходного сигнала по виду отклонени производной сигнала, сн того с позиционно-чувствительного фотонриемника 3, от посто нной величины .the inertial properties of the photodetector to its output characteristic, improve the speed of the linear optoelectronic functional converter and preserve the accuracy of the function of transformation. Elimination of the influence of the inertial properties of the photon-conducting material of the photo-receiver 3 on the output characteristic of the transducer leads to an expansion of the output signal by the form of deviation of the derived signal, removed from the position-sensitive photon-receiver 3, from a constant value.

Результаты иснытаний представлены на фиг. 2. При частоте 200 Гц погрешность у прототипа достигает 60%, в то врем как у предложенного преобразовател она не превышает 0,5%, т. е. также как и у прототипа , но на частоте 3 Гц.The results of the research are presented in FIG. 2. At a frequency of 200 Hz, the error in the prototype reaches 60%, while in the proposed converter it does not exceed 0.5%, i.e. as well as in the prototype, but at a frequency of 3 Hz.

Таким образом, предложенный преобразователь позвол ет получить широкий частотный диапазон преобразовани при высокой точности преобразовани .Thus, the proposed converter allows to obtain a wide frequency range of the conversion with a high conversion accuracy.

Claims

1. An optoelectronic functional converter containing a light source connected via an optical attenuator to an input of a position-sensitive photon receiver, the first electrical output of which is connected to the output of a supply voltage source, and the second through a load resistor with a zero potential bus, characterized in that in order to expand the frequency range while maintaining the accuracy of the converter, a differentiator, a comparison circuit, a constant reference voltage source, an integrator and an output signal level controller, the signal input of which is connected to a load resistor and a differentiator input, the output of which is connected to the first input of a comparison circuit connected by a second input to the output of a constant reference voltage source, and the output of the comparison circuit is connected through an integrator the output of the output level control, the output of which is the output of the converter.

2. Converter according to claim I, characterized in that the output level control is made in the form of a controlled attenuator.

Information sources,

taken into account in the examination

1. Candlesticks S. V., Smovzh A. K., Kaganovich E. B. Photopotentiometers and functional photoresistors. “Soviet Radio, 1978, p. 7

2. In the same place 120

3.Avtorskoe - USSR certificate number 432860, cl. H Olh 17/00, H OZK 19/08, 1972 (prototype).