Электромеханическое устройство для умножения на синусно-косинусные функции Советский патент 1985 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислитель ным устройствам, предназначено для одновременного синхронного умножения произвольного сигнала, заданного, например, в виде электрического напряжения, на полигармонические функции Sin п CJ t и Cos ncdt и может применяться в аппаратуре гармоничес кого анализа для исследования частотных характеристик различных объе тов активньп-1 способом, в частности при определении нестационарных аэро динамических характеристик перспективньк летательных аппаратов методом вынужденных колебаний. Известно электромеханическое устройство для умножения на гармонические функции, содержащее дифференциальные мосты, образованные тензорезистйрами, размещенными на упругих элементах, деформируемых кривошипно-шатунным механизмом по синусно-косинусным законам lj . Недостатком устройства является неприспособленность для одновременного умножения сигналов на полигармонические синусно-косинусные функции. Для этого приходится объединят в единую систему целый ряд отдельны моногармонических устройств для ум ножения, осуществляя механическую связь между ними с помощью соответствующих редукторов, которые за счет присущих им люфтов вносят существенные погрешности в работу такого комплекса, при этом очевидна его громоздкость. Наиболее близким к изобретению является устройство для умножения на синусно-косинусные функции, содержащее первый, второй, третий и четвертый тензорезисторы, включенные в плечи первого перемножающего моста, пятый, шестой, седьмой и восьмой тензорезисторы, включенные в плечи второго перемножающего моста, входные диагонали первого и вто рого перемножающих мостов подключены к выходам источника электрическо го сигнала-сомножителя, выходные диагонали первого и второго перемно жающих мостов являются соответствен но первым и вторым выходами устройства, первую и вторую упругие пластины, один конец каждой из которых закреплен консольно, вторая упругая пластина расположена под углом 90° относительно первой упругой пластины, первый и второй перемножающие мосты размещены соответственно на первой и второй упругих пластинах, эксцентриковый механизм, другие концы первой и второй упругих пластин механически связаны через толкатели с эксцентриком эксцентрикового механизма, ось вращения которого является входом устройства, первая и вторая упругие пластины расположены в Продольном направлении относительно оси вращения эксцентрикового механизма z. Недостатки известного устройства - низкая точность функционирования при умножении электрического сигнала-сомножителя на полигармонические функции синуса и косинуса, т.е. высших гармоник, поскольку для этого требуется создавать набор однотипных разработок с редуцированием взаимной механической связи посредством повышающих редукторов, люфты, в которых приводят к фазовым рассогласованиям между множительными трактами отдельных гармоник. Такой конструкции, к тому же, присущи большие габариты, что не позволяет создавать на ее основе внутримодепьную аппаратуру гармонического анализа, потребность в которой возникает при указанных исследованиях, где для уменьшения паразитного затенения рабочей части аэродинамической трубы особое внимание уделяется вопросами компактности. Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства при выполнении одновременного умножения на полигармонические синусно-косинусные функции. Поставленная цель достигается тем, что в электромеханическом устройстве для умножения на синуснокосинусные функции, содержащем основание, приводной механизм, ось вращения которого является входом задания угловой скорости устройства, в продольном направлении относительно оси вращения приводного механизма расположены упругие пластины, на каждой из которых размещено по четы ре тензорезистора, дифференциально включенных в плечи соответствующего перемножающего моста, количество которых равно удвоенному числу гармоник, входные диагонали перемножа3кяцих мостов подключены к выходам источника электрического сигнала:сомножителя, а выходные их диагонали являются соответствующими выходами устройства, кулачковый модулирующий узел и толкатели, жестко связанные с подвижными концами соот ветствующих упругих пластин, неподвижные концы которьк закреплены кон сольно на приливе одной из сторон основания со сдвигом на угол, соответствующий синусной и косинусной гармонике, кулачковьй модулирующий узел выполнен в виде многопазаового кулачка, количество и форма концент рических пазов которого соответству ет числу умножаемых гармоник, приче толкатели выполнены в виде цилиндри ческих стержней, которые расположены в соответствую1цих радиальных направляющих прорезях, выполненных в приливе другой стороны основания со сдвигом на угол, соответствующий углу сдвига упругих пластин, а концы цилиндрических стержней расположены в соответствующих пазах многопазового кулачка. На фиг. 1 представлено электромеханическое устройство для умножения на синусно-косинусные функции, общий вид; на фиг. 2 - многопазовый кулачок с замкнутыми пазами в виде гармонических зависимостей первых трех гармоник ( 11 1-3); на фиг.З электрическая схема отдельного моно гармонического канала. Предлагаемое устройство содержит основание 1, в шарнирных опорах которого установлена ось 2 вращения приводного механизма 3, упругие пластины 4, кулачковый модулирую ций узел, вьтолненный в виде многопазоБого кулачКа 5, толкатели 6, тензорезисторы 7, перемножакицие мосты 8 и 9 соответственно синусного и косинусного тракта, источник 10 электрического сигнала-сомножителя, при лив 1 1 одной стороны основания 1, прилив 12 другой стороны основания 1, в котором вьтолнены радиальные направлякяцие прорезы 13, в которых расположены толкатели 6, вьтолненйые в виде цилиндрических стержней, концы которых расположены в соответ ствукицих пазах 4 многопазового кулачка 5. Электромеханическое устройство для умножения на синусно-косинусные 0Л функции состоит из механической и электрической частей. Механическая часть, показанная на фиг. 1 и 2, размещена на основании 1. Электрическая часть устройства (фиг. 3) состоит из идентичных пар перемножающих мостов 8 и 9 в каждом моногармоническом канале умножения, имеющем синусньй и косинусный тракты, т.е. общее количество перемножающих мостов вдвое превьппает число гармоник п. На каждой из упругих пластин 4 размещено по четьцэе тензорезистора 7 (), причем попарно на обеих сторонах. Ось 2 вращения приводного механизма 3 является входом задания угловой скорости устройства. Тензорезисторы 7, размещенные на одной упругой пластине 4, дифференциально включены в плечи отдельного перемножающего моста. Вхбдные диагонали перемножаю1Щ1х мостов подключены к выходам источника 10 злектрического сигнала-сомножителя, например, в виде напряжения U(t), а выходные их диагонали являются соответствующими выходами устройства. Упругие пластины 4 перемножающих мостов косинусного тракта 9 всех полигармонических каналов умножения расположены вдоль одной диаметраль ной линии кулачка 5, а упругие пластины 4 перемножающих мостов синусного тракта сдвинуты по отношению к ним в канале каждой отдельной гармоники на угол (2к-1) (где к 1,2,... fп , п - номер гармоники). На фиг. 1 для упрощения представления изображено устройство для умножения на гармонические синусно-косннусные функции первых трех гармоник (), где указанные углы выбраны равными в каналах первой (ri 1) и третьей () гармоник 90, а в анале второй () гармоники 5°, причем такое расположение пругих пластин пригодно для множения на функции с друглм номеом гармоники, например при ц 5,6, и to (при наличии на кулачке 5 азов 14 с соответствующими ) . . Модулирукиций узел (фиг. 1) выполен в виде кулачка 5 с концентричныи пазами 14, профили которых соотетствуют полигармоническим функцим в полярных координатах, начапо

которых совпадает с центром диска, лежавщм на оси его вращения, причем прецизионное выполнение такого узла не представляет трудностей, принимая во внимание современные достижения порошковой металлургии.

При вращении оси 2 приводного механизма 3 с угловой скоростью за счет сочленения пазов 14 кулачка 5 со стёржня «1 осуществляется деформация упругих пластин 4 по определеннм гармоническим законам, что приводит к пропорцирнальн№ изменениям приращений сопротивлений размещенных на них тензорезисторов 7, например вкпюченньк в длёчи с мостов 8 - R((t) R(,± А R Sin nut, мостов 9 - R,(t) Кд t Д R cos nojt, где Rp - сопротивление тензорезисторов, когда упругая пластина находится в иедвфо)мированном состоянии

AR sin nwt, л R cos neit - измене1ШЯ сопротивлений этих тензорёзисторов.

Согласно известной теории в мостах 8 и 9 реализуется свойство четырехплечных мостов производить умножение электрического сигнала во входной диагонали т.е. ), на функцию изменения сопротивлений плеч, в результате чего с их выходных диагоналей сниьшем электрические сигналы, пропорциональные в мостах 8 U(t) sin not, в мостах 9 - U(t) cos not.

Таким образом, при непрерывном вращении оси 2 приводного механизма 3 с угловой скоростью на соответСТВУК1ЩИХ выходах устройства одновременно получаем электрические синуснокосинусные сигналы требуемого гармонического спектра, зависящего от набора пазов 14 с требуемьпда профилями соответствующими полигармоническим функциям любого порядка, которым свойственен высокий уровень синхронности по фазе между отдельными каналa 0f умножения, а также сдвига по фазе на 90 между трактами одного и того же канала умножения.

Предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ.:.

базирование на тензометрических элементах, вцделяюеонхся высокой вибродинамической надежностью работы;

насщонапьное согласование с экс- периментальнЕлм измерительным коктлексом;

отсутствие необходимости какихлибо перестроек конструкции при одно временном умножении исследуемого сигнала на полигармоническне функции;

сравнительную простоту устройства из-за построения на доступных элементах, а отсюда и малую стоимость;

несложность настройки и т.д.

В целом габариты устройства сравнительно незначительны при комплексе решаемых задач, что сообщает конструк1ЩИ компактность,позволяющую создавать на ее базе внутримодельную аппаратуру гармонического ангшиза,что особенно ценно для экспериментальных исследований нестационарных характеристик перспективных летательных аппаратов путем продувок их моделей в аэродинамических трубах методом вынуяздепиых колебаний.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Д31Я УМНСМКЕШЯ НА СИНУСНО-КОСИНУСНМЕ ФУНКЦИИ, содержащее основание, приводной механизм, ось вращения которого является входом задания угловой скорости устройства, в продольном направлении относитель но оси вращения приводного механизма расположены упругие пластины,на казвдрй иэ которых размещено по четыре тензорезистора, дифференциально включвнньк в соответствующего перемножанцего моста количество которЫх равно удвоеннс у числу гармоtanc входные диагонали перемножаюцих мостов подключены к выходам источ1шка электрического сигнала-сомножителя, а выходные их диагонали являются соответствующими выходами устройства, кулачковый модулирующий узел и толкатели, жесткр связанные с подвижными концами соответствуюB№t упругих пластин, неподвижные концы которых закреплены консольно на приливе одной из сторон основания со сдвигом на угол, соответствумвщй синусной н кбсинусной гармонике, отличающееся Тем, что, с целью уменьшения габаритов при выполнении одновременного умно-, жения на полигармонические функции, в нем кулачковый модулирующий узел в Л1олнен в виде многопазового кулач(Л ка, количество и форма концентричесс ких пазов которого соответствуют числу умножаемых гармоник, причем толкатели выполнены в виде цилиндричес- . ких стержней, которые располсшсены в соответствуиврпс радиальных направляющих прорезях, вьшолненных в при4 UD ливе другой стороны основания со сдвигом на угол, соответствующий to углу сдвига упругих пластин, а концы цилиндрических стержней располо00 жены в соответствующих пазах многопазового кулачка.

fPt/z.f