Фотоэлектрический коррелятор Советский патент 1984 года по МПК G06G7/19 

f Изобретение отпоснтся к аналого вым элсктромехакическкм вычислительиьм устройствам и предназначен для использопання в обласлч исследонаяия случайных процессов, в час ности при их корреляционном анализ при изучении колебаний различных механических С1 стемэ например вибраций авиационных двигателей. Известно устройство анализа слу чайных процессов5 содержащее корпу внутри которого установлен на прухш нах инерционный элемент, внутри которого на двух взаимно перпенд.ику™ лярных осях размещены четыре линзы а общем фокусе которых укреплен осветитель, на оптических осях линз помещены соотзетствуюише фоторезисторы, которые подключены попарно и соответственно в Почечи преобразующего и перемножающего мостов; причем выход преобразующего моста чере блок задержки подключен к входу пеpeMHOJKajouiero моста, выход которого соединен с индикатором, при этом в коррелятор введен жестко связанный с корпусом светоненрон1П1.аемый полый цилиндр, размещенный мелду линзами и фоторезисторами, закрепленными на внешней части инерционного элемента, светонепроницаемый полый цилиндр имеет на боковой поверхности окна, причем па калодой паре противоположно расположенных окон 1-п- жняя кромка одного окнл совмещена, с соответствующей оптической осью, с которой совмещена верхняя кромка второго окна СПНедостатками этого устройства являются: сравнитапьная сложность конструкции блока чувствительных элементов, что вносит ошибки при изготовлении как отдельных узлов, так и при их взаимном моятаже; низкая надежность работы; ввиду наличия осветителя, неустойчивого к вибродинамическим условиям; проявление погрешностей измерений из-за температурного воздействия осветителя на фоторезисторы, находящиеся в относительно близком пространстве ном сопряжении; погрещности при настройке из-за сложности юстировки (оптической фокусировки) четырех оптозлектронных трактов, располагаюприхся взаимно перпендикулярно относительно .п.ентрл осветителя; низки уровень регупировочной способности 42 по причине ограниченной возможности использования одной и той же кокструкти.вной разновидности для исследований механических колебаний с широким с:пектром измеряемых параметров, например, как по величине перемеш,ения J так и по рабочему частотному диапазону, к тому же связанной с необходимостью соответствующей переборки механической части в каждом конкретном случае для задания оптимальных динамических свойств, что нерентабельно, а также сопряжено с определенными неточностями и т.д. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является фотоэлектрический коррелятор, которьш содержит корпус, внутри которого на пруйшнах установлен инерционный элемент, неСУ1Щ-1Й осветитель, которьш через жестко связанный с корпусом модулятор света оптически связан с соответствуЮЕЦИмк четырьмя фоторезисторами, включенными попарно в смежные плечи преобразующего и перемножающего мостов, в др;/гие плечи которых включены токозадающие резисторы, причем входная диагональ преобразующего моста подключена к источнику постоянного напряжения,, а вьЕ одная - через блок задержки связана со входной диагональю перемножающего моста, выходная диагональ которого соединена с индикатором. Инерционный элемент в нем выполнен тонкостеннЬЕУГ и имеет внутреннюю полость, заполненнзто жидкостью, входной и выходной трубопроводы, расположенные по общему диаметру, в корпусе коррапятора выполнены соответствующие отверстия для входного и выходного трубопроводов, в результате устраняется несовершенство его эксплуатационных; свойств. В то же время у него сохраняются недостатки предлествующего фотоэлектрического корре,ляторг, которые существенно снижают точность работы f2i . Цель изобретения - повьшение точности работы фотоэлектрического кор эелятора. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом корреляторе, содержащем корпус, внутри которого на пру.кинах установлен инерционный элемент,, песуи ий осветитель,, в;оторый через жестко связанный с корпусом модулятор света оптически связан с соответствующими четырьмя фоторезисторами, включенными попарно в смежные плечи преобразующего и перемножающего мостов, в другие плечи которых включены токозадаю щие резисторы, причем входная диагональ преобразующего моста подключена к источнику постоянного напряжения, а выходная - через блок задержки свя зана со входной диагональю перемножающего моста, выходная диагональ ко торого соединена с индикатором, одна из боковых поверхностей инерционного элемента выполнена плоской и снабжена Г -образным кронштейном, плоская стенка которого расположена параллельно плоской боковой поверхности инерционного элемента, несущий осветитель выполнен в виде слоя люминофора, размещенного на плоской боковой поверхности инерционного элемента, чувствительные площадки фоторезисторов размещены попарно и соответствен но на плоской стенке Г-образного кронщтейна, модулятор света выполнен в виде плоской непрозрачной шторки, размещенной параллельно несущему осветителю и фоторезисторам и снабженной окном, нижняя и.верхняя хромки которого совмещены с серединами чувствительных площадок соответствую гщих пар фоторезисторов, при этом Г-образный кронштейн размещен между центрирующими направляющими в шторке модулятора света, а несущий осветитель подключен к источнику постоян Л1ого напряжения. На фиг. .1 изображена конструкция блока чувствительных элементов фотоэлектрического коррелятора, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг, 1; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема. Фотоэлектрический коррелятор состоит из механической и электрической частей. Механическая часть (фиг, 1-3) име ет корпус (светонепроницаемый) 1, внутри которого установлен на пружи нах 2 и 3 инерционный элемент 4 с несущим осветителем, в виде слоя 5. из люминофора на плоской боковой поверхности инерционного элемента, четыре фоторезистора 6, укрепленные на станке Г-образного кронштейна инерционного элемента 4, и модулятор све та в виде плоской шторки 7 из непрозрачного материала с поперечным окном, жестко связанной с корпусом 1. Чувствительные площадки фоторезисторов 6 расположены попарно в одной плоскости, параллельной шторке 7 и осветителю 5, образуя совместно с ними светоэлектронные тракты, при этом нижняя и верхняя кромки окна шторки 7 совмещены с серединами пар фоторезисторов 6. Г -образный кронштейн инерционного элемента 4 размещен между центрирующими направляюmjiMH в нижней части шторки 7. Снизу корпус 1 снабжен фланцами для установки на исследуемом объекте. В целом вся система блока чувствительных элементов динамически сбалансирована. Присоединенная доля массы инерционного элемента 4 может варьироваться, например, путем выполнения его полым и заполнения соответствующЕ-1м жидким гравитационным веществом в широком спектре удельного веса (от 0,7 т/м - керосин, до 13,6 т/м ртуть). Электрическая часть (фиг, 4) содержит расположенные в механической части 8 фоторезисторы 6 -( - 6 , включенные попарно и соответственно в смежные плечи двух четьфехплечих дифференциальньк электрических мостов - преобразующего 9 и перемножающего 10, пассивные плечи которых образованы токозадающими резисторами 11 (1 Ц - 114)) причем все однотипные элементы имеют идентичные параметры. Входная диагональ преобразующего моста 9, параллельно с осветителем 5, подключена к источнику 12 постоянного напряжения U. , а выходная диагональ его через блок 13 задержки связана со входной диагональю перемножающего моста 10, выходная диагональ которого соединена с индикатором 14. Фотоэлектрический коррелятор работает следующим образом. Закрепленньй на исследуемом объекте корпус 1, как и связанная с ним шторка 7, колеблется по закону исследуемого входного сигнала X(t). За счет подключения слоя люминофора 5 к источнику 12 постоянного напряжения на стороне инерционного элемента 4, обращенной к фоторезисторам 6-1 образуется плоский осветитель постоянной освещенности. При этом инерционный элемент 4, как и размещенные на стенке его кронштейна фоторезисторы 6 64 соответствую дим подбором упругости пру:1кин 2 и 3, а также массы (т) инерционного элемента остается в стационарном положении, т.е. неподвижным, В результате окном шторки 7 осуществляется модуляция световых потоков, падающих от слоя люминофора 5 на светочувствительные площадки фоторезисторов, что приводит к пропорциональным изменениям величин их сопротивлений, причем дифференциально (противофазно) у фоторезисторов каждого состыкованного вертикального ряда, например:

(t) R + ARfXCt) ,

R«

61-62 R - среднее значение сопротивления фоторезистора (при освещении половины его светочувствительной площадки, т.е. когда X(t) 0;

(t) - изменение приращения сопротивления фоторезистора.

Ввиду того, что преобразующий мост 9, в активные смежные плечи которого включены фоторезисторы 6и б, 5 запитывается постоянным напряжением, на его выходе формируется электрический сигнал, пропорциональный закону исследуемых колебаний X(t).

Этот сигнал подается в блок 13 задерл ки, где претерпевает сдвиг на время f , после чего уже в виде электрического сигнала, пропорционального X(t-f), поступает на вход перемножающего моста 10, осуществляющего, в силу известного свойства четьфехплечих мостов, умножение входного сигнала на функцию изменения сопротивлений активных плеч, 3 данном случае сопротивлений фоторезисторов 63 и 64.

В итогб (Электрический сигнал на выходе моста 10 оказывается кратным произведению прямого и задержанного сигналов, т.е, X(t)X(t -f) , и он поступает на индикатор 14, который сочетает в себе одновременно интегрирующие и регистрирующие функции (например прибор магнитоэлектрической системы), поэтому по нему производится фиксация оценки автокорреляционной функции исследуемых механических колебаний исследуемого объекта

( 1 (с) X(t)X(t-f)dr,

X X

где Т - время интегрирования.

Таким образом, новому техническом присуща высокая точность работы ввиду упрощения конструкции. Облегчается ее выполнение с большей прецизионностью, а также совершенствуется юстировка светоэлектронных трактов, располагаемых односторонне в устройстве.

Предлагаемый фотоэлектрический коррелятор выгодно отличается от известных и обладает следующими преш уществами: рациональным взаимным расположением основных элементов, облегчающим их согласованную настройку; использованием осветителя холодного свечения, что фактически устраняет температурные погрешности измерения; компактностью (малогабаритностью) ввиду оптимальной близост светосопряженных элементов, лежащих в параллельных плоскостях; высокой надежностью действия в вибродинамических условиях, в основном за счет устойчивого к ним осветителя и т.д.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий корпус, внутри которого на пружинах установлен инерционный элемент, несущий осветитель, который через жестко связанный с корпусом модулятор света оптически связан с соответствующими четырьмя фоторезисторами, включенными попарно в Смежные плечи преобразующего и перемножающего мостов, в другие плечи которых включены токозадающие резисторы, причем входная диагональ преобразующего моста подключена к источнику постоянного напряжения, а выходная - через блок задержки связана со входной диагональю перемножающего моста, выходная диагональ которого соединена с индикатором, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, одна из боковых поверхностей инерционного элемента выполнена плоской и снабжена Г -образным кронштейном, плоская стенка которого расположена параллельно плос- . кой боковой поверхности инерционного элемента, несущий осветитель выполнен в виде слоя люминофора, размещенного на плоской боковой поверхности инерционного элемента, чувствительные площадки фоторезисторов размещены попарно и соответственно наплоской стенке Г-образного кронщтейна, модулятор света (Л выполнен в виде плоской непрозрачной щторки, размещенной параллельно несущему осветителю и фоторезисторам и снабженной окном, нижняя и верхняя кромки которого совмещены с серединами чувствительных площадок соответствующих пар фоторезиссо торов, при этом Г-образный кронщГчЭ О1 тейн размещен между центрирующими направляющими в шторке модулятора ю света, а несущий осветитель подключен к источнику постоянного напряжения .