УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Советский патент 1971 года по МПК G06G7/48 

Предлагаемое изобретение относится к области исследования свойств физических объектов путем математического моделирования.

Известны устройства для моделирования полей на мембране.

В известном устройстве на стальной раме, изготовленной из швеллера, закреплен равномерно растянутый резиновый лист (мембрана) толщиной 0,9 мм и площадью в несколько квадратных метров. Под ней расположены две полки с металлическими призмами, верхние плоскости которых отшабрены. Эти плоскости являются базой отсчета прогибов мембраны. С помощью ходового винта электродвигатель перемещает по призмам направляющие рейки, по которым другой электродвигатель перемещает измеритель прогиба, представляющий собой электрический индикатор часового типа. Таким образом, измеритель прогиба двумя ортогональными перемещениями может быть выведен в любую точку под мембраной. Под измерителем расположен планшет, на котором с помощью электромагнита, укрепленного на измерителе, делается отметка положения щупа измерителя. Электродвигателями управляет электронная схема обратной связи, которая обеспечивает возвратно-поступательное перемещение измерителя прогиба по ЛИнии одинакового прогиба сдеформированной мембраны и делает отметки иа планшете. После определения положения одной линии одинакового прогиба измеритель перестраивается, и процесс повторяется снова.

К недостаткам описанного выше устройства можно отнести: большие габариты, наличие сложных несущих конструкций, механических узлов, электронных схем и электрических проводов, а также достаточно длительный процесс определения положения линий равного прогиба.

Целью предлагаемого изобретения является создание возможности непосредственного визуального наблюдения, фотографирования или обмера картины линий равного параметра (например, эквипотепциали для электростатического поля, соответствующие линиям равной высоты рельефа мембраны) моделируемого объекта, причем эта картина должна образовываться мгновенно по всему моделируемому полю. Устройство, созданное для достижения этой цели, позволило повысить удобство, скорость и точность определения положения линий равного параметра.

Сущность изобретения заключается в использовании комбинационных полос, полученных сопряжением штрихов линейного регулярного механического растра с тенью от них на рельефе мембраны, для определения положения линий равной высоты рельефа мембраны.

Принципиальная схема нредлагаемого устройства представлена на чертеже.

Резиновая мембрана 1 толщиной в несколько сотых долей миллиметра, покрытая диффузно отражающим свет составом (например, окисью магпия на вяжущей основе), равномерно растянута на плоской прямоугольной раме 2 площадью приблизительно 0,25 ж. Системой опор или растяжек 3 на мембране создается определенный рельеф. Над рельефом параллельно раме 2 на расстоянии несколько миллиметров расположена плоская равномерная штриховая рещетка 4 (механический растр, нанесенный например, на фотопластине). Размеры ее должны быть несколько больще размеров исследуемого участка рельефа, а расстояние между щтрихами может составлять 0,05-0,2 мм. На нормали к центру штриховой решетки на расстоянии около 1 м от последней в конструктивном элементе 5 закреплены объектив фотоаппарата 6 или круглая диафрагма для визуального наблюдения. Элемент 5 может быть любой конструкции, обеснечивающей фиксацию точки наблюдения или фотографирования. На том же уровне по обе стороны от элемента 5 симметрично относительно нормали и в плоскости, перпендикулярной штрихам рещетки, закреплены два точечных источника света 7. Ими могут быть лампы накаливания с малой, порядка 1 мм, длиной спирали. Расстояние между источниками света около 1,5 м.

Исследуемое поле обычным способом моделируется на мембране, в результате чего на ней образуется определенный рельеф. Если теперь над этим рельефом разместить плоский линейный механический растр типа штриховой дифракционной решетки и осветить его точечным источником света, то тень от растра унадет на рельеф и будет представлять собой систему искривленных темных и светлых полос. При рассматривании, тени -на рельефе через тот же механический растр штрихи растра и полосы тени, сопрягаясь, образуют комбинационные нолосы.

Если точка наблюдения (или фотографирования) находится на одном и том же расстоянии от механического растра, что и точечный источник, и механический растр параллелен невозмущенному ноложению мембраны, то положение комбинационных полос полностью совиадает с линиями равной высоты рельефа мембраны.

Расстояние между комбинационными полосами по высоте зависит от шага механического растра и положепия точечного источника света и может путем замены растра либо перемещением источника света перпендикулярно штрихам растра устанавливаться величиной от нескольких миллиметров до сотых долей миллиметра. Это позволяет использовать рельефы с малым перепадом высот (всего в несколько миллиметров), уменьшить крутизну склонов и, следовательно, увеличить точность моделирования. Для повышения контрастности картины комбинационных полос на поверхность мембраны нанесено диффузно

отражающее свет покрытие, не изменяющее механических свойств мембраны, и вместо одного используется два точечных источника света, расположенных симметрично относительно нормали к механическому растру, опущенной с точки наблюдения, для дополнительного освещения противоположных склонов рельефа.

Приведенные численные значения величин, размеров и расстояний не являются абсолютными и могут изменяться в широких нределах в зависимости от частотных требований. В каждом отдельном случае нроизводится калибровка устройства путем измерения расстояний между комбинационными полосами

ири известной крутизне рельефа.

Опнсанное выще устройство по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами: имеет меньшие габариты, отсутствуют сложные механические узлы и электронные схемы, мгновенно онределяется положение линий равной высоты рельефа по всему исследуемому полю, обладает повышенной точностью моделирования, возможностью непосредственного наблюдения за изменением

рельефа в процессе измерения граничных условий, простотой изменения масштаба измерений.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования физических нолей, содержащее резиновую мембрану в нрямоугольной раме и измерительное устройство, отличающееся тем, что, с целью упрощения, увеличения скорости и точности определения, в нем на резиновую мембрану нанесено диффузно отражающее свет покрытие, а измерительное устройство содержит плоский линейный механический растр, установленный

нараллельно недеформированному ноложению мембраны, два источиика света, расположенных в нлоскости, нерпендикулярной штрихам механического растра и симметрично относительно нормали к его центру, и фиксирующий элемент, установленный на нормали к центру механического растра на одинаковой с двумя источниками света высоте от плоскости механического растра.