Устройство для гармонического анализа Советский патент 1943 года по МПК G01R23/16 G01B21/20 

Описывается устройство гармонического анализа, в котором для интегрирования исследуемой функции, преобразованной в световой поток, применен фотоэлемент. В таком устройстве согласно изобретению для умножения ординат исследуемой функции на ординаты синусообразной функции на пути светового потока помещен экран с переменно вдоль оси абсцисс прозрачностью.

Для создания светового потока используется электронный осциллограф с разверткой, дающей свечение по всей площади исследуемой кривой, а экран выполнен с прозрачностью, изменяющейся по синусообразной функции 1 -|- Sin КХ.

Для создания светового потока может быть также использован непрозрачный шаблон исследуемой функции, помещенной на пути пучка параллельных лучей с возможностью изменения масштаба оси абсцисс путем поворота щаблона на тот или иной угол.

Наконец электронный осциллограф может быть использован для создания светящегося по всей площади изображения синусообразной функции 1 + Sin КХ, а экран выполнен с прозрачностью, изменяющейся вдоль оси абсцисс соответственно исследуемой функции.

Изложенная сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на фиг. 1 которого изображена перспективная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3, 5 и 7-пояснительные диаграммы; на фиг. 4 - электрическая схема устройства; на фиг. 7 - схема второго варианта устройства; на фиг. 8-графическое изображение схемы по фиг. 7 в плане; на фиг. 9-диаграмма полупрозрачной диафрагмы для этого варианта; на фиг. 10 - вид проекционного экрана по третьему варианту; на фиг. И-диаграмма полупрозрачной диафрагмы по третьему варианту.

На экране электронного осциллографа / периодическое изменение функции f(t) отображается в виде светящейся поверхности, ограниченной контуром функции / (х). Оптическая система 2 проектирует контурную осциллограмму на полупрозрачную диафрагму 3. При постоянной

№ 62676

яркости свечения световой поток, падающий на диафрагму, пропорцпонален / (А ) dx. Изменение прозрачности диафрагмы вдоль оси X заJ о

дано сину.сообразпой функцией (1 + Sin/CA), показанной на нижней части фиг. 2, в этой формуле /С-порядок исследуемой гармоники; на верхней части фиг. 2 изображена схематически диафрагма, изменяющаяся прозрачность которой условно показана изме ением густоты вертикальной штриховки.

Вследствие этого световой поток, проходящий через диафрагму,

f f(x)(KX + ....(l).

будет пропорционален

J о

Параметры схемы подбираются так, чтобы изображение точки О совпало с точкой 0-2 - началом координатной системы диафрагмы, и ось X изображения контура совпадала с осью X диафрагмы.

В устройстве предусмотрена возможность изменения .масштаба оси X контура осциллограммы и его смещение вдоль оси X.

Для определения коэффициентов Оп и Ьп до /С-го порядка включительно диафрагма выполняется так, что длииа периода синусоидальной функции, отображенной изменением прозрачности, равна- .

диафрагмы должна быть не .меньше (1-|).

Высота диафрагмы предопределяется воз:можным макси.мальным значением / (х) на контуре осциллограммы.

Изменением смещения контура осциллограммы относительно начала отсчета О достигается изменение угла ф от О до - . При ф 0;

ф Рк ; значение интеграла (I) соответственно пропорционально п (2 Зп + К), п (2 ао + Ak, п (2 an + ak.

Фотсэлс.мслт 5 служит в предлагае.мом интеграторе индикаторо.м и световой поток, падающий на него через оптику 4, является интегрируе.мой величиной.

Определение коэффициентов «п п , и An состоит в измерении фототока при масштабах изображения контура осциллогра.ммы, которые

равны - , и соответствующих с.мещениях изображения. k

Для удобства измерений в схему вводится автоматическая компенсация величины л 2 ао.

Осциллограмма в виде флуоресцирующей поверхности, ограниченной кривой / (..v) исследуемого периодически явления, получается следующим образом:

1.Двинсением электронного луча вдоль оси X управляет, как обычно, напряжение с формой кривой, показанной на фиг. 3.

2.Для управления движения луча вдоль оси У используется схема, которая изображена на фиг. 4. В этой схеме включена лампа с переменным коэффициентом усиления М. Возможный вид характеристики лампы показан на фиг. 5. Напряжение Usg ф (t) имеет форму кривой, изображенной на фиг. 6, где LJsgni - амплитудное значение напряжения.

Изменения масштаба оси X на экране осциллографа / при постоянном базисе контура осциллограм.мы осуществляется изменением частоты напряжения развертки (фиг. 3), а при постоянной частоте развертки- изменением амплитуды напряжения развертки.

В другом варианте (фиг. 8) предлагаемого устройства осциллограф отсутствует. Непрозрачный контур анализируемой функции / (х) укреплен на тонкой прозрачной пластинке К (шаблона), поворотной вокруг оси OOi. Пластинка /С с контуром функции освещается пучком параллельных лучей от специального осветителя. На полупрозрачном втором экране 5 получается изображение контура функции в В15де равномерно освещенной поверхности, ограниченной кривой f (х. Длина базиса LK изображения контура функции на экране 5 равна, L cos 0k, где 0k - угол поворота пластины К. Это изображение контура функции проектируется оптической системой 2 на полупрозрачную диафрагму 3. Закон изменения прозрачности диафрагмы Л (фиг. 10) задан функцией

В Г1 -4- Sin ( ф) , где В- коэффициент прозрачности, - - масштаб

изображения контура функции на диафрагме. Точка О изображения функции совмещена с точкой О), которая принимается в качестве фиксированного начала координат для диафрагмы ,. Диафрагма 3 может быть смещена так, что точка Oi совпадает с О, и точка Oj совиадает с точкой 01. Таким образом, смещением диафрагмы относительно О от О до

i-г.,.

Л -достигается изменением тла от НУЛЯ до- . Световой поток, 4К- -2

падающий на диафрагму, пропорционален / (.Y) dx; где LI

L Cos 0. Сетовой иоток после диафрагмы пропорционален

L,X

(х) 1 + Sin (К +ф)л-.

Устанавливая соответствующие значения LI и гр, можно определить коэффициенты ряда Фурье функции f (х). Для этого достаточно иметь характеристику фотоэлемента 5, который воспринимает световой поток после диафрагмы. Фототок измеряется гальванометром 6 (фиг. 8 и 9).

В третьем варианте предлагаемого устройства синусообразиая функция 1 -J- Sin КХ отображается на экране электронного осциллографа 7 в виде флуоресцирующей поверхности, ограниченной контуром функции. Оптическая система 2 проектирует эту контурную осциллограмму на полупрозрачную диаграмму 3. Закон изменения прозрачности диафрагмы вдоль оси X задан анализируемой функцией f (х) (фиг. 7). В остальном этот вариант подобен первому.

На чертеже Н - высота пластинки К, 0п , 0т - различные значения угла 0, а L п и Lm -длины базиса, зависящие от величины угла 0.

Пред мет изобретен и я

1.Устройство для гармонического анализа, в котором для интегрирования исследуемой функции, преобразованной в световой поток, при.менен фотоэлемент, отличающееся тем, что для умножения ординат исследуемой функции на ординаты синусообразной функции, на пути светового потока помещен экран с переменной вдоль оси абсцисс прозрачностью.

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что для создания светового лотока служит электронный осциллограф с разверткой, дающей свечение по всей площади исследуемой кривой, а экран выполнен с прозрачностью, изменяющейся по закону синусообразной функции 1 + Sin КХ.

3.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем. что для создания светового потока служит непрозрачный шаблон иссле- 3 -Ло 62676

дуемой функции, помещенной на пути пучка параллельных лучей с возможностью изменения масштаба оси абсцисс путем поворота шаблона на тот или иной угол.

4. Форма вынолнения устройства по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что электронный осциллограф служит для создания светящегося по всей площади изображения синусообразной функции 1 + Sin КХ, а экран выполнен с прозрачностью, изменяющейся вдоль оси абсцисс соответственно исследземой функции.

ч5

fuz.S

(2

VuzS%

fu3.3

А осцилло рощи

y tj/rt

fueS