ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Российский патент 1999 года по МПК G01B7/32 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для автоматизации графоаналитических операций при исследовании криволинейных плоских фигур.

Известно устройство для деления площадей криволинейных плоских фигур по А.С. СССР N 514190, G 01 B 19/26, 1973, которое содержит узел преобразования криволинейной функции контура в электрический сигнал, приспособление для съема сигнала и схему измерения, причем узел преобразования выполнен в виде изоляционной пластины с нанесенным на ее поверхность зигзагообразным высокоомным проводником в виде секций, например, U-образной формы и крышки с прямолинейными выступами из электроизоляционного материала, параллельными линиям зигзага и расположенными таким образом, что в результате прижатия крышки к пластине каждый из выступов контактирует с соседней парой линий зигзага; приспособление для съема сигнала выполнено в виде подвижного контакта, контактирующего с изгибами проводника, а схема измерений выполнена в виде измерителя соотношения сопротивлений участков проводника, которые разделены подвижным контактом.

Недостатки этого устройства состоят в его сложности и недостаточной надежности как ввиду необходимости обеспечения точного геометрического сопряжения выступов крышки с каждой смежной парой параллельных электроповодящих ветвей, принадлежащих соседним U-образным секциям высокоомного проводника на изоляционной пластине, так и ввиду нестабильности величины сопротивления коммутирующих отрезков, наносимых оператором на выступы крышки в соответствии с задаваемой криволинейной фигурой.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и обеспечиваемым возможностям является функциональный реостатный преобразователь, защищенный А.С. СССР N 603839, G 01 B 7/32, 1976.

Этот преобразователь, принятый в качестве прототипа предлагаемого устройства, содержит изоляционную пластину и размещенные на ее поверхности высокоомные проводники, образующие параллельно расположенные секции, например, U-образные, подвижный токосъемник и коммутирующие элементы, наносимые в виде полос электропроводящим веществом, соединяющим ветви соседних U-образных секций, изоляционная пластина выполнена с расположенными в зоне соединения секций выступами, на каждом из которых размещены соединяемые ветви соседних секций.

Несмотря на свою относительную структурную простоту, указанный прототип не обеспечивает требуемой надежности функционирования и стабильности выдаваемых результатов в связи со значительными колебаниями суммарного сопротивления коммутирующих элементов, наносимых оператором с помощью электропроводящего вещества.

В рассматриваемой связи предлагаемый к патентованию функциональный преобразователь обеспечивает устранение всех ограничений и недостатков, присущих базовому объекту-прототипу.

Повышенные надежность, разрешающая способность заявляемого устройства и достоверность результатов проводимых с его помощью графоаналитических операций достигаются тем, что в устройстве, содержащем изоляционного основание, размещенные на нем высокоомные проводники, образующие параллельно расположенные U-образные секции, подвижный токосъемник для контактирования с изгибами U-образных секций и электропроводящие коммутирующие элементы для соединения ветвей соседних секций высокоомного проводника, в указанном устройстве изоляционное основание выполнено в виде сквозной решетки составленной прямоугольной рамой и закрепленной в ней группой параллельно и равноинтервально расположенных изоляционных стержней T-образного сечения (профиля), к внешней поверхности расширенной части каждого из которых прикреплена отдельная U-образная секция высокоомного проводника, а электропроводящие коммутирующие элементы выполнены в виде предназначенных для соединения смежных ветвей соседних U-образных секций высокоомного проводника подвижных узлов, составленных каждый диэлектрической кареткой, имеющей расширенное основание с расположенным в середине его верхней части направляющим выступом для продольного скользящего перемещения в суженной части зазора между соседними изоляционными стержнями T-обраного сечения, причем по обе стороны от направляющего выступа диэлектрической каретки на ней закреплены своей средней частью две дугообразные, обращенные своими симметрично расположенными выпуклостями кверху (наружу), ленточные пружины, предназначенные для скользящего упругого контактирования с плоскими полосами (площадками), образуемыми в местах ступенчатого изменения ширины зазора между соседними изоляционными стержнями T-образного сечения, а к направляющему выступу диэлектрической каретки прикреплен круглый стержень, на который посажена с возможностью вращения вокруг своей оси конусная ручка, снабженная прижимной электроконтактной перемычкой.

На прилагаемом чертеже представлены: общий вид (конструкция) устройства для выполнения графоаналитических расчетных операций - фиг. 1; конструкция входящего в устройство функционального реостатного преобразователя для оперативной искусственной аппроксимации графических кривых приближенными функциями - фиг. 2; конструкция подвижного узла функционального реостатного преобразователя - фиг. 3; электрическая схема соединения элементов и цепей описываемого устройства - фиг. 4.

Как видно из чертежа (фиг. 2), входящий в устройство функциональный реостатный преобразователь содержит изоляционное жесткое основание в виде сквозной решетки, составленной прямоугольной рамой 1 и закрепленной в ней совокупностью параллельно и равноинтервально расположенных изоляционных стержней 2, имеющих T-образный профиль (поперечное сечение).

К внешней поверхности расширенной части каждого из изоляционных стержней 2 прикреплена отдельная U-образная секция 3, выполненная из высокоомного проводника. Между каждой парой соседствующих изоляционных стержней 2 расположен подвижный узел 4 (см. фиг. 3 и фиг. 2). Узлы 4 составлены каждый диэлектрической кареткой 5, имеющей расширенное плоское основание с расположенным в середине его верхней части направляющим выступом 6, предназначенным для продольного скользящего перемещения в суженной части зазора между соседними изоляционными стержнями 2.

По обе стороны от направляющего выступа 6 на диэлектрической каретке 5 закреплены своей средней частью две дугообразные ленточные пружины 7, каждая из которых имеет пару симметрично расположенных выпуклостей, обращенных кверху. Ленточные пружины 7 предназначены для скользящего упругого контактирования с плоскими полосами (площадками) изоляционных стержней 2, образуемыми в местах ступенчатого изменения ширины зазора между соседними изоляционными стержнями 2.

К направляющему выступу 6 диэлектрической каретки 5 прикреплен круглый стержень, на который посажена с возможностью вращения вокруг своей оси конусная ручка 8, снабженная у основания электроконтактной перемычкой 9.

Одни и те же элементы устройства в целях облегчения их отслеживания на всех фигурах чертежа (фиг. 1, 2, 3, 4) обозначены идентичными цифровыми индексами.

Внешние поверхности расширенных частей всей совокупности изоляционных стержней 2 с прикрепленными к ним отдельными U-образными высокоомными секциями 3 и расположенными между соседними секциями 3 передвижными электроконтактными перемычками 9 образуют операционное поле функционального реостатного преобразователя, обеспечивающее наряду с возможностью оперативной аппроксимации функциональных зависимостей графическое определение интегралов аппроксимируемых функций, а также деление исследуемых криволинейных фигур на равновеликие или находящиеся в задаваемых отношениях по площадям части.

Весь выбор высокоомных секций 3 обращен своими изгибами к подвижному контакту 10, который может плавно перемещаться вдоль кромки операционного поля, соприкасаясь с изгибами U-образных секций 3 (фиг. 1, 2, 4).

Вместе с упомянутыми элементами устройство включает в себя также схему для измерения соотношений между величинами сопротивлений тех частей высокоомных U-образных секций 3 операционного поля, которые скоммутированы между собой элементами 10. Эта измерительная схема наряду с U-образными секциями 3, подвижными элементами 9 и скользящим контактом 10 содержит также измерительный линейный потенциометр 11, нуль-индикатор 12 и источник питания 13.

Подвижный контакт 10 и движок потенциометра 11 имеют стрелочные указатели, которые могут взаимонезависимо перемещаться вдоль обеих кромок двухмасштабной линейки 14.

Подвижный контакт 10 и движок потенциометра 11 вместе с функциями переменных токосъемных элементов совмещают также функции задающих и индикаторно-расшифровывающих элементов, которые взаимодействуют с двухсторонней масштабной линейкой 14.

Как видно из электрической схемы соединения частей описываемого устройства (фиг. 4), крайне расположенные высокоомные токопроводящие секции 3 и концы линейного измерительного потенциометра 11 параллельно подключены к источнику питания 13, а между подвижным контактом 10 и движком линейного потенциометра 11 включен стрелочный нуль-индикатор 12 (фиг. 1, 4).

Устройство функционирует следующим образом.

При необходимости выполнения делительной операции, когда имеющуюся исходную кривостороннюю плоскую фигуру (трапецию, треугольник) требуется разделить в соответствии с задаваемым отношением для площадей производных фигур, то есть для частей разделенной исходной фигуры - движок потенциометра 11 с помощью шкалы, нанесенной у соответствующей кромки масштабной линейки 14, устанавливается в положение, отвечающее соотношению, которому после деления исходной фигуры должны удовлетворять площади ее частей.

Затем на операционное поле функционального реостатного преобразователя с расположенной на поверхностях его изоляционных стержней 2 совокупностью высокоомных U-образных секций 3 наносится криволинейная сторона подлежащей делению фигуры (или кривая задаваемой функции), что выполняется соответствующим перемещением диэлектрических кареток 5 и элементов 9 с помощью связанных с ними конусных ручек 8.

При этом передвижные электроконтактные перемычки 9 соединяют между собой (коммутируют) раздельные U-образные секции 3, замыкая их соседствующие параллельно ветви, расположенные на смежных изоляционных стержнях 2.

Кривая задаваемой функциональной зависимости или криволинейная сторона оперируемой плоской фигуры может воспроизводиться на рабочей поверхности функционального преобразователя соответствующим перемещением электроконтактных перемычек 9 подвижных узлов 4 с помощью ручек 8 как непосредственным выставлением этих ручек в определенные положения, так и выставлением позиций элементов 8 с помощью графика или шаблона с изображением заданной фигуры или функции.

Результирующее омическое сопротивление всех частей U-образных секций 3, сочлененных между собой на различных уровнях передвижными электроподводящими перемычками 9, воспроизводящими криволинейную сторону оперируемой фигуры, как и электрическое сопротивление частей цепи, составленной сочлененными секциями 3 и разделенной скользящим (передвижным) контактом 10, будет при этом пропорциональным соответственно всей площади оперируемой фигуры и площадям ее разделенных частей.

В процессе деления исследуемой кривосторонней плоской фигуры подвижный контакт 10 перемещают до положения, при котором стрелка индикаторного прибора 12 установится на нуле. При этом операция деления является завершенной.

Абсциссы двух полученных в результате деления исходной трапеции новых производных фигур, т.е. высоты вновь полученных криволинейных трапеций определяются непосредственно по верхней шкале масштабной линейки 14 как отрезки этой шкалы, разделяемые найденным в результате деления конечным положением подвижного контакта 10.

Для решения обратных задач, когда необходимо определить какую долю от общей площади исходной единой фигуры составляет площадь заданной части этой фигуры или при необходимости определения соотношения площадей заданных частей общей кривосторонней плоской фигуры, порядок выполняемых операций должен быть следующим.

После установления электроконтактных элементов (перемычек) 9 и положения, соответствующие отображению на операционном поле криволинейной стороны исходной плоской фигуры, подвижный контакт 10 устанавливают в позицию, при которой исходная кривосторонняя фигура делится на две требуемых производных фигуры, отношение высот которых обычно задается для определения положения подвижного контакта 10 по верхней шкале двухмасштабной линейки 14.

Перемещая затем движок измерительного линейного потенциометра 11 до положения, при котором показания стрелочного индикатора 12 обратятся в нуль, по нижней шкале масштабной линейки 14 считывают показание, отвечающее искомому соотношению площадей разделенных частей исходной кривосторонней фигуры.

Как показала практика эксплуатации заявляемого устройства, им обеспечивается эффективное устранение всех ограничений и недостатков, присущих базовому объекту-прототипу, что позволило вместе с резким суждением разбросов получаемых результатов контроля достичь повышенной надежности функционирования заявляемого устройства при увеличенной стабильности, достоверности и разрешающей способности выдаваемых устройством результатов проводимых с его помощью графоаналитических операций и исследований.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации графоаналитических операций при исследовании криволинейных плоских фигур. Изоляционное основание преобразователя выполнено в виде сквозной решетки, составленной прямоугольной рамой и закрепленной в ней совокупностью параллельных равноинтервально расположенных изоляционных стержней Т-образного профиля. К внешней поверхности расширенной части каждого стержня прикреплена отдельная U-образная секция из высокоомного проводника. Электропроводящие коммутирующие элементы выполнены в виде подвижных узлов, составленных каждый диэлектрический кареткой, имеющей расширенное основание с расположенным в середине его верхней части направляющим выступом для продольного перемещения в суженной части зазора между соседними стержнями. По обе стороны направляющего выступа каретки на ней закреплены две дугообразные ленточные пружины. К направляющему выступу каретки прикреплена с возможностью вращения вокруг своей оси конусная ручка, снабженная электроконтактной прижимной перемычкой. Устройство обладает повышенной надежностью и разрешающей способностью и позволяет повысить достоверность результатов проводимых операций. 4 ил.

Функциональный преобразователь для выполнения графоаналитических операций, содержащий изоляционное основание, размещенные на нем высокоомные проводники, образующие параллельно расположенные U-образные секции, подвижной токосъемник для контактирования с изгибами U-образных секций и электропроводящие коммутирующие элементы для соединения ветвей соседних секций высокоомного проводника, отличающийся тем, что изоляционное основание выполнено в виде сквозной решетки, составленной прямоугольной рамой и закрепленной в ней группой параллельно и равноинтервально расположенных изоляционных стержней Т-образного сечения (профиля), к внешней поверхности расширенной части каждого из которых прикреплена отдельная U-образная секция высокоомного проводника, а электропроводящие коммутирующие элементы выполнены в виде предназначенных для соединения смежных ветвей соседних U-образных секций высокоомного проводника подвижных узлов, составленных каждый диэлектрической кареткой, имеющей расширенное основание с расположенным в середине его верхней части направляющим выступом для продольного скользящего перемещения в суженной части зазора между соседними изоляционными стержнями Т-образного сечения, причем по обе стороны от направляющего выступа диэлектрической каретки на ней закреплены своей средней частью две дугообразные, обращенные своими симметрично расположенными выпуклостями кверху, ленточные пружины, предназначенные для скользящего упругого контактирования с плоскими полосами (площадками), образуемыми в местах ступенчатого изменения ширины зазора между соседними изоляционными стержнями Т-образного сечения, а к направляющему выступу диэлектрической каретки прикреплен круглый стержень, на который посажена с возможностью вращения вокруг своей оси конусная ручка, снабженная у основания прижимной электроконтактной перемычкой.