Двухгармоничный анализатор Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

(Л

со

СП

во 11, механический модулятор 12 в виде цилиндрического эксцентрика, осветители 13,14, оптический конденсатор 15, отдельный синусный мост 16, две пары синусно-косинусных перемножающих мостов 17,18 и 19,20 соответственно, электрический модулятор 21, две пары коллекторных колец 22, 23 и 24, 25 соответственно, две пары неподвижных токоподводов 26, 27 и 28,29 соответственно ДГА имеет высокую точность анализа. 4 ил.

Изобретение предназначено, в частности, для анализа гармоник вынужденных колебаний, как правило, располагающихся в инфранизкочастот- ном диапазоне. Двухгармоничный анализатор (ДГА) содержит задатчик 1 вынужденных колебаний, преобразователь 2 нагрузок, тензоусилитель 3, аттенюатор 4, сумматор 5, источник 6 переменного напряжения, интеграторы 7-10, регистрирующее устройст

.1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначен для анализа первой и второй гармоник вынужденных колебаний, как пра- вило, располагающихся в инфранизко- частотном диапазоне, различных механических объектов преимзгщественно при экспериментальных исследованиях нстационарных характеристик (коэффи- циентов вращательных производных) моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом гармонического анализа.

Цель изобретения - повышение точ- ности анализа.

На фиг.Г представлена структурная схема анализатора, на фиг.2 - то же, общий вид; на фиг.З - то же, вид сбоку; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.

Двухгармоничный анализатор содержит задатчик 1 вынужденных колебаний преобразователь 2 нагрузок, тензо- усилитель 3., аттенюатор 4, сумматор .5, источник 6 переменного напряжения интеграторы 7-10, регистрирующее устройство 11, механический модуля- тор 12 в виде цилиндрического эксцентрика, первый 13 и второй 14 осве тители, оптический конденсор 15, отдельный синусный мост 16, две пары перемножающих мостов 17,18 и 19,20, электрический модулятор (смеситель) 21, две пары коллекторных колец 22, 23 и 24,25, две пары неподвижных токоподводов 26, 27 и 28, 29. Механический модулятор 12 жестко сочленен с задатчиком 1 с возможностью вращения относительно одной из образующих цилиндрического эксцентрика. Преобразователь 2 размещается на испытуемом механическом объекте и выполнен, например, в виде тензорезис

е o

5

0

0

5

5

0

торного полумостй, соединенного с входом тензоусилителя 3. Мосты 16- 20 выполнены одинаковыми и каждый из них имеет два фоторезистора, ди4и|)еренциально включенные в активные плечи, и два постоянных резистора в пассивных плечах, Причем подобные элементы имеют идентичные параметры. Вход моста 16 Подключен к источнику 6 переменного напряжения, а его выход соединен с электрическим модулятором 21. Входы мостов 17-20 вместе с входом аттенюатора 4 подключены параллельно выходу тензоусилителя 3, а выходы данных мостов через соответствующие интеграторы 7-10 соединены с регистрирующим устройством 11, причем у первой пары (17,18) и у синусного моста.19 второй пары - непосредственно, а у косинусного моста 20 второй пары - через сумматор 5, связанный первьм входом с выходом этого моста и вторым входом с выходом аттенюатора 4.Фоторезисторы мостов 16,17 и 20 расположёны в плоское: ти, сориентированной под углом 90 к плоскости расположения фоторезисторов мостов 18 и 19, и все фоторезисторы расположены попарно встык вдоль оси вращения механического модулятора, при этом фоторезисторы мостов 16, 17 и 18 сопряжены через оптический конденсор 15 с первьи осветителем 13, а фоторезисторы мостов 19 и 20 . сопряжены равным образом с вторым осветителем 14. Оптический конденсор 15 выполнен Г-образным, состоящим из двух взаимно перпендикулярных компонентов .

Осветители 13 и 14 выполнены в виде полых цилиндров, расположенных (укрепленных) соосно рядом заподлицо на боковой поверхности цилиндричес3

кого эксцентрика, и стенки каждого из них имеют слоистую концентрическую структуру, состоящую из чередующихся к периферии металлического электрода 30 (фиг.А), злектролюми- несцентного слоя (например, из-порошкового фосфора) 31, прозрачного электрода (например, из окиси олова) 32 и прозрачного защитного слоя (например, из изоляционного лака) 33. Электроды 30 и 32 осветителя 13 через коллекторные кольца 22 и 23 (фиг.2 и 3), расположенные на одной торцовой стороне цилиндрического эксцентрика, и связанные с ними ще- точные токопроводы 26 и 27 параллельно подключены к источнику 6 напряжения, а электроды 30 и 32 осветителя 14 соответственно через коллекторные кольца 24 и 25, расположенные на противоположной стороне эксцентрика, и щеточные токоподводы 28 и 29 параллельно подключены к выходу элекрического модулятора 21 с двумя вхо- дами, первый из которых соединен с источником 6 напряжений, а второй -. с выходом моста 16. Внешние диаметры Осветителей 3 и I4 равны длине светочувствительных площадок однотипных фоторезисторов (например, сернисто- кадмиевых) мостов 16-20, для формирования (фокусировки) взаимно перпендикулярных равномерных световых потоков, падающих от осветителей, cлyжиt оптический конденсор I5. Все элементы оптоэлектронного преобразователя помещены в светонепроницаемый корпус (не показан), причем связные тракты первого и второго осветителей разделены в световом отношении.

Двухгармоничный анализатор работает следующим образом.

Напряжение U(t) с выхода тензоуси- е лителя 3, пропорциональное воздействующей на испытуемый механический объект нагрузке, поступает на выходы (входные диагонали) мостов 17-20, а также на вход аттенюатора 4, на выходе которого получаем сигнал U(t)/2, следующий на один из входов сумматора 5. Мост 16 запитьшается от источника 6 напряжением постоянного уров50

ня. Одновременно это напряжение пита- gg осветителя 14 модулируется по зако- ния подается на электроды 30 и 32 ну Ej(t) sincot и световые потоки, осветителя 13, что приводит к возбуждению его электролюминесцентного слоя 31, S результате чего формируну Ej(t) sincot

падающие от него на светочувствитель ные площадки фоторезисторов мостов 19 и 20, с учетом закономерностей

10

15

20

25

ется излучение с постоянной освещенностью E,(t), и на один из входов электрического модулятора 21 совместно с напряжением U(t), снимаемым с выхода моста 16, где эти напряжения смешиваются (высокочастотный сигнал большего уровня источника 6 является несущим для инфранизкочас тотного сигнала меньшего уровня моста 16), и их результирующая величина при подаче на электроДЪ 30 и 32 осветителя 14 приводит к возбуждению электролюминесцентного слоя 31 последнего и к формированию излучения с освещенностью, промодулиро- ванной по закону сигнала U,(t), ,

т.е. E(t) - U4(t).

При вращении цилиндрического эксцентрика 12, а также осветителей 13 и 14 с постоянной угловой скоростью СО площади перекрытия фрторезисто- ров мостов 16,17 и 20 модулируются по закону sin tot, а мостов 19 и 20 - по закону cos cot. Учитывая, что фоторезисторы мостов 16,17 и 18 освещаются осветителем 13 с постоянной освещенностью E,(t), световые потоки, падающие на светочувствительные пло30 щадки фоторезисторов этих мостов, равные произведениям освещенности на соответствующие площади пёрекры- тия, соответственно изменяются и вы- , зьшают кратные изменения сопротивле35 НИИ пар фоторезисторов мостов 16, 17 и 18.

Согласно известному свойству че- тьфехплечего моста, заключающемуся в осуществлении умножения входного сигнала на функцию изменения сопротивлений активных плеч, на выходе получаем сигналы, пропорцио нальные:

у моста 16

) и sincot; (I)

у моста 17

Uj(t) U(t) sintot; (2)

у моста 18

U,(t) Е u(t) cos cat. (3)

Отсюда видно, что освещенность

осветителя 14 модулируется по зако- ну Ej(t) sincot и световые потоки,

ну Ej(t) sincot

падающие от него на светочувствительные площадки фоторезисторов мостов 19 и 20, с учетом закономерностей

iTX перекрытия, в результате изменения соответствующих сопротивлений предопределяют получение на выходах этих мостов сигналов, пропорциональных;.

у моста 19 iT/i-,

U(t) sin 2 cot . (4)

у моста 20

UjCt) Е U(t) sin cot.

(5)

На входы сумматора 5 поступают в противофазе сигналы с выходов аттенюатора 4 и моста 20, и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный:

u,(t). -ар.

-cos2 cot.

(6)

После интегрирования соответствующими интеграторами 7-10 сигналов получаем коэффициенты ряда Фурье, т.е. синфазные и квадратурные составляющие первой и второй гармоник анализируемого сигнала.

Таким образом, двухгармоничный анализатор отличается высокой точностью работы, т.е. осуществления гармонического анализа за счет выполнения осветителей в виде электролюми несцентных источников излучения, которым присущи высокие стабильность и надежность действия.

Осветители в виде цилиндров удобно располагать на боковой поверхности механического модулятора в виде цилиндрического эксцентрика, причем такой преобразователь одновременно выполняет функции механического и светового модулирования при компакт- кости конструкции в целом. Введение в структурную схему анализатора элек рического модулятора позволяет простым, путем реализовать при требуемой величине напряжения для возбуждения обоих злектролюминесцентных осветителей соответствующую модуляцию излучения второго из них.

Формула .изобретения

Двухгармоничный анализатор, содержащий задатчик вынужденных колебаний, связанный через преобразователь нагрузок с тензоусилителем, а также 55 аттенюатор, сумматор, источник переменного напряжения, четыре интегратора, два осветителя,оптический конденсор, регистрирующее устройство, ме

20

25

30

40 45

ханический модулятор в виде цилиндрического эксцентрика, жестко сочлененньуй с возможностью вращения с задатчиком вынужденных колебаний, две пары синусно-косинусных перемножающих мостов с фоторезисторами, подключенных входами вместе с входом аттенюатора к вькоду тен)0 зоусилителя, три из которых соединены своими выходами через интеграторы с регистрирующим устройством непосредственно, а четвертый - через сумматор 4 и четвертьй интегратор,

15 второй вход сумматора соединен с выходом аттенюатора, отдельный синусный мост с фоторезисторами подклю- ченньй входом к источнику напряжения и соединенный,своим выходом с трактом питания второго осветителя, фоторезисторы отдельного синусного моста и первой пары перемножающих мостов сопряжены через оптический конденсор с первым осветителем, а фоторезисторы второй пары перемножающих - мостов.сопряжены равным образом с вторым осветителем, о- т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введен электрический модулятор с двумя входами, соединенными соответственно с источником переменного напряжения и с выходом отдельного синусного моста, фоторезисторы отдельного синусного мос35 та и синусных мостов обеих пар перемно05

0

5

жающих мостов расположены в плоскости, сориентированной под углом 90 к плоскости расположения фоторезисторов косинусньпс мостов обеих пар перемножающих мостов, все фоторезисторы расположены в своих плоскостях попарно встык вдоль оси вращения механи- ческого модулятора, а оптический конденсор вьтолнен Г-образным, состоя - щим из двух взаимно-перпендикулярных . компонентов, при этом первый и второй осветители выполнены в виде полых цилиндров, расположенных соосно на боковой поверхности цилиндрического зкс- центрика механического модулятора, стенки осветителей выполнены в виде слоистой концентрической структуры, состоящей из чередующихся к периферий металлического электрода, электролюминесцентного слоя, прозрачного Электрода и прозрачного защитного слоя металлический и прозрачный электроды первого осветителя через коллекторные кольца, расположенные

на одной торцовой стороне цилиндрического эксцентрика, и связанные с ними неподвижные щеточные токопод- воды подключены к источнику напряже ния, а металлический и прозрачный электроды второго осветителя через

(19)

15 2S

l( TH

f20) J2 и л Фиг,3

14135468

коллекторные кольца, расположенные на другой торцовой стороне цилиндрического эксцентрика, и связанные с ними неподвижные токоподводы подключены к выходу введенного электрического модулятора.

и

Фиг.2

27 26

30

l( )jJJJ2 f

2 и л Фиг,3

(15) R fi /

;j I V

J2