Амплітудна модуляція може бути двох видів: негативна (максимальний рівень коливань відповідає білому полю зображення)) і позитивна (максимальний рівень коливань з несучою частотою відповідає чорному полю переданого зображення). Негативна амплітудна модуляція забезпечує кращу передачу півтонів. Однак у нашій країні в основному застосовується АМП, при якій білому полю оригіналу відповідає мінімальна напруга несучої в каналі. Оскільки велика частина площі бланка являє собою біле поле, АМП дозволяє значно зменшити енергетичне завантаження каналу зв'язку, і тим самим зменшити перехідні перешкоди в багатоканальній системі передачі.
Частотну модуляцію розрізняють також на позитивну частотну (більш висока частота відповідає білому полю) чи негативну частотну (більш висока частота відповідає чорному полю).
2.1 Аналізуючі пристрої
Аналіз зображень .при факсимільній передачі поєднує дві взаємозалежні операції — розгортку оригіналу і електрооптичне перетворення яскравості елементів зображення в електричні сигнали. Відповідно до цього аналізуючий пристрій складається з:
1) пристрою розгортки, що забезпечує визначену послідовність переміщення растрового елемента;
2) фотоелектричного перетворювача, що перетворює усереднені яскравості елементарних ділянок в імпульси електричних сигналів;
3) світлооптичної системи, яка виділяє на оригіналі елемент зображення.
2.2 Пристрої розгортки
Пристрої розгортки утворюють рядок розгортки за рахунок переміщення розгортувального елемента.
Розгортувальним елементом, називають світлову пляму, вістря контактуючих електродів, за допомогою якого здійснюється виділення елементарної площадки на зображенні. Розгортувальний елемент формується за допомогою світлооптичних систем. Для електрооптичного аналізу непрозорих оригіналів використовуються світлооптичні системи двох типів, що відрізняються тим, що елемент поверхні виділяється або безпосередньо на переданому зображенні, або на його оптичному зображенні. Недоліком системи першого типу є те, що через розсіювання світла в товщі паперового листа, елемент розкладання на поверхні паперу не має різко окресленої границі й оточений ореолом, що знижує роздільну здатність системи; тому перевагу віддають системі другого типу.
Рядком розгортки називається вузька смуга, що утворюється елементом, розгортки - світловою плямою при аналізі, а також при синтезі зображення в апаратах із закритим способом запису чи пишучим елементом в апаратах з відкритим способом запису.
Розгортувальні пристрої бувають: механічними, електронними й електронно-механічними. Пристрої механічної розгортки бувають двох типів: з циліндричним розташуванням бланка оригіналу — їх називають барабанними, і з плоским розташуванням бланка (площинні). Барабанні розгортки можуть мати різну конструкцію:
а) барабан обертається, а розгортувальний елемент робить поступальний рух паралельно осі барабана (рис. 2.1а);
Рис. 2.1. Барабанна розгортка:
а) з рухливим елементом розгортки;
б) з нерухомим елементом розгортки
б) барабан обертається й одночасно робить рух щодо нерухомого елемента розгортки (рис. 2.16)
Якщо бланк оригіналу розміщується на внутрішній стороні барабана циліндричної форми, то розгортку називають дуговою. Вона також буває також двох типів:
а) розгортувальний елемент обертається, роблячи поступальний рух щодо документу, закріпленого на внутрішній стороні циліндра;
б) розгортувальний елемент робить обертальний рух, а камера переміщається уздовж своєї осі.
Площинні розгортки також можуть бути трьох типів: електронні, механічні і комбіновані.
В даний час з механічними пристроями починають конкурувати швидкодіючі електронно-механічні.
При електронно-механічному способі, розгортка по рядку є електронною, а в напрямку кадру — механічна.
У розгортках електронного типу в якості джерела світла використовується електронно-променева трубка з люмінесцуючим екраном (кінескоп), телевізійна передавальна трубка (відикон, ребікон, кремнікон та ін.), або прилади з зарядовим зв'язком (ПЗЗ). При електронно-механічній розгортці рух елемента розгортки, по рядках здійснюється відхиленнями електронного променя на екрані електронно-променевої трубки (рис. 2.2), а рух у перпендикулярному напрямку — механічними переміщеннями переданого зображення.
У барабанних і площинних системах розрізняють правий і лівий напрямок розгортки. Під правим напрямком розгортки розуміють рух елемента розгортки по правогвинтовій лінії для барабанних систем. Для площинних систем розгортки це відповідає руху елемента розгортки зправа наліво і зверху вниз. Відповідно під лівим напрямком розгортки приймається рух елемента розгортки по ліво гвинтовій лінії для барабанних систем і зліва направо та зверху вниз — для площинних систем (рис. 2.3).
МККТТ рекомендує для апаратів, що працюють на міжнародних і магістральних зв'язках, правий напрямок розгортки.
Крок розгортки, чи крок подачі, є механічним параметром апарата і визначає відстань, на яку переміщається елемент розгортки від одного рядка до іншого. У факсимільних апаратах, що застосовуються в мережі Міністерства зв'язку, основним є крок розгортки, що дорівнює 0,2 мм. Чіткість — це кількість рядків на 1 мм. Визначається величиною, що зворотня кроку розгортки.
Рис. 2.3. Напрямок розгортки у факсимільних апаратах з барабанним і площинним розгорткими
Широко поширені механічні розгортки, у яких переміщення сфокусованого променя світла в площині переданого зображення здійснюється за допомогою дзеркал і дзеркальних осцилографів або спеціальних обертальних призм. Застосування лазерної техніки виявляється особливо ефективним у площинних розгортках механічного типу. Лазерні джерела світла дозволили істотно розширити межу підвищення швидкості і роздільної здатності факсимільних систем, що дозволяє в свою чергу збільшити відношення сигнал/шум у передавальній факсимільній апаратурі. Слід зазначити, що відхиляти когерентний промінь можна й акустооптичними методами.
Успіхи в розробці методів стискання спектра факсимільного сигналу викликали необхідність удосконалювання розгорток. Недоліком багатьох з описаних вище класичних розгорток є сталість швидкості руху елемента розгортки по поверхні сканованого документа. При цьому різна інформативність різних рядків розгортки обумовлює нерівномірність швидкості надходження інформації в канал, у результаті чого знижується середнє значення коефіцієнта стискання спектра факсимільного сигналу. В даний час робляться спроби привести у відповідність швидкість передачі інформації зі швидкістю розгортки з метою вирівнювання в часі завантаження каналу зв'язку.
2.2 Фотоелектричні перетворювачі
В апаратурі першого покоління як фотоперетворювач використовувалися фотоелектронні помножувачі (ФЕП). В апаратурі другого покоління починають застосовувати твердотільні датчики, що складаються з кремнієвого фотодіода і підсилювача. Переваги такого фотоперетворювача в порівнянні з ФЕП полягають у тому, що кремнієві фотодіоди чутливі до більш широкого діапазону довжин хвиль (від 400 до 1100 мкм), спектральна характеристика їх більш рівномірна і, отже, квантова ефективність у цій області ( щоскладає приблизно 75%) істотно перевищує квантову ефективність ФЕП (рис. 4). Крім того, перевагами твердотільних датчиків є спрощення джерел живлення (10—15 замість 1000 В), знижена чутливість до ударних навантажень. Ефективність використання малошумного фотодіода визначається правильністю вибору підсилювача і схемою з'єднання цих елементів. Сигнальний струм фотодіода зв'язаний лінійною залежністю з потужністю світлового потоку:
де i — струм фотодіода; Ф — інтенсивність світла у ватах; E — чутливість фотодіода в амперах на світловий потік у ватах.
Рис. 2.4.
Квантова ефективність різних фотоперетворювачів.
2.3 Світлооптична система
Світлооптична система передавального апарата призначена для утворення елемента визначеної форми розгортки і розміру.
Як джерело світла у світлооптичних системах передавальних апаратів застосовуються лампи розжарювання (освітлювачі) із зосередженою ниткою. Освітлювачі відрізняються спеціальною формою і розташуванням нитки і більш високою якістю скла балонів. Освітлювачі факсимільних апаратів живляться, як правило, напругою несучої частоти або від окремого високочастотного генератора для запобігання появи фону за рахунок коливань яскравості освітлювача при живленні його нижчим перемінним струмом промислової частоти.
Для живлення освітлювача, в окремих випадках застосовується постійним струмом. До стабілізації напруги, що живить освітлювач, пред'являються дуже високі вимоги, тому що між яскравістю освітлювача і напругою, що живить його, існує квадратична залежність.
Глибина різкості оптичної системи є параметром, що визначає збереження заданої чіткості при зміні товщини переданого оригіналу в передавальних апаратах чи носія запису в прийомних апаратах з барабанним розгортками. В апаратах із площинною розгорткою поверхня переданого зображення, незалежно від товщини оригіналу, завжди знаходиться на однаковій відстані від оптичної системи за рахунок притискання протяжного валика.
В оптичних системах, як правило, застосовуються порсвітлені лінзи. Просвітління здійснюється шляхом створення на поверхнях тонкої прозорої плівки з показником заломлення, відмінним від показника заломлення скла, з якого зроблені лінзи об'єктивів. Прозора плівка зменшує втрати світла на поверхнях рподілу і тим самим зменшує розсіювання променів всередині об'єкта.
Фокусна відстань об'єктивів, що застосовуються у фототелеграфних апаратах, складає величину від декількох міліметрів (мікрооб'єктиви) до декількох десятків міліметрів (короткофокусні об'єктиви).
2.4 Синхронізація і фазування
Для забезпечення погодженості створення розгортки в передавальних і прийомних апаратах застосовуються спеціальні системи синхронізації і фазування. Існує кілька способів синхронізації:
· автономна;
· мережева;
· примусова.
При автономній синхронізації кожен апарат містить самостійне джерело високостабільної частоти, що живить привід апарату (синхронний двигун). В якості такого джерела частоти застосовується біметалічний камертон. Практично, врахуванням всіх дестабілізуючих факторів, досягається стабільність частоти порядку 5·10-6 .
При мережевій синхронізації передбачається живлення синхронних двигунів від мережі перемінного струму єдиної енергосистеми. В цьому випадку допустимі відхилення частоти мережі від номінальної будуть однаково позначатися на швидкості обертання передавального і прийомного апаратів, тому що число оборотів двигуна n міняється залежно від частоти мережі. Однак при мережевій синхронізації можливі миттєві відхилення (поштовхи) швидкості в моменти різких змін характеру і величини навантаження мережі. У зв'язку з тим, що такі поштовхи відбуваються відносно рідко, коливання не завдають помітного впливу на якість прийнятих документів.
У випадку примусової синхронізації, приводи передавального і прийомного апаратів живляться від одного загального джерела синхрочастоти чи від самостійних генераторів, що працюють у режимі затягування частоти одного генератора частотою іншого. У першому випадку в канал зв'язку посилається частота генератора синхрочастоти (як правило з передавальної станції), що на прийомної станції підсилюється і живить синхронний двигун. В другому випадку частота генератора прийомної станції затягується синхрочастотою, що приходить з іншої станції.
Однією з умов спільної роботи факсимільних апаратів є фазування (синфазне переміщення) елементів розгортки, що досягається фазуючими пристроями. Фазуючі пристрою забезпечують сполучення початкових моментів розгортки перед передачею і прийомом зображення.
У факсимільній апаратурі застосовуються автоматичний, напівавтоматичний і ручний способи фазування.
3. Складання технічного завдання.
ФЕП, що буде спроектовано призначений для роботи в факсимільному апараті для передачі чорно-білих зображень на папері формату А4. Це будуть в основному графіки та текст.
Тривалість часу, протягом якого на фотодатчик потрапляють відбиті від світлих ділянок промені набагато перевищує тривалість часу, протягом якого на фотодатчик потрапляє світло від чорних штрихів. Вхідним сигналом для ФЕП служить модульований потік світла, джерелом якого є стабілізована лампа розжарювання.
Оцінимо мінімальну тривалість імпульсу факсимільного сигналу.
Роздільна здатність при передачі сторінки А4 (210х297 мм) повинна становити не менше 4 ліній/мм. Це означає необхідність передачі сигналу від штриха шириною ½ * ¼ = 1/8 мм ~ 0,1 мм.
Швидкість розгортки апарату становить 480 рядків/хвилину, при кроці розгортки 0,2 мм/рядок. На прочитання одного рядка припадає 60/480 = 1/8 = 0,125 сек.
При довжині рядка 210 мм і ширині штриха, від якого треба отримати надійний факсимільний імпульс, мінімальна тривалість такого імпульсу становить:
Для того щоб спектр імпульсу відповідав смузі пропускання, необхідно, щоб фронти відеоімпульсу складали не більше половини його тривалості.
З цієї оцінки випливає вимога щодо частотної смуги ФЕП. Вона слідує із теореми Котельникова:
Функція часу з обмеженим спектром повністю визначається своїми значеннями (відліками), взятими через інтервал часу
(1)
(2)
де — гранична частота спектру функції, яку треба передати без спотворень.
Прийнявши за Δt допустиму тривалість фронту відеоімпульсу, отримаємо верхнє значення граничної смуги підсилювача:
Отриманий частотний спектр факс-сигналу від Fmin= 0 Гц до Fmax = 17 кГц дозволяє застосовувати в якості фотодатчика кремнієві або германієві фотодіоди чи фототранзистори в будь-якому з режимів: фотогальванічному, чи фотодіодному.
Питання про фото чутливість діода не є критичним при роботі в факсимільному апараті, оскільки там є достатньо потужне джерело освітлення.
Оскільки гранична частота модуляції світлового потоку, яка ще сприймається звичайними фотодіодами становить близько 100 кГц, то часові параметри фотодіода також не мають в ФЕП факсимільних апаратів суттєвого значення:
Ділянки білого паперу з текстом у вигляді темних штрихів мають фотометричне альбедо (А):
· чисті ділянки (Аб≈0,8) дають потік відбитого світла Фб = 0,8Фпад
де Фпад — потік падаючого на папір пучка променів.
· Зафарбовані або забруднені ділянки мають альбедо Ат = 0,1-0,5
Відповідно потік відбитого світла буде змінюватися від 0,1Фпад до 0,5Фпад
Максимальна глибина модуляції світлового потоку на вході фотодатчика
Для факсимільних апаратів даного класу не має потреби передавати на папері градації сірого кольору. Тобто вихідний сигнал матиме тільки дві градації "чорне" і "біле". Таким чином підсилювач може працювати в режимах відсічки та насичення.
На рис. 1 зображено типову часову залежність фотоелектричного сигналу, сформованого фотодатчиком.
Рис. 1. Характер фотоелектричних сигналів факсимільного апарату.
Ми маємо справу із підсиленням імпульсних сигналів, тривалість, частота повторення і амплітуда яких змінюється за статистичними (випадковими) законами.
Підсилений сигнал із ФЕП поступає в пристрій обробки і перетворення сигналу:
- Активний опір навантаження невеликий, менше 100 ом.
- Вхідна ємність навантаження Сн = 10пф
- Амплітуда сигналу з ФЕП, яка потрібна на вході пристрою обробки Uвих = Uвх (навант.) = 3В
- Робоча смуга частот підсилювача від ~100 Гц до 17 кГц. (Для підсилення постійної складової сигналу немає потреби).
- Напруга джерела живлення Е = 12В
- Діапазон робочих температур від +5о С до +45о С (кімнатні умови)
Всі інші параметри, включаючи принципову електричну схему із номіналами елементів треба розрахувати.
3.1. Вибір фотоелектричного датчика і схеми його живлення. Проектування першого каскаду.
Згідно з [1], потрібно вибрати фотодіод або фототранзистор, які мають . За робочою напругою нам підходить фототранзистор ФТ-2Г. Він має:
- Діапазон спектральної характеристики: , що перекриває 95% енергетичного спектру випромінювання ламп розжарювання;
- Площа фоточутливого елементу становить 1 мм2;
- Темновий струм
- Інтегральна струмова чутливість
- Імпульсна стала часу
Фототранзистори відрізняються від фотодіода додатковим підсиленням фотоструму на емітерному p-n переході. Фототранзистори можуть працювати як фотодіоди (режим з плаваючою базою) так і в транзисторному режимі з джерелом зміщення в колі бази.
Характеристика вибраного транзистора показана на рис.2.
Рис. 2. Вольт-амперна характеристика фототранзистора ФТ-2Г при різних освітленностях.
Його найбільша розсіювана потужність Pmax = 50 мВт, Iкmax = 10мА, Uкеmax = 30 В.
На характеристиці, згідно із довідковими даними будуємо робочу зону фототранзистора. Після цього будуємо лінію навантаження транзистора, яка має проходити через точки А (UКЕ = Ек =12 В; Ік = 0) і В (UКЕ = 0; )
Рівняння лінії навантаження ;
Для отримання більшого підсилення по напрузі слід вибрати більше значення опору навантаження Rк, а щоб отримати більше підсилення по силі струму треба навпаки, зменшувати даний опір.
Страницы: 1, 2, 3, 4
