Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к вычислительным устройствам, предназначено для последовательного синхронного умножения произвольного электрического сигнала, заданного, например, в виде напряжения, на полигармонические функции sin n ш t и cos n a) t, и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа, в частности, для экспериментальных исследований нестационарных характеристик летательных аппаратов путем продувок их моделей в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний.

Известно электромеханическое полигармоническое синусно-косинусное множительное устройство, имеющее корпус, в котором размещены модулирующий узел и

привод, перпендикулярно оси вращения которого в корпусе установлена внутренняя жесткая стенка с направляющими отверстиями. Модулирующий узел состоит из модулирующего диска, установленного на оси вращения привода, и упругодеформируе- мых пластин, число которых вдвое превышает число перемножаемых гармонических сигналов. Одни концы упругодеформируе- мых пластин жестко закреплены лод соответствующими углами на внешней боковой стенке корпуса, а другие концы скреплены с соответствующими ползунами, которые через направляющие отверстия внутренней жесткой стенки контактируют с модулирующим диском. В середине каждой из упруго- деформируемых пластин попарно на

XI

О 4 О О

противоположных сторонах размещено по четыре тензорезистора, которые включены дифференциально в плечи соответствующего перемножающего моста. Одни диагонали всех перемножающих мостов подключены к общему источнику электрического сигнала, который является одним из сомножителей, а другие являются соответственно синусными и косинусными выходами устройства. Модулирующий диск установлен перпендикулярно оси вращения привода и имеет замкнутые пазы, концентрически расположенные относительно оси вращения, причем профили глубины замкнутых пазов выполнены переменными в виде гармонических функций, являющихся другими сомножителями соответствующих номеров гармоник. Номера гармоник возрастают в направлении от центра к периферии модулирующего диска, в каждом замкнутом пазу которого размещена в контакте с профилем его глубины пара ползунов соответствующих упругодеформируемых пластин. При этом ползуны синусных трактов различных гармоник расположены в направлении одного радиуса модулирующего диска, а ползуны косинусных трактов каждой гармоники сдвинуты относительно него на угол, крат90

ный (2k - 1) -, где k 1, 2п (п - номер

гармоники).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому результату является электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство, 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, причем первые диагонали первого и второго перемножающих мостов подключены к выходам источника электрического сигнала-сомножителя, а вторые диагонали первого и второго перемножающих мостов являются соответственно первым и вторым выходам устройства, первую и вторую упругие пластины с коси- нусоидальной погибью, на которых симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорезисторы первого и второго перемножающих мостов, корпус, модулирующий узел в виде планшайбы, закрепленной на приводной оси под углом к ней, при этом один конец каждой упругой пластины выполнен в виде цилиндрического стержня со скругленным концом и находится в механическом контакте с планшайбой, приводная ось является механическим входом устройства, упругие пластины расположены в продольном направлении относительно приводной оси, причем вторая упругая пластина расположена под углом 90° относительно первой упругой пластины, первый и второй 5 ползуны, каждый из которых механически связан с соответствующим узлом установки и фиксации положения, в боковой стенке корпуса, перпендикулярно оси вращения планшайбы, выполнены направляющие

0 прорези под углом 90° одна относительно другой, каждый ползун выполнен П-образ- ным, при этом одна из его параллельных стенок размещена в соответствующей направляющей прорези и в ней жестко закреп5 лен другой конец соответствующей упругой пластины, а в другой параллельной стенке ползуна выполнено направляющее отверстие с осью, параллельной оси вращения планшайбы, в котором расположен цилинд0 рический стержень соответствующей упругой пластины с возможностью продольного перемещения.

Недостаток устройства заключается в ограниченности области применения ввиду

5 возможности осуществления умножения произвольного электрического сигнала только на многогармонические синусно-ко- синусные функции, т.е. основной (первой) гармоники, определяемой угловой скоро0 стью вращения приводной оси механизма, тогда как при необходимости более глубокого проникновения в природу гармонического спектра анализируемого явления необходимо производить умножение иссле5 дуемого электрического сигнала на полигармонические синусно-косинусные функции. Предположительное компромиссное использование для этого нескольких подобных известных устройств с редуциро0 ванием оборотов их приводных осей чревато усложнением такой сборной компоновки. Целью изобретения является расширение области применения и упрощения устройства.

5 На фиг, 1 изображено электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - то же, вид со стороны корпуса; на фиг,4 - планшайба, вид с кон0 тактной стороны; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.4; на фиг.6 - условные поперечные развертки профилей глубины модулирующих пазов планшайбы; на фиг.7 - принципиальная электрическая схема устройства.

5 Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство содержит тензорезисторы 1-8, источник 9 электрического сигнала-сомножителя в виде напряжения u(t), выходы 10 и 11 устройства, упругие

гьластины 12 и 13, корпус 14, приводную ось

15, планшайбу 16, направляющие прорези 17 и 18, ползуны 19 и 20, цилиндрические стержни 21 и 22, привод 23.

Тензорезисторы 1-8 включены соответственно в плечи первого и второго перемножающих мостов 24 и 25, первые диагонали которых параллельно подключены к выходам источника 9, а вторые соединены с выходами 10 и 11, Пластины 12 и 13 выполнены с косинусоидальной погибью и на них симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорезисторы 1-8, Планшайба 16 закреплена на оси 15, являющейся механическим входом устройства, и представляет собой модулятор устройства. Свободные концы пластин 12 и 13 защемлены в цилиндрических стержнях 21 и 22 со скругленными наконечниками и находятся в механическом контакте с планшайбой 16. Пластины 12 и 13 расположены в продольном направлении относительно оси 15. Ползуны 19 и 20 выполнены П-образными. Одна из параллельных стенок каждого ползуна размещена в соответствующей из направляющих прорезей 17 и 18 с возможностью продольного перемещения посредством приводных винтов 26 и 27 с фиксацией положений и их индикацией с помощью шкал 28, 29 и указателей 30, 31,причем в этих же стенка.х жестко закреплены другими концами пластины 12 и 13,а в других параллельных стенках ползунов выполнены направляющие отверстия с осями, параллельными оси вращения планшайбы 16, в которых расположены цилиндрические стержни 21 и 22 с возможностью продольного перемещения.

В стенке корпуса 14 шарнирно установлен поворотный узел 32 с возможностью смещения (поворота) относительно корпуса соосно проводной оси 15 и фиксации углового положения посредством стопора 33. Ползун 19 с пластиной 12 синусного тракта установлен в направляющей прорези 17 на корпусе 14, а ползун 20 с пластиной 13 косинусного тракта установлен в направляющей прорези 18 на поворотном узле 32 и выполнен с возможностью дискретного поворота относительно ползуна 19 на угол,

ОП°

кратный (2k- 1) -, где к 1, 2п (п п

номер гармоники). Планшайба 16 выполнена в виде торцового кулачка и имеет на контактной стороне круговые замкнутые модулирующие пазы 34, концентричные оси вращения, профили глубины которых выполнены переменными и у каждого из них в отдельности соответствуют закону гармонической, а именно синусоидальной, функции первой (п 1) и высшей (п 1) гармоник относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения планшайбы 16. Например, на чертежах показан случай

выполнения планшайбы с тремя пазами 34, с профилями глубины, образованными по закону синусоидальной функции первой (п 1), второй (п 2) и третьей (п 3) гармоник, номер которых возрастает в направлении от

центра к периферии планшайбы, при этом оптимальный угол между ползунами 19 и 20, как и между цилиндрическими стержнями 21 и 22, соответственно равен 90° (к 1), 45° (к 1) и 90° (к 2). Для обеспечения синхронности начала (0°) полигармонических синусоидальных функций расположены на одном радиусе планшайбы 16. Стенки между соседними пазами 34 с обеих сторон имеют вкруговую линейно изменяющуюся

высоту от профилей глубины этих пазов до наружной поверхности контактной стороны планшайбы 16. Цилиндрические стержни 21 и 22 взаимодействуют с профилями глубин пазов 34 с возможностью перемещения в

диаметральных плоскостях планшайбы, т.е. вдоль ее соответствующих радиусов. Устройство снабжено индикатором углового положения поворотного угла 32 в виде соответствующей шкалы 35 на корпусе 14 и указателя 36 на поворотном узле.

Электромеханическое синусно-коси- нусное множительное устройство работает следующим образом.

При вращении приводной оси 15 с постоя иной угловой скоростью (а за счет сочленения соответствующего паза 34 планшайбы 16с цилиндрическими стержнями 21 и 22 упругие пластины 12 и 13 испытывают продольные деформации, пропорциональные синусно-косинусным закономерностям той или иной гармоники п, трансформируемые в кратные изменения сопротивлений размещенных на них тензо- резисторов 1-8, например, включенных в

плечи первого перемножающего моста 24:

Ri(t) Ro ± AR sin n О) t и второго перемножающего моста 25:

R2(t) Ro ± A R cos n y t, где RO - среднее значение сопротивления

тензорезистора в недеформированном положении упругой пластины;

AR-приращение сопротивления тензорезистора с учетом знака на растяжение (-) и сжатие (+);

t - время.

В результате известного свойства четы- рехплечевых мостов осуществлять умножение электрического сигнала во входной диагонали, т.е. u(t), на функцию изменения

сопротивлений плеч, а именно sin n w t или cos n a) t, с их выходных диагоналей, соединенных с первым и вторым выходами 10 и 11 устройства, снимают электрические сигналы произведений, пропорциональные:

у перемножающего моста 24 h(t) u(t) sin n (О t,

у перемножающего моста 25 J2(t) r u(t) cos n (о t.

С помощью приводных винтов 26 и 27 непосредственно при работе устройства обеспечивается контактное, взаимодействие пластин 12 и 13 с профилями глубин пазов, модулирующими гармонические функции требуемого порядка гармоники n, a посредством поворотного узла 32 и стопора 33 производится квадратурный фазовый сдвиг, т.е. сдвиг на 90°, между синусным и косинусным законами реализуемых деформаций пластин 12 и 13 в зависимости от номера гармоники.

Формула изобретения

1. Электромеханическое синусно-коси- нусное множительное устройство, содержащее четыре тензорезистора, включенные в плечи первого перемножающего моста, пятый, шестой, седьмой и восьмой тензорези- сторы, включенные в плечи второго перемножающего моста, первые диагонали первого и второго перемножающих мостов подключены к выходам источника электрического сигнала-сомножителя, вторые диагонали первого и второго перемножающих мостов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, первую и вто- рую упругие пластины с косинусоидальной погибью, на которых симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорези- сторы первого и второго перемножающих мостов, корпус, модулятор в виде закреп- ленной на приводной оси планшайбы, один конец каждой упругой пластины выполнен в виде цилиндрического стержня со скругленным концом и находится в механическом контакте с планшайбой, приводная ось яв- ляется механическим входом устройства, упругие пластины расположены в продольном направлении относительно приводной оси, первый и второй ползуны, каждый из которых механически связан с соответству- ющим узлом установки и фиксации положения, каждый ползун выполнен П-образным,

причем одна из его параллельных стенок размещена в соответствующей направляющей прорези и в ней жестко закреплен другой конец соответствующей упругой пластины, а во второй параллельной стенке ползуна выполнено направляющее отверстие, ось которого параллельна оси вращения планшайбы, в котором расположен цилиндрический стержень соответствующей упругой пластины с возможностью продольного перемещения, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения, в стенке корпуса шарнирно установлен поворотный узел с возможностью смещения относительно корпуса соосно приводной оси и фиксации углового положения, ползун с упругой пластиной синусного тракта установлен в направляющей прорези на корпусе, а ползун с упругой пластиной косинусного тракта установлен в направляющей прорези на поворотном узле и выполнен с возможностью дискретного поворота относительно ползуна с упругой пластиной синусного тракта на

90° угол, кратный (2k-1), где k 1, 2n (n номер гармоники), планшайба выполнена в виде торцового кулачка и имеет на контактной стороне круговые замкнутые модулирующие пазы, концентричные оси вращения, профили глубины модулирующих пазов выполнены переменными и у каждого из них в отдельности соответствуют закону гармонической функции первой и высшей гармоники относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения планшайбы, стенки между соседними пазами с обеих сторон имеют вкруговую линейно изменяющуюся высоту от профилей глубины этих пазов до наружной поверхности контактной стороны планшайбы, цилиндрический стержень свободного конца каждой упругой пластины взаимодействует с профилями глубин пазов при перемещении в диаметральной плоскости планшайбы.

2, Устройство поп,1,отличающее- с я тем, что содержит индикатор углового положения поворотного узла в виде соответствующей шкалы на корпусе и указателе на поворотном узле,

г

щ

22

76

Использование: вычислительная техника, аппаратура гармонического анализа, экспериментальные исследования нестационарных характеристик летательных аппаратов. Сущность изобретения1 устройство имеет корпус, в стенке которого установлен поворотный узел с возможностью смещения относительно корпуса соосно приводной оси. На оси закреплена планшайба, являющаяся механическим модулятором и выполненная в виде торцового кулачка, на контактной стороне которого имеются круговые замкнутые модулирующие пазы с пе- ременными профилями глубины В механическом контакте с профилями пазов находятся одни концы упругих пластин, выполненные в виде цилиндрических стержней со скругленными концами Другие концы упругих пластин сопряжены с ползунами, размещенными в направляющих прорезях корпуса, На упругих пластинах закреплены тензорезисторы. включенные в плечи перемножающих мостов 1 з.п ф-лы, 7 ил. сл С

Фиг. Ь