Фотоэлектрический анализаторСпЕКТРА Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к электроизмерительной технике,предназначено для одновременного анализа первой, второй и третьей гармоник различных исследуемых процессов и может быть применено, в частности в аппаратуре гармонического анализа для экспериментальных исследований нестационарных характеристик моделей перспективных летательных аппаратов,в аэро динамических трубах методом вынужден ных колебаний. Известны анализаторы,которые содержат аттенюатор, две пары перемножающих мостов,каждая из которых имеет свой осветитель,а его светонепроницаемый модулятор выполнен в виде цилиндйзических эксцентриков,с экстремумами, сдвинутыми друг относитель но друга на угол 90°. Кроме того,в схему анализатора введен мост постоянного тока с фоторезисторами,освезда емыми осветителем фоторезисторой пер вой пары перемножающих мостов,выход этого моста подключен к осветителю фоторезисторов второй пары перемножа щих мостов,при этом выход ее синфазн го моста соединенс сумматором,ко второму входу которого подключен выход аттенюатора fl. Недостатком этих анализаторов является неприспособленность для анализа третьей гармоники исследуемого процесса,что. необходимо для выявления более тонкой его гармонической структуры. Присутствие в схеме дополнительного моста постоянного тока с фоторезисторами,не участвующего активно непосредственно в операциях умножения исследуемого сигнала на гармонические составляющие,что необходимо при разложении его в ряд Фурье, а также наличие двух осветителей,питаемым постоянным и переменным сигналами, вносит в работу анализатора погрешности, снижающие точность его работы. Цель изобретения - повышение точности анализа. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор,содержащий перемножающие мосты с фоторезисторами,соответственно по два в канале каждой гармоники,светооптический преобразователь, связанный с фоторезисторами всех мостов,задатчик вынужденных колебаний, механически связанный со светооптическим : преобразователем ц с преобразователем на грузок,выходы которого через тензоусилитель подключены ко входам аттенюатора и обо мостов.канала первой гармоники,сумматоры, интеграторы, выходы которых соединены о блоком регистрации,при этом выходы синфазного,моста канала первой гармоники подключены ко входам первого интегратора и одновреме но ко входам обоих мостов канала второй гармоники .выходы квадратурных мостов каналов первой и второй гармоник подключены ко входам второго и третьего интеграторов,выходы синфазного моста канала второй гармони ки соединены со входами первого сум матора , другие входы которого соединены с выходами аттенюатора,а выходы подключены ко входам синфазного моста канала третьей гармоники и ко входам четвертого интегратора,выходы квадратурного моста канала второй гармоники соединены также со входами квадратурного моста канала третьей гармоники,введено еще два перемножающих моста на фоторезисторах, входы одного из которых подключены к выходам первого сумматора,а входы другого соединены со входами квадратурного моста канала третьей гармоники,причем выходы мостов последнего подключены через второй сум матор ко входам пятого интегратора, а выходы введенных мостов подключены через третий сумматор ко входам шестого интегратора. На фиг.1 изображена принципиальная схема трехгармоничного анализатора; на фиг,2 .- светооптическйй преобразователь,общий вид. Трёхгармоничный анализатор (фиг.1) содержит задатчик 1 вынужденных колебаний,преобразователь 2 нагрузок|Тензоусилитель 3,аттенюатор 4, перемножающие мосты 5-1 - 5-8 светооптическйй преобразователь б, сумматоры 7-9,интеграторы 10-15 и блок 16 региоэградии. Светооптическйй преобразователь (фиг.2) включает в себя осветитель с линейным конденсором 18,светонепроницаемый модулятор 19 в виде двух цилиндрических, эксцентриков,с эксстремумами,сдвинутыми друг отно)сительно друга на угол 90°,и фоторе зисторы перемножающих мостов 5-1 5-,8. . Работает трехгармоничный анализа тор следующим образом. -. Анализируемый сигнал,пропорциона ный исследуемым воздействующим иагрузкам,снимаемый с выхода тензоусилителя 3,например в виде напряжения U(t),можно представить в виде ряда Фурье . , U(t)AgtE(o(sinoat-«-t)cosnifl)i) где, AQ - постоянная составляющая с нала; а, Ь -синфазная и квадратурная составляющие анализируемо сигнала (коэффициенты ряда Фурье) п -номер гармоники; (JO -круговая частота. Этот сигнал поступает на входные диагонали мостов 5-1 и 5-2,а также на аттенюатор 4. При вращении светонепроницаемого модулятора 19 светооптического преобразователя 6 с постоянной угловой скоростью я) световые потоки,падающие от осветителя 17 с линейным конденсором 18 на светочувствительные площадки фоторезисторов мостов 5-1 5-8,модулируются по гармоническим законам первой гармоники,что приводит к соответствующему дифференциальному изменению сопротивлений этих фоторезисторов,а именно: в мостах 5-1,5-3,5-5 и 5-7 R(t)Rp+AR,,(2) в мостах 5-2,5-4,5-6 и 5-8 R(t)Ro+AR coseat,(3) где RQ - среднее значение сопротивления фоторезистора; AR - максимальное значение приращения сопротивления фоторезистора,В перемножающих мостах 5-1 - 5-8 реализуется свойство омических мостов осуществлять умножение сигнала (напряжения) во входной диагонали на функцию изменения сопротивлений активных плеч с фоторезисторами, В соответствий с этим на выходе мостов 5-1 и 5-2 канала пеовой гармоники .() анализатора получаем сигналы,пропорциональные: для моста 5-1 Щ (t)U{t)sin((t| (4) для моста 5-2 Uo(t) U{t)cos(2)t. - (5) Выход моста соединен со входом мостов 5-3 и 5-4 канала, второй гармоники () анализатора,поэтому на выходе последних получаем сигналы, пропорциональные: для моста 5-3 U3(t)U(t)sln(ot sin(0t U(t), (6) для моста 5-4 U4(t)U(lJ«lnart .cose2 t U(trS:in2C85t, (7) Сигнал с выхода моста 5-3 подается на первый вход сумматора 7,на второй вход которого поступает в противофаэе сигнал с аттенюатора кратный U(t)/2. В результате на выходе сумматора 7 получаем сигнал,пропорциональ« )H UttteAt -(l-as-in at)SiJ(t) , (8) Сигнал с выхода сумматора.подается на входы мостов 5-5 и 5-8,а сигнал с выхода Moc-i a 5-4 - на входы мостов 5-6 и 5-7. В итоге на выходе мостов 5-5 - 5-8 а канале третьей гармоники () анализатора получаем сигналы, пропорциональные : для моста 5-5 Ug (t)U(t)cos2aW: sineot для моста 5-6 и, (t) U(t)8in2(fl)t coscot ПО) для моста 5-7 UQ(t) U(t)sin2at sinfflt (11) для моста 5-8 UQ(t) U(t) cos2ei)t. cosa)t Выходные сигналы мостов 5-5 и 5-6 согласно 5-7 и 5-8 встречно попарно подключены ко входам сумматоров 8 и 9,на выходе которых получаем: для сумматора 8 . . (t)5 U(t)cos 2(fl)t sincfl t+ 4.sin2a i:-COS« tJ U(t)Sin3cut . (i3) для сумматора 9. Ц, (t) U(t) fei n 2aut-Sin oot-COS20lrt;COS« t SU(t)Cpl-3tt)t 04j После интегрирования в интеграторах 10-15 выражений (4),(5),(7), (8), (13) и (14) получаем коэффициенты ряда Фурье а,Ь ,ад.,Ь,а,bj ,регистр руемые блоком 16. . Таким образом,при непрерьшном вращении вала дадатчика 1 с угловой скоростью а на вЕоходе предлагаемого анализатора одновременно измеряются коэффициенты ряда Фурье первой,второй и третьей гармоник. За счет обес печения строгой синхронности во всех трех кансшаис анализатора,точность его работы достаточно высока. Формула изобретения Фотоэлектрический анализатор спек тра, содержащий перемножающие мосты с фоторезисторами,соответственно по два в каждом канале гармоники,светооптический преобразователь,связангный с фоторезисторами всех мостов, . задатчик вынужденных кйлебаний,механически связанный со светооптическим преобразователем и с преобразователем нагрузок,выходы которого че-. рез тензоусилитель подключены ко ; входам аттенюатора и обоих мостов, канала первой гармоники,сумматоры, интеграторы,выходы которых соединены с блоком регистрации,при этом выходы синфазного моста канала первой гармоники подключены ко входам первого интегратора и одновременно ко входам обоих мостов канала второй гармоники,выходы квадратурных мостов каналов первой и второй гармоник подключены ко входам второго и третьего интеграторов,выходы синфазного моста канала второй гармоники ;соединены со входами первого сумматора, другие входы которого соедине:ны с выходцами аттенюатора, а выходы подключены ко входам Ьинфазного моста канала третьей гармоники и ко входам четвертого интегратора,выходы квадратурного моста канала второй гармоники соединены также со входами квадратурного моста канала третьей гармоники, отличающийс я тем,что, с., целью повышения точности анализа,в него введены ещё два перемножающих моста на фоторе исторах,входы одного из которых под- ключеиы к вшсода( первого сумматора, а входы другого соединены со входами квадратурного моста канала третьей гармоники,причем выходы мостов последнего подключены через второй сумматор ко входам пятого интегратора, а введённых мостов подключены через третий сумматор ко вхо дам шестого интегратора. Источни си информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №599230, кл. G 01 R 23/16, 1978.