Применение оптоэлектронных приборов для измерения высоких

Напряжений и управления устройствами большой мощности

 

Весьма интересно применение линейных оптронов в измерительной технике. Например, при измерении напряжений свыше 5 кВ традицион­ными методами необходимы: 1) применение высоковольтного раздели­тельного трансформатора; 2) применение незаземленного синхронизи­рованного осциллографа; 3) измерение разности напряжений по отношению к «земле» с помощью делителей напряжения. Все эти ме­тоды, однако, трудоемки, требуют громоздкого оборудования, обла­дают низкой точностью. Хорошие перспективы для снижения массогабаритных показателей измерительного оборудования и улучшения точности измерения высоких напряжений имеет применение аналоговых оптронов. Главными преимуществами при этом являются простота изо­ляции и высокое быстродействие. На рис. 8.12 приведены примеры схем такого оптоэлектронного измерителя. На рис. 8.12, а СИД СД включен последовательно с шунтирующим силовой прибор резистором, что увеличивает потребление мощности и не позволяет измерять обратные напряжения. В схеме рис. 8.12, б измеряемый сигнал U_дел поступает на СИД через понижающий делитель напряжения. Светоизлучающий диод находится под постоянным смешением U_оп, обеспечиваемым компаратором К.

а б

Рис. 8.12. Измерительные оптоэлектронные преобразователи

а-оптоэлектронный измеритель с последовательным включением шунтирующего резистора, б-с использованием компаратора К.

 

Далее через высоковольтный световод, промодулированный по напряжению U_дел, световой сигнал поступает на фотоприемник и затем на изме­рительное устройство (электронный осциллограф ЭО). Преимущества подобного метода измерения высоких напряжений: 1) масса и габари­ты системы измерения невелики, что позволяет встраивать ее в испы­тательное оборудование; 2) большое входное сопротивление; 3) воз­можность работы с заземленным оборудованием на стороне измерения. Оптроны в ключевых схемах используют­ся для бесконтактного управления элементами сильноточных высоко­вольтных цепей с помощью слаботочных управляющих устройств. Так, применение мощных тиристорных оптопар типов ТО-6,3; ТО-10 и др. позволяет переключать напряжение до 1300 В и ток до 320 А с помощью интегральных схем в цепи управления тиристорной оптопарой.

Область применения таких приборов не отличается от обычных тиристоров. Тиристорные оптопары меньшей мощности типа АОУ103 или оптопары с составным транзистором типа АОТ110 применяют в схе­мах формирователей импульсов средней мощности (с амплитудой тока 1÷5 А).

Схема такого формирователя для запуска мощного тиристора изображена на рис. 9.13. Конденсатор С предварительно заряжается от источника питания силового тиристора Т через резистор R и диод VД, а затем разряжается при поступлении импульса от системы управ­ления СУ на вход тиристорной оптопары O₁ через тиристор оптопары, резистор R_У и управляющий переход тиристора Т. Выключение O₁ происходит быстро, так как к моменту запирания через него протекает малый ток DU/R, где DU – разница в падениях напряжения на тиристорах T и в O₁.

Рис. 8.13. Оптронный формирователь импульсов

 

Устройство и принцип действия оптических устройств записи

Информации

Необходимость разработки оптических ЗУ продикто­вана тем, что устройства того же назначения, основан­ные на других физических принципах (магнитная и полупроводниковая память), не способны полностью удо­влетворить непрерывно возрастающие требования вычис­лительной техники к объему хранимой информации и плотности ее записи.

Опыт создания и эксплуатации первых образцов оп­тических ЗУ показал, что эти системы действительно могут дать качественный скачок по ряду определяющих параметров. В то же время выявилось, что оптические ЗУ сложнее, дороже, менее надежны и долговечны, чем их неоптические аналоги. Для устранения этих недостат­ков необходимо, прежде всего, совершенствовать элемент­ную базу оптических ЗУ, а также разработать оптималь­ную организацию взаимосвязи этих устройств с процес­сором ЭВМ (более широкое распространение аналого­вых методов обработки, методов картинной логики и т. п.). В большой степени решение проблемы обмена информацией между ЗУ и процессором будет зависеть от развития средств связи, также основанных на про­грессе оптоэлектроники.

Устройства оптической памяти базируются на двух методах записи и выборки информации: последовательном (поразрядном) и параллельном (постраничном). Структурные схемы и работа запоминающих устройств, основанных на этих двух принципах (рис. 8.14), существенно отличаются друг от друга: в устройствах первого типа используют лишь направленность светового луча, в устройствах второго – голографического – типа используют когерентность лазерного излучения и возможность его пространственной модуляции.

а

б

Рис. 8.14. Структурные схемы оптических ЗУ с последовательной (а) и параллельной (б)

организацией записи и считывания

 

В ЗУ последовательного типа (рис. 8.14, а) запись данных осуществляется выжиганием сфокусированным лазерным лучом отверстий в металлической пленке, расположенной на прозрачной основе. Адресация лазерного луча осуществляется либо механически (путем изменения взаимного положения луча и запоминающей среды) либо с помощью дефлектора, отклоняющего световой луч по заданной программе.

В одном из первых устройств подобного типа использовалась металлизированные (висмутом или родием) полоски полиэфирной пленки длиной 80 см и шириной 12 см. Каждая такая лента вклю­чала 18500 информационных дорожек (с расстоянием между ними менее 10 мкм) с общей емкостью 2,2×10⁹ бит (и плотностью»3×10⁸ бит/см²). Для считывания и записи полоски крепились на вращающемся барабане; объединение в одном устройстве 400 бара­банов позволяло получить терабитную систему памяти с общей емкостью»10¹² бит. При записи выжигание отверстия в металли­ческой пленке соответствовало логическим единицам, а логическим нулям – отсутствие отверстия. Скорость записи при использовании - многоканальной лазерной головки составляла 3×10⁶ бит/с. По отра­жению лазерного луча в процессе записи одновременно контроли­руют правильность вводимой информации. При считывании время поиска нужной полосы среди всех 400 составляло 5 с, время поиска данных в пределах одной полосы не превышало 0,2 с.

В качестве оптической запоминающей среды могут использовать­ся фотографические пленки и пластинки, фоторезисты, фотополиме­ры. Эти материалы имеют очень высокую разрешающую способность (тысячи линий на миллиметр), но требуют для проявления «мокрой» химической обработки и значительного времени. Кроме того, при длительном хранении органические материалы подвержены старению. Наилучшую стабильность при долговременном хранении информации в оптических ЗУ обеспечивают пленки хрома на стекле.

Очень важное практическое применение поразрядная запись информации нашла в лазерных видеопроигрывателях, являющихся по существу первым массовым промышленным оптическим запоми­нающим устройством. В лазерном видеопроигрывателе используются; отражающие или прозрачные диски, информация на которых записы­вается в виде точек или насечек, располагающихся на спиральной дорожке с шагом (2÷2,5) мкм. Плотность записи достигает»10⁷ бит/см, что позволяет на диске стандартного размера (Æ» 30 см) записать 20....30 – мин цветную телепрограмму. При вра­щении пластинки под воспроизводящей головкой насечки отклоняют сфокусированный на них лазерный луч и изменяют положение све­тового пятна на матрице фотоприемников, расположенных под пла­стиной. Полный видеосигнал формируется путем усиления и обработ­ки последовательности фотосигналов.

Основные трудности при конструировании лазерного видеопро­игрывателя связаны с необходимостью обеспечить взаимную точную механическую юстировку лазерной головки, пластинки и фотоприемников и создать систему автоматического слежения луча за дорож­кой. Несмотря на очень малые размеры элементов и расстояний между ними, оптическая видеозапись вполне реальна, так как для этих систем характерны жесткая программа выборки и не очень высокие требования в отношении вероятности сбоев и ошибок.

Оценки показывают, что стоимость видеопроигрывателя может быть вполне приемлемой (не более стоимости цветного телевизора), а стоимость записи телепрограммы на один – два порядка меньше, чем на магнитных лентах. Все это в сочетании с малыми габаритами устройства делает его весьма перспективным бытовым электрорадио­прибором, именно по этому пути лазер быстрее всего войдет в по­вседневную жизнь.

 

⇐ Предыдущая46474849505152535455Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: