УСТРОЙСТВО для ПОСТРОЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ Советский патент 1973 года по МПК G06G7/48 

1

Изобретение относится « устройстеам для электрического моделирования.

Известные устройства для построентш траекторий состоят из элвктрол1итичес;хой eaaiны, в 1которой .моделируется электрическое поле электронно-оптической систе.мы, блока питания эле1КТ1родов модели, ,пятмштыре1вой зопдовой головки, лзме|рительных транслфор.маторав, лилейных усилителей, усилителя сигнала рассогласования следящей ;систе мы, заш1сываюндей .каретки, имеющей два опорных колеса, определяющих нагоравленяе нормали & траектории, и одно рулевое -колесо, л-сест.ко связанное с синусно-косинусным решающим элементом, например поворотным трансформатором, и iMOTOpoiM поворота оютора хада, рабочего стола, на котором находится записывающая «аретка, коордпнатното узла, связывающего за1иисывающую «аретку с зондом так, что зонд может перемещаться в .плоскости рабочего стола и по1ВО|рачи1ваться вокруг вертикальной оси.

С помощью известного устройства можно строить траектории заряженных частиц только в плоских и осесимметричяых элвктростатичес«их полях.

Целью изобретения является создание устройства для построения трехмерных траекторий в элект|ростаБИ:ческих полях. Цель достигается благодаря тому, что зондовая голов-ка 1меет семь щтырько в, щесть из которых расположены на одинаковом расстоянии от начала декартовой систе1мы -координат по трем ося.м, а один в центре. Два щтырька, перпендикулярных павархности электролита, через блок выч1ита и я, усилитель мощности, интелратор скорости соединены с фу)кциональным входом интегратора перемещения, а выход И1нтегратора перемещен.ия мех ничеоки связан с зондовой головкой и электрически с

0 входом двухкоорд.инатного са1М1Описца: Центральный штырек зондавой голоахи через усилитель мощности, вычислитель и .интегратор времени соединен с входа.ми приращения аргумента интеграторов скорости и перемещения, а вход приращения аргумента интегратора времени и другой вход двухкоординатного самописца соединены соответственно с датчиками пути л коордииаты, общей для двух рассматриваемых плоскостей.

0

Схелта иредложенного устройства приведена на чертеже.

Устройство состоит из электролитической ванны /, в которой моделируется электрическое .поле исследуемой электронно-оптической системы 2; источников пттания 3 электродов модели; зондовой гол;ав ки 4, на (которой на одина.ковом .расстояН1Ии от начала дакартавой системы координат в направлении осей распо0ложены штырьки , а в начале коардииатной системы-штырек 11 трех блоков вычнта} ия 12, 13, 14, Былолнейных, натример, }ia нзмерлтельных трансфОрматорах; четырех усилителей мощности 15-18; .ИИатного узла 19, на кюторам укреплен статор nosoipoTиого трансформатора 20; датчика 21, например иотенциометрического, координаты, общей для двух плоскостей; исполиителы-шго двИгателя 22, перемещающего зондощую голоику 4 в «аправле-нил, .перие,нди1куля р1НОМ -поверхности электролита, и датчИ|Ка 23, лаиример потенциометрического, координаты этого нап1равлеиия; залисывающей -каретки 24, ,коTOipaH имеет два олор-ных колеса 25, 26; отметчи.ка 27, находящегося на оси этих колес; рулевого колеса 28 и авязаииого с иим поворотного трансформатора 29; iMOTOpa (поворота 30 и мотора хода 31; датчика 32 -пути, лройде.н.ного отметчи ко1м 27; усилителя си-гнала рассогласования 33; вы;чнслителя 34; И нтег1ратора скорости 36; интепратора пе1ремещеНИя 37; рабочего стола 38, на котором расположена залисы;вающая каретка 24; двухкоо1рдинатHOiro самолисца 39, усилителя 1мощностн 40.

Координатный узел 19 связывает зондовую головку 4 через . паво-ротното трансформатора 20 с ка1реткой 24. Штырьки 7,,6 ЗОИД01ВОЙ головки 4 -через блоки вычита-ния 12, 13 и усилителя мощ-ности 15, 16 соадимены со статОрными обмотками поворотного траи-сформатора 20. Одна из ротО|р:ных об-моток трансфо-рмато-ра 20 че-рез усилитель мощности 40 соединена с одной из -статорных обмоток поворотного Т1рансфор;матора 29.

Центральный щтьгрек 11 зондо)вой головки 4 через усилитель мощ1ности 17 соединен с входом вычислителя 34 и 1второй статорной обмоткой трансформатора 29. Одна из ротс-рных обмоток повОротного трансформатора 29 связана со входам усилителя сигнала ipaccorласаванпя 33.

Штырьк-и Я 10 зондСЗой -головки 4 блок выч-итания 14, усилитель мощности /5, интегратор скорости 36, интег-рато-р перемещения 37 связаны с (выходным устройством, вылолнеиньш, например, на двигателе 22, ось которого в нанравл-зкии, перпендикулярном (Поверхности элактрол-ита, соединена с зондов-ой головкой и дат1чи;кс.м этого направления, -кото-рый соединен с одним из входов двух|КОО|рди1натного са мописца 39. Второй вход двух К€ординатного са,мо)пнсца связан с датчи-к-ом 21 координаты, общей для двух плоскостей. Выхо-д вычислителя 34 соеди1нен с входо-М янтегрирувм-ой функции интепратора времени 35. Вход лриращения аргумента янтепратора времени 35 соеди-нен с датчиком пути «32, а выход интегратора временИ 35 соединен с входами приращения аргумента интеграторов скорости 36 и иерамещения 37.

Построение п-ро,ст|ранстБвнных траекторий основано -на одноз-нач1нам определении траектории ее проекциями на две плоскости. Поэтому работа устройства состоит из построения проекции -пространственной траектории в плоскости XQZ и построения проекции пространственной траектории в -нлоскости У07.

В плоскости XQZ проекция лространственной траектории строится обычным методом, который используется в двумерных траектографах, работающих методом радиусов кривизны.

-В плоскости yOZ лроакция лространственНОИ траектории строится лутем двукратного интегрирова1ния уравнения движения заряженной частицы по -координате У. Учитывая, что в плоокости AOZ интегр-ирование -уравнения траектории ведется по невременному ар-гументу, в устройство введен интегратор време-ии пролета части-цы.

1. Плоскость XOZ.

Поте:нциалы, снимаемые щтырьками 7, 8 и 5, 6 зо-ндовой голо:вки 4 подаются ага блоки вычитания 12, 13. С выходов блоков вычитания 12, 13 снимаются 0 апря-жэния, лролорциональные составляющим Е и Еу напряженности электрическО|Го поля. Эти на-пряжения постулают на усилители /мощности 15, 16, ас их выходов - Dia статориые обмотки поворогно-го трансфор:матора 20. Поскольку ротор noiBOpOTWOTo трансформатора 20 связан с кареткой, поворачивающейся отно-сительно координатного узла 19 В ходе построения траектории на угол , налря-жение, снимае мое

с одной из рОТОр-НЫХ обмоток HOBOpOTl-ЮГО

трансформатора 20, пропорциоиалыю пормальной к траектории компоненте электрического 1;ОЛЯ Еп -- f. .

Палряжен;1е с выхода роторной обмотки поворотного трансформатора 20 через усилитель мо-щности 40 издается на одну из статорных

обмоток -поворотного траагсформатора 29.

Папряже-ние, снимаемое с центрального щты-рька // зондовой головки 4, через усилитель мощ):ости 17 лодается -на один из входов вычислителя для вычи сления энер-гии частицы

13 плоскости AOZ, а результат - на другую статорную обмотку ловоротного трансформатора 29. Следящая система, состоящая из датчика сигнала рассогласования - роторной обмотки -ловоротного трансфор:матора 29, усилнтеля сигнала -рассогласования 33, -мотора поворота 30, устанавливает ротор ловоротного трансформато-ра 29 и соединенную с ним вертикальную ось рулевого колеса 28 каретки так, что напряжен-ие па одной из обдюток ротора обращается в нуль:

и sin а - KibEa cos а 0

или

f/2

(1)

аГ

Ui

где К -коэффициентусиленияусилителя

мощности 17;

Кг - 1КОЭ фф и-ци ентус и л е и и яус и л и тел я мощности 40;

b - расстояНие между ,штырька ;и зондовой головки, иапример, между штырьками 5, 6;

V - напряжение, пропордиональное энергии частицы В ллоокости JOZ; а - угол поворота рулевого колеса 28. Посколыку рулевое коласо 28 расположено на расстоянии d от отметчика 27, находящегося на оси яаП|ра1ВляюЩ|Их колес, то рздиус крнвизны R траектрр ИИ отметчика 27 раве«:

/

tga.

С учетом (1) формула (2) примет вид:

о 1 Ui -dH,II. Плоскость XQZ.

В ходе (Построения трайктО|рии в плоскости XOZ (мотор хода 31 включен) каретка 24 перемещает координатный узел 19, а вместе с ним и зондовую головку 4 в этой .плоскости. Датчик 21, укрепленный «а 1Коорди1натнОМ лзле 19, фиксирует перемещение зон1Д01вой головки 4 вдоль координаты Z, общей для двух плоскостей, в которых строятся траектории. Напряжение с выхода аатчика 21 .подается на одии из входов двухкоордмнатлого самописца 39.

В ходе построения траектории в плоскости XOZ путь, пройденный частицей, фиксируется датчи ком пути 32. Сигнал с выхода датчика пути 32 |подается на 1вход приращения арг мента интелратора времени 35. Нап1ряжеиие f/i с выхода усилителя мощности 17 подается на ВХОД вычислителя 34. Напряжение, иро1

порциоиальное г ,,-, с выхода вычислителя у zT|t/

34 поступает на вход интегрируемой -функции интегратора :времени 55. Сигнал, .пропорциональный времени пролета частицы

t-{dS,

K2-qy

с выхода интегратора времени 35 проходит на входы лриращения аргумента интеграторов скорости 36 и перемещения 37.

Потенциалы, снимаемые щтырь;ками 9, 10 зоидовой головки 4, подаются иа олок вычитания 14 с выхода блока вычитания 14 снимается напряжение, пропорциональное составляющей Е напряженности электрического поля, которое подается на усилитель мощности 18. Напряжение с выхода усилителя мощности -18 поступает «а вход

интегрируемой функции иятепрато-ра скорости t

36. Напряжение J Е dt с выхода инте1гра« о

тора скорости 36 проходит на вход и-нтегрируемой функции интегратора перемещения 37. t

Сигнал у ydf с выходного устройства ,;гно

тегратора перемещения 37 выполненного, «апример, iHa шаговом двигателе 22, ось которого 1меха:ничеоки связана с зондовой головкой 4 и датчиком пере;мещения 23 по |коордииате

у, управляет перемещением зондовой голо)вки

4 в направлении координаты у, а сигнал с

выхода датчика иере.мещения 23 1П01дается на

другой вход двухкоордиНатного самописца 59.

Таким ооразом с помощью записывающей

каретки вычерчивается траектория в нлоскости XQZ, а на самописце (двухкоординатном) вычерчивается траектория в плоскости YOZ.

Пред iM е т и з о б р е т е н и я

Устройство для построения траекторией, содержащее электролитичеокую ван1ну, координатный узел, на -которОгМ укреплена зондовая

головка и статор первого 1иоворотпого трансформатора, блоки вычитания, усилители мощности и второй поворотный трансформатор, отличающееся тем, что, ic целью расширения класса решаемых задач, оно содержит интеграторы времен;, скорост 1перемещен я,

. и Д:Ву.ХачООрД ПаТ 1ЫЙ са 0иисец, причем зо довая голонка выполнена в виде штырьков, два шты.рька, иерпбндИ1кулярных поверхности электролита, соединены через первые олок вычитания |И усилитель мощности с интегратором окорост, соединенным с интеграторО:м Иереме1ие ия, выход которого подключен к : сполнч тельному дв гателю координатного узла, механичеок соедиие 1ного с зондсвой головкой, центральный П1тыре.к которой через второй усилитель мощности подключен соответственно К второму поворотному трансфор.атору, соадиненно.му с усилителем, и через вычислитель iK интегратору времени, первый выход которого ПОД лючен ко входам интеграторов скорост и перемещеи я, а второй выход - к датчику определен 1я пути, а остальные штырьки зондовой головки, соответст вующ 1е 1координатным осял, через

второй и третий блоки выч.итания и соответственно третий ; четвертый ус; лители подключены к статорны|М обмоткам перво.го поворотного трансформатора.