Фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06G9/00 

54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к аналогоBbJM электромеханическим устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических электрических сигналов, про порциональных функциям s i n ntot и cos nwt (где. n 1, 2, 3, ... - номер гармоники) и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа для определения динамических характеристик различных объектов активным способом, например, для исследования нестационарных характерно гик летательнЕЛХ аппаратов в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний. Известен электромеханический генератор полигармонических сигналов, содержащий фоторезистивные мосты, источник питающего напряжения, осветители с конденсорами, оптико-механический модулятор, включающий модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными профилями, число которых соответствует числу генерируемых гармонических зависимостей и числу пар фоторезистивных мостов PJ . Нужные порядки генерируемых сигналов обеспечиваются соответствующим модулированием световых потоков фоторезисторов, включенных в одинарные мостовые схемы, посредством оптико-механического модулятора с фигурньми светонепроницаемы йи профилями, расположенными на прозрачном диске, вращаемом с постоянной угловой скоростью. Недостатком такого генератора является сравнительная сложность конструктивной реализации генератора при достаточно большом числе гармоник генерируемых сигналов, в основном за счет увеличения габаритов оптико-механического модулятора, так как с ростом количества .гармоник существенно возрастает дигметр диска и при этом возникают погрешности при размещениина нем фигурных светонепроницаемых профилей, а также за счет трудности оптического согласования их с фоторезисторами зрлектрических мостовых схем. Кроме того, для ряда высших гармоник, например, с порядковыми номерами 7, 11 и т.д., значения углов соосного смещения светонепроницаемых профилей выражаются иррациональными числами, что приводит к дополнительной методической погрешности генератора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гейератор полигармонических синусно-косинусных сигналов 2, содержащий 2-п дифференциальных фоторезистивных моста, соединенных попарно общими Щиа оналями, фоторезисторы мостов yc тановлены встык в два ряда вдоль оси светонепроницаемого модулятора, выполненного в виде двух цилиндрических светонепроницаемых эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90, и сопряжены оптически с осветителем чере установленные последовательно конденсор и модулятор, ось вращения которого связана с приводом, в множительный блок высших гармоник () дополнительно введены 2 (п-1) дифференциальных фоторезистивных мостов, подобные основным мостам, и столько же сумматоров, общие диагонали пар мостов подключены соответственно в канале первой гармоники к источнику постоянного напряжения, в канале второй гармоники к выходным диагоналям мостов канала первой гармоники, а, начиная с канала третьей гармоники и выше, к паре сумматоров канала предшествующей гармоники, выходные диагонали мостов каждой пары в каналах высших гармоник подключены к двум входам соответствующего сумматора, причем в синусном тракте синфазно, а в косинусном в противофазе, выходные диагонали мо тов канала первой гармоники и выходы сумматоров высших гармоник соединены с выходг1ми генератора. Недостатком такого устройства яв ляются погрешности в синхронизации синусно-косинусных сигналов, т.е. и за несовпадения их начальных фаз, существенно возрастающих с увеличением числа полигармонических зависи мостей, что приводит к появлению пр цессов биения в выходных сигнгшах, учитывая заложенный в основу работы генератора принцип перемножения синусных и косинусных составляющих ка дого гармонического сигнала с после дующим их суммированием. Эти негативные качества у генератора возникают за счет того, что фоторезисторы всех электрических мостов располагаются в едином модулирую.щем узле и при этом конструктивно трудно (практически невозможно при большом числе генерируемых сигналов выдержать строгое расположение всех фоторезисторов в одной плоскости.По этой причине сокращается число гене рируемых гармонических сигналов и снижается точность работы генератор Целью изобретения является повышение точности генерирования полигармонических сигналов. Поставленная цель достигается т что .в фотоэлектрический генератор олигармонических сигналов, содеращий первый и второй преобразующие осты, соединенные общей диагональю, которой подключены -выводы источника постоянного напряжения, другие диагонали первого, второго преобразующих мостов являются соответственно синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, в два смежных плеча .каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирукнцие цилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель, и множительный блок на фоторезистивных мостах, электрические входы которого соединены с соответствующими синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, а выходы которого являются синусными и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока. На фиг. 1 представлена общая схема генератора; на фиг. 2 показано расположение фоторезисторов преобразующих мостов относительно модулиРУющих цилиндров, где показаны привод. 1, преобразующие мосты 2, 3, множительный блок 4 на фотгорезистивных мостах 5, содержащих фотореэисторы 6 и резисторы 7, модулирующие цилиндры 8, ось вращения 9 которых связана с осью привода 1, осветитель 10, конденсор И. Преобразующие мосты 2, 3 содержат в двух смежных плечах фоторезисторы 12, а в других двух смежных плечах источники света 13, 14, 15, 16, общая диагональ преобразующих мостов 2 и 3 соединена с выводами источника постоянного напряжения 17. Генератор работает следующим образом. Известно, что световой поток (ф) осветителя и освещенность фоторезистора связаны следующим выражением Ф SE, где S - площадь освещаемой части светоч.увствительной площадки фотореэистора; Е - освещенность фоторезистора. при вращении приводом 1 вала 9 с постоянной угловой скоростью из г 1одулирующие цилиндры 8 будут перекрывать световой поток, падающий от осветителя 10 с Е const на светочувствительные площадки фотореэисто ров 12, т.е. изменять площадь ( var) освещаемых их частей (фиг. 1) соответственно в каждой паре (I и И вертикально стыкующихся фотореэисто ров, по следующим законам: Sj (t) Se±AS(sInwt), S| (t) g uS(coswt) , где SQ - начальная освещаемая площадь, которую удоб но приравнивать к половине светочувствительной площадки фоторезистора 12; AS((ot),iSicoew.b изменение освещаемой площадки фоторезистора 12. Соответственно попарно дифференциально будут изменяться сопротивле ния фоторезисторов 12, включаемых в смежные активные плечи преобразующих мостов 2 и 3, например R4(t) RO± uR(s i nut) , Ri(t) Rot &R(cosc,)t) , где RO - сопротивление фоторезистора при освещении половины его светочувствительной площад-. ки; &R(),&&()- изменение приращения сопротивления фоторезистора. Согласно известному свойству четырехплечных омических мостов, сигналы, снимаемые с их выходных диаго налей, пропорциональны произведению сигналов, подключаемых к входным ди гоналям, на функцию изменения .приргццений сопротивлений активных плеч В результате этого сигналы выход ных диагоналей мостов 2 и 3 питаемых постоянным напряжением U, будут про порциональны Uii,(t) sinuK, U3,(t) со Slot, и в итоге получаем на выходе генератора электрические синусно-косинус ные сигналы основной гармоники . Кроме того, согласно законам изменения сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной половины мостов 2 и 3, будут изменяться токи в пассивных смежиых плечах другой по ловины этих мостов, что вызовет соответствующее изменение освещенности () стоящих в них осветителей 13 14, 15, liS, а именно (t) . EotAE()t), E,,Tb(t) - Eet:AE(cosU)t) , где EO среднее значение освещенности осветителя ; &Е(94ПС| 1),&Е(со9ш1) изменение приращения его освещенности. Таким образом, мосты 2 и 3 реали-зуют функцию генерирования электрических синусно-косинусных сигналов основной гармоники и функцию преобразования этих сигналов в изменения освещенностей осветителей 13, 14, 15, 16. Осветители 13, 14, 15, 16 мостов 2 и 3 оптически связаны с фоторезисторами 6 мостов 5 множительного блока 4, позтому происходит соответствующее изменение световых потоков, падающих на светочувствительные пло-. щадки фоторезисторов 6 при неизменной освещаемой их площадки (S-const), что приводит к пропорционёшьному изменению их сопротивлений фоторезисторов) () R, (t) Ro±AR(cosUlt) . Входные диагонали перемножающих мостов 5 в канале каждой из высших гармоник п.подключены попарно к электрическим сиаусно-косинусным сигналам предыдущей гармоники (п-1), т.е. к sin(n-1)U)t и. cos (п-1 )u)t. В соответствии с вышеупомянутым свойством четырехплечных мостов, с выходных диагоналей этих мостов снимаются электрические сигналы, пропорциональные, в частности, для случая генерирования сигналов второй гармоники () и (t) si nu)t. s i nu)t, U(t) .s i nwt, U(t) coscot «coscjt, U( t) s nU)t COS(jjt . Сигналы с выходов одной пары мос тов 5 подаиотся в противофазе на два входа соответствующего сумматора, на выходе которого получаем электрический сигнал, проперциональный U5( t) t - sirtbt cos2a)t. Сигналы с выходов другой пары мостов 5 подаются синфазно на два входа другого сумматора и на его выходе имеемUjJ t) cosuts i h(jt + s i.nti) г s2 SirrJwt/S s i n 2wt. В результате на выходе генератора получаем электрические сигналы, Кратные sin2( и cos2u)t. Подобным образом получаем на выходе генератора электрические синуснокосинусные сигналы любой высшей гармоники п. Это достигается тем, что на входы сумматора синусного тракта этой гармоники п с соответствующих перемножающих мостов 5 синфазно подаются сигналы, пропорциональные cos (п-1 )i«)tx xsinwt и s i п (п-1 )cot. cosut, и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный s i n ncJt. Соответственно на входы сумматора косинусного тракта гармоники п подаются в противофазе сигналы, пропорциональные sin(n-1)U)tx xsincot и cos (п-1 )u), и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный cos nO)t. jaKHM образом, при вращении, вала с .постоянной угловой скоростью , н выходе генератЬра с высокой точность получаем полигармонические синуснокисинусные электрические сигналы пра тически любого требуемого порядка. Ввиду расположения фоторезисторов 6 перемножающих мостов 5 совместно с осветителями 13,14, 15,16 в четырёх отдельных оптоэлектронных узлах, обеспечивается строгая синхронизация всех реализуемых в устройстве генера тора гармонических зависимостей, а в итоге повышается точность работы генератора полигармонических сигналов . Формула изобретения Фотоэлектрический генератор поли гармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие мосты соединенные общей диагональю, к кот рой подключены выводы источника постоянного напряжения, другие диагонали первого и второго преобразующи мостов являются соответственно сину ным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, в два смежных плеча ка хдого из преобразую щих мостов включены фоторезисторы, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вра1дения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирукнцие цилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель и множительный блок на фото резистивных .мостах, электрические входы которого соединены с соответствующими синусным и косинуснь5м выходами гармоник первого порядка генератора, а выходы которого являются синусными и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности работы генератора, в него введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответствукидие плечи фоторезистивных мостов множительного блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 517030, кл. G Об G 9/00, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР tio заявке 2478389/18-24, кл. G 06 G 9/00, 1977.

01

Ml

I tt

; .../,/

f

.. .47/.1690

П

12

П