ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
ELECTROOPTICAL DEVICE FOR CONTROLLING ELECTRICAL CIRCUIT PARAMETERS

Изобретение относится к области электрических схем и управления ими.
Объект изобретения представляет собой устройство, изменяющее параметры управляемой электрической цепи.
В электрических устройствах автоматического регулирования и некоторых других устройствах время отклика на входящее воздействие является величиной критической. Кроме того, большую роль играет точность выходных параметров. Совершенствованию электрических цепей в части повышения точности выходных параметров и времени отклика посвящено множество теоретических и практических исследований, что способствовало появлению новых принципов управления параметрами цепи и новой элементной базы.
2
4
2
4
Известны электронные коммутаторы, в которых роль щетки, поочередно подключающейся к источникам сигнала, играет качающийся или вращающийся электронный луч [1]. Также известны разработки фазовращателей антенных решеток, использующие для изменения фазы проходящего сигнала облако плазмы [2]. На сегодняшний день подобные устройства не достигли технического уровня, когда становится возможным их широкое практическое применение. Вышеназванные устройства обладают минимальными временами отклика в сравнении с их механическими аналогами. Однако они не могут быть применимы в ряде приборов, таких как системы технического зрения, системы приема-передачи данных, а также разведки, радиоэлектронного или оптического подавления в случаях, когда требуется максимально быстро сканировать окружающую обстановку, модулировать сверхвысокочастотный или оптический сигнал при передаче больших объемов данных, отслеживать частоты, на которых излучают радиолокационные станции или информационные радиолинии. Обычная для СВЧ схема построения фазированной решетки с использованием в каждом дискретном элементе отдельного фазовращателя в оптической области практически неосуществима, поэтому данную схему нельзя использовать для лазерных систем локации. В лазерных системах используются оптические системы для отклонения коллимированного луча за счет естественного лучепреломления, а также эффектов Керра, Поккельса, ферроэлектрического эффекта при прохождении луча через среду преломления (кальцит, KHPO и др.) [3]. Цифровая система сканирования, представленная в [4, 5], состоит из двух главных частей: кристалла с естественным двойным лучепреломлением (кальцит) и электрооптического кристалла с двойным лучепреломлением (KHPO).Соответствующим образом ориентированный кристалл с двойным лучепреломлением разделяет неполяризованный световой луч на два луча. Лучи имеют линейные и взаимно перпендикулярные поляризации. Световой луч в соответствии с направлением поляризации занимает одно из двух возможных направлений. Направление поляризации определяется подачей соответствующего напряжения на прозрачные электроды, нанесенные на кристалл. При этом используется продольный электрооптический эффект Поккельса. Для трехкаскадной системы возможно два варианта: для коллимированного и для сходящегося лучей. Вариант для коллимированного луча проще, но он имеет ограничения по числу разрешимых выходных положений луча при данной апертуре. Более высокое разрешение можно получить при пропускании через соответствующим образом спроектированный прибор сходящегося луча и фокусировании его в выходной фокальной плоскости. Таким образом, получается наилучшее использование апертуры отклоняющей системы и при данном размере кристалла число положений луча увеличивается.
2
4
Так как достаточно трудно получить электрическое отклонение светового луча на большие углы был разработан прибор, в котором сочетается лазер и электронно-лучевая трубка [6, 7]. Лазерное излучение в сканирующем лазере выходит из резонатора с управляемой добротностью, имея желательное направление распространения. Резонатор состоит из двух оптически сопряженных зеркал, отражающихся один в другом с помощью линз внутри резонатора. Селективное ухудшение добротности осуществляется модифицированной электронно-лучевой трубкой. Сначала все типы колебаний поляризованы, и пластина с двойным лучепреломлением, помещенная внутри резонатора, создает достаточную эллиптическую поляризацию для подавления колебаний. На одном из диэлектрических зеркал резонатора укреплен кристалл (KHPO); причем это зеркало одновременно выполняет функцию мишени для отклоняемого электронного луча. Эллиптическая поляризация может локально подавляться электрическим полем зарядов, которые, действуя благодаря электрооптическому эффекту кристалла создают эллиптическую поляризацию с противоположным направлением вращения.
2
4
Однако данные схемы непригодны или затратны для управления параметрами электрической цепи в системах управления, в задачах радиоэлектронной борьбы и некоторых системах приема-передачи данных так, как требует для этого формирования самого лазерного луча, а также отдельной подсистемы сканирования и управления лазерным лучом. При этом достижимые изменения показателя преломления незначительны. Например, для получения отклонения луча на 0,6 мрад с помощью призмы из кристалла KHPO работающей при комнатной температуре с углом, удовлетворяющим условию Брюстера, требуется поле, равное 140 кВ/см.
Задачей предполагаемого изобретения является создание безинерционных звеньев и звеньев с высокой точностью управления в ряде систем автоматического управления устройствами связи, локации, индикации и др. за счет преломления и дифракции на щели световых лучей от обычных источников излучения (ламп накаливания, флуоресцентных ламп и т.д.).
В предполагаемом устройстве регулирование параметров электрической цепи производится путем подачи светового сигнала через светофильтры на поверхность из ячеек, заполненную веществом, изменяющим направление своих молекул (поляризующимся) под действием управляющего сигнала контроллера этой поверхности для управления мощностью светового потока сигнала, который после прохождения через светофильтр дифрагирует на щели и проходит через прозрачную среду, отклоняясь на определенный угол, соответствующий длине волны, и, попадая на фотоэлемент (фотодиод, фототранзистор, фотосопротивление), являющийся управляющим элементом управляемой электрической цепи, который, в свою очередь, позволяет току управляемой цепи протекать через ветвь, где находится данный управляющий элемент, тем самым повышая или снижая требуемые величины силы тока или напряжения, а также позволяя осуществить схему временной задержки.
Указанный технический результат достигается путем подачи управляющего электрического сигнала на ячейки поверхности из поляризуемых кристаллов («жидких кристаллов»), пропускающих световое излучение определенной длины волны (после светофильтра) и мощности, которое, преломляясь в оптической среде и отклоняясь на щели, приходит к фотоэлементу с соответствующей задержкой и мощностью.
Авторы предлагаемого изобретения провели необходимые теоретические расчеты, направленные на определение основных параметров устройства, толщины и выбора материала среды преломления, подбора фотодиодов с характеристиками, соответствующими величинам интенсивности светового потока, в ходе которых на предложенных схемах были определены комплексные выходные величины для заданных входных значений тока и напряжений.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами позволяют, в частности, за счет выполнения:
- контроллера, содержащего процессор для обработки входящего и выдачи управляющего сигнала, - обеспечить формирование управляющего сигнала на поверхность из поляризуемых кристаллов («жидких кристаллов»);
- лампы и отражающей поверхности - сформировать равномерный световой поток по всей поверхности с ячейками из поляризуемых кристаллов;
- светофильтров, расположенных перед поверхностью с ячейками из поляризуемых кристаллов, - пропускать свет с определенной длиной волны;
- поверхности с ячейками из поляризуемых кристаллов, которые при поляризации поворачивают свои молекулы, таким образом, что регулируют величину светового потока, - обеспечить пропуск светового потока с заданной мощностью и определенной длиной волны в прозрачную среду преломления;
- щелевой маски, ограничивающей величину светового потока, падающего на фотоэлемент, и вызывающей дифракцию этого потока на щели, и самого фотоэлемента - регулировать силу тока в ветви электрической цепи.
Таким образом, управляя цветом и яркостью изображения с помощью графического изображения, можно получить различные изменения параметров на входе управляемой схемы, что в ряде случаев, представляет большие возможности по формированию передаваемых и анализу принимаемых сигналов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено одно из возможных технических решений.
Электрооптическое устройство управления параметрами электрической цепи состоит из части, формирующей графическое изображение, световую систему, оптической системы и входного каскада управляемой схемы.
Часть, формирующая графическое изображение состоит из графического процессора 1, установленного на плате контроллера 7 поверхности 8.
Световая система представляет собой лампу 3 видимого диапазона длин электромагнитных волн (с нитью накаливания, ртутную, светодиодную) и отражающую поверхность 2.
Оптическая система состоит из светофильтра 4, поверхности из «жидких кристаллов» 8 с клеммами 6 для получения сигналов от контроллера 7, щелевых масок 9 и 11, среды преломления 10.
Входной каскад управляемой схемы является частью управляемой цепи 13 и содержит помимо источника питания фотоэлемент 12.
Регулирование параметров электрической цепи производится путем подачи света, идущего через отражающую поверхность 2 от лампы 3, через светофильтры 4 на поверхность из ячеек 5, заполненную веществом, изменяющим свою поляризацию под действием управляющего сигнала, подаваемого к клеммам ячейки 6 от контроллера 7 поверхности 8 для управления мощностью светового потока, который после прохождения через светофильтр 4 проходит через щель 9 в прозрачную среду 10, отклоняясь на определенный угол, соответствующий длине волны, и, попадая через щель 10 на фотоэлемент 12, являющийся управляющим элементом управляемой электрической цепи 13, который, в свою очередь, позволяет току управляемой цепи протекать через ветвь, где находится данный управляющий элемент, тем самым повышая или снижая требуемые величины силы тока или напряжения, а также позволяя осуществить схему временной задержки.
Использование предполагаемого изобретения позволяет обеспечить управление электрической цепью с высокой точностью и установленным временем задержки путем подачи и преобразования светового сигнала.
Список литературы
1. Харкевич А.А., Основы радиотехники, 3 изд., 512 с, 2007., М.: ФИЗМАТЛИТ.
2. Вова Н.Т., Стукало Н.А., Храмов В.А., Управляющие устройства СВЧ, К.: 1973 г.
3. М.Skolnik: Radar handbook, MgGraw-Hill Book Company, b.4, 1970. Перевод с английского: под ред. М.М.Вейсбейна, М., 1978.
4. Kulcke W., C.J. Hams, K. Kosanke, and E. Max: A Fast, Digital-indexed Light Deflector. - "IBM j. Res. Develop.", 1964, January, v.8, p.64-67.
5. Harris T.S., and j.Lipp.: Digital Laser Beam Deflection. - "Laser Focus", 1967, April, v.3, p.26-32.
6. Pole R.V., et al.: Selectivity Degenerate Laser Cavity, IBM Walson Res. Center, Tech, Rerl, AFAL-TR-67-127. 1967.
7. Fletcher P.: Electro-optical System Rept. 1920, NASA-2439, 1961, October.