Устройство выделения периодических импульсов
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах анализа импульсов для выделения импульсов с заданными параметрами. Техническим результатом является выделение периодических импульсов с заданными периодом следования, длительностью и амплитудой, с одновременным сохранением информативных параметров всех импульсов на выходе устройства, равными их информативным параметрам на входе этого устройства. Устройство выделения периодических импульсов содержит входной формирователь импульсов (1), первый (2), второй (6) и третий (5) элементы задержки, элемент И (3), генератор пилообразного напряжения (4), триггер (7), управляемые ключи (8) и (9). 2 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для анализа и измерения параметров регулярных импульсных последовательностей.
Известны устройства выделения периодических импульсных сигналов, основанные на временных параметрах анализируемой последовательности (см., например, патент США №3922676, патент Франции №2161400, авторские свидетельства №330472, 477531, 1765885 и другие).
Из известных устройств выделения периодических импульсов наиболее близким к предлагаемому является устройство по авторскому свидетельству №1765885, М. кл. Н04К 5/156 с приоритетом от 15.05.1990 г., которое и выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются:
— во-первых, то, что для выделения заданной периодической последовательности импульсов не используется такой информативный параметр импульсов, как их амплитуда. Это обстоятельство снижает достоверность селекции заданной последовательности на выходе устройства;
— во-вторых, на выходе устройства теряется информация о первоначальной амплитуде входных импульсов, поскольку амплитуда выделенных периодических импульсов на выходе прототипа равна амплитуде импульсов на выходе RS-триггера. Это обстоятельство существенно сужает возможности дальнейшего анализа и обработки входных импульсов.
Задачей изобретения является повышение достоверности выделения заданной периодической последовательности импульсов за счет использования такого информативного параметра как амплитуда и сохранение на выходе предлагаемого устройства всех информативных параметров как в выделенной периодической последовательности импульсов, так и в других импульсах для их последующего анализа. Поставленная задача решается тем, что в устройство выделения периодических импульсов по а.с. №1765885, содержащее входной формирователь, вход которого соединен с входной шиной, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, второй выход входного формирователя через первый элемент задержки соединен с вторым входом элемента И, второй элемент задержки, выход которого соединен с R-входом триггера, и третий элемент задержки, дополнительно включены генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с входом устройства и с входом третьего элемента задержки, а выход — с третьим входом элемента И, выход которого непосредственно соединен с S-входом триггера и с входом второго элемента задержки, и два управляемых ключа, причем управляющие (вторые) входы первого и второго управляемых ключей соединены соответственно с единичным и нулевым выходами RS-триггера, а первые (сигнальные) входы управляемых ключей соединены с выходом третьего элемента задержки. Выходы управляемых ключей являются выходами устройства.
Структурная схема предлагаемого устройства выделения периодических импульсов представлена на фиг.1, а временные диаграммы, поясняющие принцип работы этого устройства показаны на фиг.2.
Устройство выделения периодических импульсов содержит входной формирователь 1, вход которого соединен с входной шиной, с входом генератора пилообразного напряжения 4 и с входом третьего элемента задержки 5. Первый выход входного формирователя 1 соединен с первым входом элемента И 3, а второй вход элемента И 3 через первый элемент задержки 2 соединен с вторым выходом входного формирователя 1, а третий вход элемента И 3 соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 4. Выход элемента И 3 непосредственно соединен с S-входом триггера 7 и через второй элемент задержки 6 — с R-входом этого триггера. Выход третьего элемента задержки 5 соединен с сигнальными входами управляющих ключей 8 и 9, а управляющие входы этих ключей соединены соответственно с единичным и нулевым выходами RS-триггера 7. Выходы управляющих ключей 8 и 9 являются выходами устройства.
Данное устройство работает следующим образом. Входная импульсная последовательность (фиг.2а) подается на входной формирователь 1, на генератор пилообразного напряжения 4 и на третий элемент задержки 5. На первом выходе входного формирователя 1 выделяются импульсы, соответствующие задним фронтам входных импульсов и равные им по амплитуде (фиг.2б), которые подаются на первый вход элемента И 3. На втором выходе входного формирователя 1 выделяются аналогичные импульсы, соответствующие передним фронтам входных импульсов (фиг.2в), которые задерживаются с помощью первого элемента задержки 2 на время, равное сумме заданных периода следования Т и длительности импульса τ выделяемой последовательности (фиг.2г) и подаются на второй вход элемента И 3. Генератор пилообразного напряжения 4 вырабатывает импульсы пилообразной формы, амплитуда которых пропорциональна длительности входных импульсов (фиг.2д). Эти импульсы поступают на третий вход элемента И 3. В моменты времени, когда на всех трех входах элемента И 3 есть сигналы, на его выходе появляются импульсы (фиг.2е), которые непосредственно подаются на S-вход триггера 7, устанавливая его в единичное состояние, и через второй элемент задержки 6, осуществляющий задержку на заданную длительность импульса τ (фиг.2ж), подаются на R-вход триггера 7, возвращая его в нулевое состояние. При этом на единичном выходе триггера 7 появляются периодические импульсы с заданным периодом следования Т и с заданной длительностью импульсов τ (фиг.2з), которые подаются на управляющий вход управляемого ключа 8. Амплитуда этих импульсов определяется потенциалом на выходе триггера 7 и она не равна амплитуде входных импульсов. Импульсы с нулевого выхода триггера 7 (фиг.2и) подаются на управляющий вход управляемого ключа 9. Входная последовательность импульсов, задержанная третьим элементом задержки 4 на время, равное сумме заданных периода следования и длительности Т+τ (фиг.2к), поступает на сигнальные входы управляемых ключей 8 и 9. На выходе управляемого ключа 8 выделяется заданная периодическая последовательность импульсов с сохраненной первоначальной амплитудой (фиг.2л), а на выходе управляемого ключа 9 выделяются для дальнейшего анализа все остальные импульсы с сохранением своих первоначальных параметров (фиг.2м).
Таким образом, введение в прототип дополнительно двух управляемых ключей и генератора пилообразного напряжения, а также соответствующее их подключение к элементам прототипа позволяет повысить достоверность выделения заданной периодической последовательности за счет использования для выделения трех информативных параметров, а именно длительности импульсов, их амплитуды и периода повторения импульсов. Кроме того, на выходе предлагаемого устройства сохраняются информативные параметры всех импульсов, что позволяет существенно расширить возможности предлагаемого устройства по селекции и анализу других импульсных последовательностей.
Устройство выделения периодических импульсов, содержащее входной формирователь импульсов, на первом выходе которого выделяются импульсы, соответствующие задним фронтам входных импульсов и равные им по амплитуде, а на втором выходе — аналогичные импульсы, соответствующие передним фронтам входных импульсов, вход которого соединен с входной шиной, первый выход соединен с первым входом элемента И, второй выход входного формирователя через первый элемент задержки соединен с вторым входом элемента И, второй элемент задержки, выход которого соединен с R-входом триггера и третий элемент задержки, отличающееся тем, что в него дополнительно включены генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с входом устройства и с входом третьего элемента задержки, а выход с импульсами пилообразной формы, амплитуда которых пропорциональна длительности входных импульсов, — с третьим входом элемента И, выход которого непосредственно соединен с S-входом триггера и с входом второго элемента задержки, и два управляемых ключа, причем управляющие входы первого и второго управляемых ключей соединены соответственно с единичным и нулевым выходами RS-триггера, а сигнальные входы управляемых ключей соединены с выходом третьего элемента задержки, при этом выходы управляемых ключей являются выходами устройства.
Основные устройства компьютера
Процессор — центральный блок компьютера, где производится обработка информации. Он управляет работой всех устройств и производит все логические и арифметические операции.
Основным устройством процессора является арифметическое устройство (АЛУ — арифметико-логическое устройство). Именно оно выполняет все операции над данными. В состав процессора входит и устройство управления, которое управляет всеми устройствами и отслеживает последовательность выполнения команд.
В настоящее время процессор аппаратно реализуется в виде БИС (больших интегральных схем). Современные процессоры типа PENTIUM содержат в себе миллионы функциональных элементов. Процессор может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, видео- и звуковую информацию.
Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если «метроном стучит» быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах — МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 130 МГц, 266 МГц, 1000 МГц, 2000 МГц, 3 ГГц и др.
Память компьютера
Вся вводимая информация попадает в запоминающее устройство или память машины, где она хранится до момента, когда понадобится.
Носитель информации – это физическая среда, в которой она фиксируется.
В роли носителя могут выступать бумага, фотопленка, клетки мозга, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски или ячейки памяти компьютера. Современная техника предлагает все новые и новые разновидности носителей информации. Для кодирования информации в них используются электрические, магнитные и оптические свойства материалов. Разрабатываются носители, в которых информация фиксируется даже на уровне отдельных молекул.
Память ЭВМ бывает внутренней и внешней. Внутренняя память включает в себя постоянную и оперативную.
Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство). Особенностью ПЗУ является то, что из него в процессе работы можно только считывать информацию, а записывать нельзя. Характерной чертой ПЗУ является сохранение информации при отключенном питании компьютера. Записанная в ПЗУ информация заносится один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере) в течении всего периода эксплуатации ПК и не может быть изменена в процессе работы. ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Обычно это компоненты операционной системы (программы контроля оборудования, программа первоначальной загрузки ЭВМ и пр.)
В современных ПК есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Это видеопамять. Видеопамять хранит код изображения, выводимого на дисплей.
Оперативная память (ОП) — это устройство компьютера, предназначенное для хранения данных (исходных, промежуточных и конечных) и программ (набора команд). Всё, что вы вводите в ЭВМ, запоминается в ОЗУ (оперативно-запоминающем устройстве). Английское название ОЗУ — Random Access Memory (RAM), что переводится как «память с произвольным доступом». Этим названием подчеркивается тот факт, что процессор может обращаться к ячейкам памяти в произвольном порядке, при этом время чтения/записи информации для всех ячеек одинаково (оно измеряется микросекундами).
В информацию, хранящуюся в ОЗУ, можно внести изменения. При выключении ПК вся информация в ОЗУ стирается. Эту память называют оперативной, т.к. она позволяет с очень большой скоростью записывать и передавать информацию. Однако объём ОП ограничен, поэтому существует необходимость подключить внешнюю память. Физически ОП изготавливается в виде БИС, имеющих различную информационную ёмкость.
Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память — это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема (обычно до 520000 символов), построенная на иной элементной базе, чем оперативная память. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.
Внешняя память как бы заменяет книги с описанными в них программами и алгоритмами. К устройствам внешней памяти или ВЗУ (внешним запоминающим устройствам) относятся:
• Накопители на гибких магнитных дисках
• Накопители на жестких магнитных дисках
• Дисководы для работы с лазерными компакт дисками
• Магнитооптические системы
• Стримеры
• Флеш-диски
Основное назначение внешней памяти — долговременное хранение большого количества информации. Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели внешних запоминающих устройств и носителей информации: информационная ёмкость, скорость обмена информацией, надёжность её хранения и стоимость.
Магнитные носители
Первые компьютеры использовали в качестве внешней памяти обычные магнитофоны. Сегодня магнитофоны используются лишь для резервного копирования содержимого жёстких магнитных дисков (МД), т.к. на дисках можно потерять информацию «благодаря» компьютерным «вирусам». Магнитофон со специальными возможностями, который записывает информацию с компьютера на специальную кассету с магнитной лентой (МЛ), называется стриммером. Кассета стриммера имеет очень большой объём и позволяет хранить информацию со всего жёсткого диска.
В основу записи, хранения и считывания информации на магнитные носители положен магнитный принцип: в процессе записи носитель перемещается относительно головки с сердечником из магнитомягкого материала, электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает или не намагничивает элементы носителя.
При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке импульс тока, что позволяет качественно распознать информацию. Способ записи и считывания информации на МЛ и МД аналогичен работе обычного магнитофона.
Жёсткий диск — это пластинка из немагнитного материала, на поверхность которой нанесён магнитный слой. Среднее время его безотказной работы — сотни тысяч часов. Жёсткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещённых на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в секунду), заключённых в металлический корпус. Головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям дисков.
Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д. Современные ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (с металлической поверхностной пленкой, например кобальтовой), не чувствительный к температуре. Информационная емкость — до 48 млрд. символов.
Это интересно!
Сравнительно новое понятие: флеш-диск. Это устройство для долговременного хранения данных, с возможностью многократной перезаписи, реализованное на микросхемах памяти (т.е. также, как ОЗУ). Достоинства: малая мощность, надёжность в работе, малогабаритность, устойчивость к ударам, отсутствие механических и движущихся частей, объем памяти от 2 до 200 Мб и даже до 1,7 Гб. Недостаток — высокая цена устройства. Несмотря на дороговизну, похоже, что флеш-диски со временем вытеснят винчестеры.
Гибкие магнитные диски используются для обмена программами между компьютерами и при поставке программных продуктов. Гибкие МД (ГМД) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере.
Гибкие диски помещаются в конверт из плотной бумаги или в пластмассовый корпус. В центре диска имеется отверстие для обеспечения вращения диска в дисководе. В защитном конверте имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/считывание информации. На боковой кромке дискет находится маленький вырез, позволяющий производить запись, но если вырез заклеить, запись становится невозможной (диск защищён). В некоторых дискетах защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.
Гибкий МД диаметром 5,25 дюйма использовались до середины 80-х годов 20 века и могли хранить до 1,5 млн. символов информации. Дискеты размером 5,25 дюйм не обеспечивали хорошей физической защиты носителю. В настоящее время ещё используются ГМД диаметром 3,5 дюйма, которые имеют емкость 1,8 млн. символов. Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.
Это интересно!
Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана структура диска. Информация на ГМД хранится на магнитных концентрических дорожках, разделенных на сектора, отмеченных магнитными метками, а у ЖМД есть еще и цилиндры — совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть больше, чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а, следовательно, и информационная емкость диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.
Недостатками магнитных носителей являются способность разрушения магнитного слоя при частом считывании информации и от воздействия магнитных полей и явление «жевания» ленты. Достоинство — возможность записывать информацию множество раз.
Оптические носители
Существуют накопители на оптических дисках (CD-ROM), где информация записывается лазером. Внешне они ничем не отличаются от звуковых компакт-дисков. Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) обладают емкостью до 3 млрд. символов информации, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении — до 30-50 лет).
Это интересно!
Процесс изготовления с CD-ROM состоит из нескольких этапов. Сначала подготавливают информацию для мастер-диска (первого образца), изготавливают его и матрицу тиражирования. Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Тиражируемый компакт-диск состоит из отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется тонко запыленный алюминий. В отличие от магнитных дисков, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного края диска к внутреннему (как на грампластинке).
CD-ROM накопители используют оптический принцип чтения информации. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM диска и луч отражается в нём с интенсивностью, соответствующей значениям 0 и 1. Лазерный луч попадает на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль.
Для загрузки компакт-диска в дисковод используется либо одна из разновидностей выдвижной панели, либо специальная прозрачная кассета. Выпускают устройства, которые позволяют самостоятельно записывать специальные компакт-диски. В отличие от обычных, данные диски имеют отражающий слой из золота. Это, так называемые, перезаписываемые CD-R. Подобные диски обычно служат как мастер-диски для дальнейшего тиражирования или создания архивов.
Резерв повышения емкости — повышение плотности записи путем уменьшения длины волны лазера. Так появились компакт-диски, способные хранить почти 5 млрд. символов информации на одной стороне и 10 млрд. символов — на двух сторонах. Планируется также создание двухслойной схемы записи, т.е. когда на одной стороне носителя будут две разнесенные по глубине поверхности с записанными данными. В этом случае информационная емкость компакт диска возрастает до 9 млрд. символов на одной стороне.
Недостатком CD-ROM диска является занесение информации на носитель только один раз. Достоинство CD-ROM диска — бесконечное считывание информации без потерь.
Похоже, ставшие привычными компакт-диски CD-ROM вскоре отойдут в прошлое. Уже широко используются компакт-диски с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-ReWritablie). CD-RW диски сняли принципиальное ограничение CD-ROM, связанное с возможностью лишь с однократной записи информации. Запись на CD-R диске возможна только один раз и производится пользователем с помощью компактного и недорогого записывающего дисковода.
Появились цифровые лазерные DVD-диски. Основное их отличие — это более высокая плотность записи. Так, преобладающим на компьютерном рынке является диск диаметром 120 мм и ёмкостью до 5 миллиардов символов. Считается, что ёмкость DVD-дисков может достигать 15 миллиардов символов.
Различают DVD-ROM и DVD-RAM диски. DVD-ROM только для чтения. DVD-RAM для чтения и записи. Для чтения DVD-дисков требуется специальный дисковод, который читает и CD-ROM тоже.
Магнитооптические носители
Одно из достижений XX столетья — магнитооптические диски. В них используются достоинства магнитных и оптических носителей: многократность записи и многократность считывания. Магнитооптические диски могут оказаться одним из самых жизнеспособных устройств, предназначенных для хранения данных. Дело в том, что CD-ROM удобны для хранения информации, а в работе с ней они оказываются медленнее, чем жесткие магнитные диски. Поэтому обычно с компакт-дисков информацию переписывают на МД, с которым и работают. Такая система не годится, если работа связана с базами данных, которые ввиду большой информационной емкости как раз выгоднее размещать на CD-ROM. Кроме того, компакт-диски, используемые в настоящий момент на практике, не являются перезаписываемыми. Магнитооптические диски лишены этих недостатков. Здесь объединены достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (переносимость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.
В магнитооптических системах магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучём. Первые магнитооптические диски внешне напоминали дискету 3,5 дюйм. Затем были созданы диски размером 5,25 дюйм, которые также помещались в пластиковый корпус. После этого появились магнитооптические диски без корпуса, т.е. точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски и об этих достижениях было сказано выше.
Устройства ввода-вывода информации
Устройства ввода-вывода информации организуют диалог пользователя с ЭВМ.
Чтобы ЭВМ выполняла полезные функции по обработке информации, её нужно прежде всего ввести. Клавиатура — самое известное и распространённое устройство ввода информации в компьютер. На физическом уровне оно представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь. К устройствам ввода информации в ЭВМ относится и графический манипулятор — «мышка». Он позволяет управлять состоянием объектов, выведенных на экран: меню, световых кнопок и др. Разновидностью графического манипулятора «мышь» является «трекбол», здесь движение манипулятора осуществляется с помощью большого шарика внутри. Он не требует коврика, не занимает много места на столе, шарик вращают рукой.
Существует большое количество других конструкций мыши, например:
1. Беспроводная мышь — сигналы от мыши передаются с помощью радиопередатчика.
2. Оптическаямышь – использует специальный коврик и луч света вместо шарика.
3. Ножная мышь.
Джойстик (используется в игровых приставках) вводит координатно-числовую информацию, необходимую для реализации игр, с помощью пальцев рук; графический планшет (дигитайзер) обеспечивает ввод данных (координат точек и кривых) с большой точностью; устройство «световое перо», которое захватывает и перемещает точку или курсор на экране дисплея, тоже позволяет вводить информацию в компьютер; сканер — устройство ввода, сканирующее по строкам любой рисунок и передающее информацию о нём в персональный компьютер (используется в издательствах, в хорошо оснащённых фотолабораториях).
Принцип работы сканера заключается в следующем: сканируемое изображение освещается белым светом. Отражённый свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент. Каждая строка сканирования соответствует определённым значениям напряжения на нём, затем значения напряжения преобразуются в цифровую форму. Сканеры бывают ручные, планшетные и барабанные. Ручные практически не выпускаются. Наивысшее качество обеспечивают барабанные сканеры. Различают черно-белые и цветные сканеры. Сканер вводит изображение как множество точек, указав для каждой координаты и номер цвета. По этим данным вводится в память копии изображения. Если вводить текст с помощью сканера, то необходимы специальные программы.
На заре развития вычислительной техники использовались устройства ввода-вывода информации с перфокарт и перфолент. Люди старой закалки хорошо помнят рулоны перфолент и колоды перфокарт, которые в течение нескольких секунд изрубались в лапшу неисправным считывателем. Они обладали серьёзными недостатками: бумага быстро рвалась, и трудно было исправит ошибки.
Печатающие устройства, напоминающие обычные печатающие машинки, ранее также использовались для ввода-вывода информации. Но из-за сильного шума при работе этих устройств пользователи отказались от них.
Дисплей является устройством ввода-вывода текстовой и графической информации, так как в своём составе имеет монитор и клавиатуру. Находят применение три типа монитора: на жидких кристаллах с плоским экраном, газоплазменные мониторы и мониторы с электронно-лучевой трубкой. Мониторы бывают цветными и монохромными. 
Принтеры выводят на бумагу документы и программы (существует несколько разновидностей принтеров: матричные, где печать осуществляется с помощью тонких металлических стержней, ударяющих по бумаге через красящую ленту; струйные, где печать осуществляется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел; лазерные принтеры, обеспечивающие самое высокое качество печати, используют принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички красителя). Другие устройства вывода информации на бумагу — графопостроители распечатывают чертежи и графики на бумагу. Колонки предназначены для акустического вывода (воспроизведения) звуковой информации, как уже хранящейся в памяти ПК в виде файлов, так и поступающей в ПК с внешних музыкальных устройств. Все эти устройства иначе называются периферийными. 
Для ввода информации в ЭВМ сейчас используют цифровые видеокамеры и фотоаппараты, всё чаще используются речевые ввод и вывод. Трудно представить, что станет общепринятым завтра. Появились переносные компьютеры без клавиатуры, которые могут распознавать и вводить рукописный текст. Изображение можно выводить на инфошлем — два миниатюрных экрана перед глазами создают стереоизображение. Инфоперчатки могут передавать в компьютер изображения пальцев человека и, получая информацию от компьютера, оказывать сопротивление движениям человека. Инфоскафандры способны воспринимать положение тела человека и по командам компьютера имитировать прикосновение или давление на кожу человека. Все эти инфоустройства позволяют создавать так называемые искусственные реальности (виртуальный мир), где человек оперирует в воображаемом, созданном компьютером мире, получая через свои органы чувств соответствующие комплексы ощущений.
Можешь пополнить материал раздела актуальной информацией. Пиши на e-mail: leniza@hotbox.ru
Принцип определения содержания одного вещества в другом на основе оптоэлектронного преобразователя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Серьезнов А. Н., Рахимов Н. Р., Холматов С. А.
Исследование оптронов открытого канала для контроля качественных параметров металлических поверхностей
Оптоэлектронная система для измерения толщины листового стекла
Система дистанционной коммутации бытовой электрической сети
Обзор аналитических методов контроля и разработка оптоэлектронных систем для определения серы в нефти и нефтепродуктах
Преобразователь сигналов для волоконно-оптических датчиков
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Принцип определения содержания одного вещества в другом на основе оптоэлектронного преобразователя»
А.Н. Серьезное, Н.Р. Рахимов СибНИА, Новосибирск С.А. Холматов ФерПИ, Фергана
ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОДНОГО ВЕЩЕСТВА В ДРУГОМ НА ОСНОВЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Оптоэлектронные датчики определения содержания одного вещества в другом, измеряющие ослабление светового пучка в оптически прозрачных средах, могут быть использованы для создания датчиков, определяющих как вид, так и концентрацию различных примесей, что имеет принципиальное значение для контроля различных технологических процессов и решения экологических задач. Спектральный диапазон 0,9. 3 мкм чрезвычайно интересен для прикладной спектроскопии, поскольку в этой области сосредоточено большое количество специфических для химических соединений полос поглощения. Наибольшего внимания, по-видимому, заслуживает диапазон 1. 1,7 мм. В этой области спектра в качестве излучателей могут быть использованы эффективные излучающие диоды и гетеролазеры на основе твердых растворов lnGaAsP и изопериодических InP, технология изготовления которых достаточно хорошо разработана.
На основе данных излучателей и приемников оптического излучения в работе [1] представлено устройство для определения содержания одного вещества в другом, состоящее из генератора импульсов переменного тока, двух светодиодов, один из которых излучает на опорной длине волны, а другой — на измерительной, двух диодов, резистора и дополнительного резистора с переменным сопротивлением, через который соединены катоды двух светодиодов, блока обработки фотоэлектрического сигнала, анод первого светодиода через резистор подведён к выходу генератора, другой выход которого подключен к аноду второго светодиода и с общей шиной. Оба светодиода оптически связаны с размещённой между ними кюветой с анализируемым веществом.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, затрудняющая обеспечение надёжности контроля. Поэтому нами поставлена задача создания устройства для определения содержания одного вещества в другом упрощенной конструкции и повышенной надежности.
Для этого в устройстве для определения содержания одного вещества в другом, включающем светодиод с опорной длиной волны и светодиод с измерительной длиной волны, оптически связанные с размещенной между ними кюветой с анализируемым веществом, генератор импульсов переменного тока, резистор с переменным сопротивлением, блок обработки фотоэлектрического сигнала, светодиоды включены встречно-параллельно, при этом первые разноименные выводы светодиодов подключены к первому выходу генератора импульсов переменного тока, вторые разноименные выводы светодиодов подключены соответственно к крайним выводам резистора с переменным сопротивлением, средний вывод которого связан с
общей шиной, а раздельные входы блока обработки фотоэлектрического сигнала подсоединены соответственно к крайним выводам резистора с переменным сопротивлением и ко второму выходу генератора импульсов переменного тока.
На рис. 1 показана схема устройства [2].
Рис. 1. — Устройство для определения содержания одного вещества в другом
Устройство для определения содержания одного вещества в другом состоит из светодиода 1 с опорной длиной волны и светодиода 2 с измерительной длиной волны, оптически связанных с размещенной между ними кюветой 3 с анализируемым веществом, генератора импульсов переменного тока 4, резистора 5 с переменным сопротивлением, блока обработки фотоэлектрического сигнала 6. Светодиоды 1 и 2 включены встречно-параллельно. Первые разноимённые выводы светодиодов 1 и 2 подключены к первому выходу генератора импульсов переменного тока 4. Вторые разноимённые выводы светодиодов 1 и 2 подведены соответственно к крайним выводам резистора 5 с переменным сопротивлением, средний вывод которого связан с общей шиной. Раздельные входы блока обработки фотоэлектрического сигнала 6 подсоединены соответственно к крайним выводам резистора 5 с переменным сопротивлением и ко второму выходу генератора импульсов переменного тока 4.
Устройство работает следующим образом.
Генератор импульсов переменного тока 4 вырабатывает периодическую последовательность импульсов переменного тока. Сформированный ток в течение действия, например, положительного полупериода импульса, включает светодиод 2, ток проходит через него и через нижний крайний и средний выводы резистора 5.
Этот ток вызывает свечение светодиода 2, который излучает на опорной длине волны. Это излучение проходит через анализируемое вещество в кювете 3 и попадает на светочувствительную поверхность светодиода 1, к катоду которого приложено положительное напряжение и который в течение действия положительного полупериода работает как фотодиод. Прошедший через кювету 3 световой поток светодиодом 1 (в данный момент фотодиод) преобразуется в фотоэлектрический сигнал, который снимается с верхнего
крайнего вывода резистора 5 относительно среднего вывода, связанного с общей шиной. Этот сигнал подается на вход блока обработки фотоэлектрического сигнала 6, второй вход которого в данный момент заперт сигналом от выхода генератора импульсов переменного тока 1.
При действии отрицательного полупериода ток протекает через светодиод 1, который излучает на измерительной длине волны, и выводы резистора 5.
Излучение от светодиода 1 проходит через кювету 3 и попадает на светочувствительную поверхность светодиода 2, к аноду которого приложено отрицательное напряжение. При действии отрицательного полупериода светодиод 2 работает в фотодиодном режиме. Сигнал отрицательности с другого крайнего вывода резистора 5 подается на вход блока обработки фотоэлектрического сигнала 6. Первый вход в этот момент времени заперт сигналом с выхода генератора импульсов переменного тока 1. В блоке обработки фотоэлектрического сигнала 6 обеспечивается деление сигналов от потоков опорного и измерительного светодиодов, пропорциональное контролируемому параметру, например, влажности.
Сущность метода заключается в следующем.
Под понятием содержание одного вещества в другом следует понимать содержание, например, воды или газа, или красителей в другом веществе, например в ацетоне, или в керосине, или в бензине, или в ткани и т. д., или влажности, вода — одно вещество, материал — другое вещество.
Определение содержания одного вещества в другом происходит следующим образом.
Длина волны одного из светодиодов, измерительного, лежит на полосе поглощения одного вещества (влаги), например двухкомпонентной среде, длина волны другого светодиода, опорного, лежит вне полосы поглощения и служит для компенсации неинформативных параметров (толщина, плотность и т. д.).
При облучении контролируемого материала (объекта) световые потоки определяются следующими соотношениями:
Ф1 = Ф01е-к1р 1 01 (1)
Ф2 = Ф02е-кЛ е-к2а
где Ф01, Ф02 — начальные потоки от первого опорного и второго измерительного светодиодов соответственно; а — одно вещество, например количество влаги; Р — второе вещество, например масса материала, вещества, в котором определяется влага; кь к2 — коэффициенты, зависящие от рассеивающих свойств контролируемого объекта и длины волны излучения светодиодов.
Если эти потоки преобразовать в электрические сигналы при помощи фотоприёмника (в нашем случае каждый из светодиодов поочередно в зависимости от полярности импульсов питания работают то режиме фотоприёмника, то в режиме светодиода), получим
и1 = АФ01 е-к1р 1 01 (2)
и2 = ВФ 02 е-к1р1 е-к2а
где А и В — коэффициенты преобразования светодиодов, работающих в режиме фотоприемника, потока излучения в электрический сигнал.
Если установить равенство начальных значений потоков излучения по реакции светодиодов, работающих в режиме фотоприёмника, т.е. АФ01 = ВФ02, что нетрудно обеспечить, изменяя токи, протекающие через светодиоды, и реализуя отношение сигналов от опорного и измерительного потоков в блоке обработки фотоэлектрического сигнала, получим
Ц _ АФ01 е-к1р (3)
и2 ВФ 02е-к1р1е — к2а
Логарифмируя значение, получим
1пИ — 1пИ = к2а или и = к2а, (4)
т.е. сигнал, пропорциональный величине контролируемого параметра (одного первого вещества) в веществе другого.
1. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Оптические методы и устройства контроля влажности. — М.: Энергоатомиздат, 1986, 96 с.
2. Устройство для определения содержания одного вещества в другом / Рахимов Н.Р., Тожиев Р.Ж. и др. // Патент РУз ГОР 05056 от 28.02.2002 г.
© А.Н. Серьезное, Н.Р. Рахимов, С.А. Холматов, 2005
Укажите номер правильного ответа
1) параметрический стабилизатор с увеличенной нагрузочной способностью.
22. Транзистор на рисунке включен по схеме
23. Если в стабилизаторе напряжения постоянного тока, приведенном на рисунке, транзистор заменить на аналогичный, но имеющий больший коэффициент передачи b , то коэффициент стабилизации напряжения Кст и выходное сопротивление R вых стабилизатора изменятся следующим образом:
1) Кст возрастет, R вых уменьшится;
24. Условием самовозбуждения генератора, схема которого представлена на рисунке, является выражение
1) | Ku | ·| b | ³ 1, φu + φ b = 2 p n , n = 1,2,3… ;
25. В схеме, представленной на рисунке, I б ³ 3· I к / b . Это соответствует состоянию, когда транзисторный ключ
1) замкнут и насыщен;
26. Транзисторный ключ, изображенный на рисунке, разомкнут. Напряжение U К равно
1) U К » ЕП ;
27. В схеме транзисторного ключа, представленной на рисунке, конденсатор выполняет функцию
1) ускорения процесса переключения ключа;
28. Форма выходного сигнала симметричного мультивибратора представляет собой
1) периодическую последовательность прямоугольных импульсов;
29. Типовая величина напряжения отпирания кремниевого полупроводникового диода составляет
30. Через стандартно-включенный стабилитрон протекает постоянный ток 10 m А. Параметры стабилитрона: U ст = 7,5 В, I ст. min = 3 mA , I ст. max = 30 mA . Оценочная величина мощности, рассеиваемой на этом стабилитроне, составляет
31. Через стандартно-включенный стабилитрон, протекает постоянный ток 1 m А. Параметры стабилитрона: U ст = 7,5 В, I ст. min = 3 mA , I ст. max = 30 mA . Падение напряжения на стабилитроне составляет
1) меньше 7,5 В, но больше 0 В.
32. Возможно ли использовать выпрямительный диод, имеющий паспортные значения Uобр.max = 160 В, I пр. max = 1.0 A для построения выпрямителя напряжения 36 В частотой 50Гц, работающего на нагрузку 20 Ом?
33. Транзистор на рисунке включен по схеме