Устройство для определения спектра зависимой переменной Советский патент 1978 года по МПК G06G7/48 G01R23/16 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения спектра зависимой переменной.

Известны устройства аналогичного назначения, содержащие датчики, фазочувствитель- ные детекторы, усилители, фильтры и интег раторы 1 .

Известные устройства сраанительно сложны и имеют узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к нзооретению техническим решением является устройство для определения спектра зависимой переменной, содержащее датчик, фазочувствительный детектор, вход которого через усилитель подключен к выходу датчика, а выход - к соединенным последовательно фильтру верхних и нижних частот, первому выпрямителю и первому интегратору, а также выходной индикатор и генератор несущей частоты, выход которого подключен к датчику и к фазочувствительному детектору 2.

Недостатком этого устройства является сравнительно низкая точность и сложность аппаратурной реапизацпи.

Целью изобретения является упрощение устройства при определении среднего и сре неквадратичногр значений показателя длины волны.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит включенные последовательно дифференцирукшшй блок, второй выпрямитель и второй интегратор, а также бло деления, входы которого подключены соот ветственно к выходам первого и второго интеграторов, а выход - к выходному инди катору, вход дифференцирующего блока подключен к выходу фильтра нижних частот. К выходам интеграторов подключены индикаторы визуального отображения хранящихся в них сигналов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, предназначенного, например, для определения коэффициента средней длины волны профиля шероховатой поверхности; на фиг. 2 график сигналов на выходе фильтра верхних частот; на фиг. 3 - грифик сигналов на выходе выпрямителя с квадратичной характе- ристикой;.на фиг. 4 - график сигналов на выходе дифференцирующего блока; на фиг. 5 npissenewa блок-cxewa устройства, аналогией ного устройству на фиг, 1, но с дополнител ными индикаторами. Д ерительнь1й штифт 1 индукционного дат чика 2 может двигаться вместе с ним вдол исследуемой поверхности S , Дшюкечие кон чика мерительного штифта 1 создает измен& ние внпvктивнocти в катушках (на чертежах не показаны) датчика 2, Катушки соединяют ся в дифференциальную цепь и запитываются сигналом синусоидальной формы от генератора несущей частоты 3. На выходе Htoayifrционного датчика 2 формируется сигнал с балансной или двойной модуляцией. Этот сигнал усиливается усилителем 4 и демодулируется фазочувствительным детек тором 5, который формирует сигнал полностью аналогичный профилю поверхности, отслеженной кончиком мерительного штифта 1. Сигнал профиля на этой стадии содержит составляющие, обусловленные смешением (средний уровень постоянн&го тока, определяемый положением кончика мерительного штифта l), искажением формы (отклонение поверхности от заданной формы) и волниогостью (периодическая волнистость поверхности), а также и шероховатостью (микротекстура поверхности,которую исследуют). Нежелательные составляющие сигнала удаляются после его прохождения черюз фильтр верхних частот 6. Сигнал на выходе фильтра верхних частот 6 представлен на фиг. 2. Он аналогичен профилю поверхностных шероховатостей и содержит только переменные составляющие, которые могут быть получены, как составляюшие ряда Фурье при соответствующем разложении в ряд сигнала шероховатостей. По причине, которая будет объяснена позднее, сигнал профиля проходит через фильтр нижних частот 7, имеющий граничн ную частоту приблизительно на шесть октав выше, чем у фильтра верхних частот 6. Затем сигнал выпрямляется в первом выпря- мителе с квадратичной характеристикой 8 (фиг. З), интегрируется по полному перемещению мерительного штифта 1 и накапливается и запоминается в первом интеграторе 9. Амплитуда проинтегрированного и запомненного сигнала может быть показана на индикаторе, который, если он имеет квад ратичную характеристику, будет указывать среднекБадр)атичную амплитуду профиля. Сигнал шероховатости с выхода фильтра нижних частот 7 одновременно подается на вход дифференцирующего блока 10 и затем на второй выпрямитель с квадратичной харастепистцкой 11 (дифференцированный спг- нап профиля покапан на фиг. 4). Выпрям- ленный сигнал поступает на вход второго интеграторю 12, а окончательный интеграл может быть показан как среднеквадратичная величина на другом индикаторе. Проинтегрированные сигналы от интеграторов 9 и 12 подаются на входы блока деления 13, выходной сигнал которого подает ся на выходной индикатор 14, имеющий квадратичную характеристику, а отображается им в виде пространственного показателя (коэффициента) профиля повертности. При определении среднеквадратичного значения показателя длины волны, первый 8 и второй 11 выпрямители должны быть выполнены как выпрямителя с квадратичной характеристикой. Для определения среднего значения показателя длины волны, первый 8 и второй 11 выпрямители могут быть выполнены как двух- полупериодные. На фиг. 5 показано устройство, аналогичн кое устройству на фиг. 1. Индикаторы 15 и 16, указывающие на амплитуду проинтегрированного сигнала подключены к выходам интеграторов 9 и 12 для визуального ото&ражения хранящихся в интеграторах сигналов. В основу работы устройства были положены следующие соображения. В результате исследования состояний рш. личных поверхностей было обнаружено, что среднее квадратичное значение спектральной мощности компонент пространственной частоты профиля поверхности по отношению к их частотному весу дается с помощью отношения средней квадратичной величины гр диента профиля к среднему квадратичному значению высоты. Далее было найдено, что нормализованное значение среднеквадратичн ного значения спектральной-мощности приблизительно отношением других значений градиента профиля, таких как средняя величина модуля, деленная на соответствуки. щее среднее значение высоты. Как известно, связь спектра с автокорреляционной функцией ф(г) Eiin f fH) f(t.t)ort Функции j (t) представляют собой: одно з обратных преобразований Фурье. Более того,, можно показать, что средневадратичное значение момента спектра моет быть связано с автокорреляционной функией, как вторая производная Ф(Т) при 0, т.е. как выражение для первого члена азложения функции. Математическое выражение для вышеприеденш.х ДО1ЮДОВ следующее:

Ш

IfwHx И

df(X) olX

где L - длина оцениваемого материала; X - расстояние как независимая пер&менная в направлении измерения; j(x) высота профиля поверхности, nei понликулярная к направлению движения меритоньного штифта.

Л , - коэффициент средне квад затипюй

длины волны;

Л - коэффициент средней длины волны. 11СЛИ в устройстве применить блок деления 13 логарифмического типа, то при необходимости нетрудно осуществить и извлечение кг 1дратного корня по известной формуле (воця в вычитающую цепь логарифмических преобразователей (на фиг. 1 показана пунктиром) коэффициенты 1/2.

Формула изобретения

1.Устройство для определения спектра зависимой переменной, содержащее датчик, фазочувствительный детектор, вход которого через усилитель подключен к выходу цатч ка, а выход - к соединенным последовательно фильтру верхних и нижних частот, первому выпрямителю и первому интегратору, а также выходной индикатор и генератор несущей частоты, выход которого подключен к датчику и к фазочувствительному детектору отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при определении среднего и среднеквадратичного значений показателя длины волны, оно содержит включенные последовательно дифференцирующий блок, второй выпрямитель .и второй интегратор,

а также блок деления, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго интеграторов, а выход - к выходному индикатору, вход дифференцирующего блока подключен к выходу фильтра нижних частот.

2.Устройство по п. 1, отличак щ е е с я тем, что к выходам интеграторов подключены индикаторы визуального отображения хран5Ш1ИХся в них сигналов.

Ю