Многоканальный гармонический анализатор Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для гармонического анализа различных процессов и может быть использовано, в частности, при исследованиях нестационарных характеристик летательных аппаратов (коэффициентов вращательных производных) в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является эадатчик вынужденных колебаний, связанные с ним два подключенные к источнику постоянного напряжения моста с фоторезисторами оптико-механического узла и четырьмя излучателями в сфседних пле.чах, причем излучатели каждого из этих мостов оптически дифференциально сопряжены с фоторёзйсторами соответствующих плеч перемножающих мостов множительно-суммирующего блока, связанного через интеграторы с регистратором 1.

Анализируемый сигнал вводится в схему электрическим путем, а именно подключением к общим диагоналям перемножающих мостов канала первой гармоники, в то время как необходимые синусно-косинусные - функции первой

гармоники синхронно задаются оптическим путем. Этот -анализатор позволяет вести одноканальный параллельный полигармониЧеский анализ, но не многогармонический и многоканальный.

Целью настоящего изобретения является повышение точности анализа.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном гармони10ческом анализаторе, содержащем задатчик вынужденных колебаний, связанный с ним преобразователь нагрузок, выполненный в к г1ждомканале в виДе подключенного к источнику постоянно1го напряжения моста с тензорезистора15ми и осветителями в плечах, оптически связанными через конденсатор, и синхронизированный с задатчиком вынужденных колебаний световой модуля20тор оптико-модулирующего блока, выполненный в виде эксцентриков с экс.тремум 1ми,сдвинутыми друг относительно друга на ЭО®, с фоторезисторами синфазного и квадратурного индика25торных мостов постоянного тока, выходные диагонали которых через соот- ветствуницие интеграторы связаны с регистрирукяцими приборами, в каждом канале осветители моста преобразова30 ,теля нагрузок и фоторезисторы йндикаторных мостов расположены в двух ячейках оптико-модулирующего узла анализатора, в котором каждый осветитель сопряжен с парой фоторезисторов разных индикаторных мостов через сты эксцентриков светового модулятора, причем количество таких стыков соответствует числу осветителей и пар фоторезисторов и равно 2-К,(где К число каналов).

На фиг.1 представлена структурная схема многоканального гармонического анализатора; на фиг-2 - принципиальная электрическая схема одного канала анализатора; на фиг.З - оптико-модулирующий узел, общий вид.

Многоканальный гармонический анализатор (фиг.1) содержит задатчик вы нужденных колебаний 1, преобразователь 2 нагрузок и индикаторную часть 3/ причем взаимносопряженные элементы двух последних размещены в одном оптико-модулирующем блоке 4, включающем также световой модулятор 5, комплекты интеграторов 6 и регистрирующих приборов 7, источник постоянного напряжения 8. Электрическая схема анализатора состоит из кратного числу каналов количества аналогичных цепей. Каждая из них, помимо названных элементов, включает (фиг.2) измеритель нагрузок.9, обычно в виде упругого элемента с тензорезисторами 10 и 11, которые дифференциально воспринимают нагрузку и включены в два плеча моста 12, имеющего в двух других плечах осветители (например, л&мпы накаливания) 13 и 14, два моста 15 и 16 с фоторезисторами 17-20 в активных и резисторами 21-24 в пассивных плечах. Соответствующие интеграторы 6 и регистрирующие приборы 7 соединены последовательно с выходными диагоналями мостов 15 и 16, выходные диагонали которых наряду с мостом 12 подключены к источнику постоянного напряжения 8, Осветители 13 и 14 соответствующим образом оптически связаны с фоторезисторами 17-20, при этом и те и другие расположены в оптико-модулирующем блоке 4 и отделены друг от друга световым модулятором 5, который вместе с измерителем нагрузок 9 сопряжен с задатчи1 ом вынуаденных колебаний 1. Все .аналогичные элементы схемы имеют идентичные параметры. Оптико-модулируюЩий блок 4 (фиг.З) содержит закли1ае.нные в единый светонепроницаемы корпус оптоэлектронные ячейки, кажда из которых содержит элементы преобразователя 2 нагрузок, а именно осветители 13 и 14, причем для создания равномерных их световых потоков служит оптический конденсатор 25 и фоторезисторы 17-20 моЗтов 15 и 16 индикаторной части 3, световой модулятор 5, имеющий коленчатое исполнение в виде цилиндрических эксцентрисов, экстремумы которых сдвинуты в пространстве на угол квадратуры, т.е. на 90, а диаметр равняется высоте светочувствительной площадки фоторезистора. Точки соприкосновения взаимоквадратурных эксцентриков, причем число таких стыков равняется 2-К,где К - число каналов, .а также соответствующих пар (17 и 18, 19 и 20) фоторезисторов, совпадают с оптическими осями осветителей 13 и 14, при этом для исключения взаимовлияния световых трактов служат непрозрачные ширмы 26, образующие отдельные оптоэлектронные ячейки, в которых, в частности, осветитель 13 связан с фоторезисторами 17 и 18, а осветитель 14, в свою очереди, с .фоторезисторами 18 и 20.

Многоканальный гармонический анализатор работает следующим образом.

Закон изменения исследуемой нагрузки Ptt), воздействующей на измеритель нагрузок 9 в каком-либо, канале анализатора, можно предста-, вить в виде разложения в ряд Фурье:

Pit) -АО + 2 (a,sinVioyt- -by,c05Huut), АО - постоянная составляющая; а и Ь - коэффициенты ряда Фурье; И - номер гармоники; Ш- круговая частота. Пропорционально этой нагрузке и . дифференциально-противоположно изменяются сопротивления тензорезисторов моста 12:

I .

1,11

4t)-Roiu.Rpi:PWl,

Rp - среднее значение сопро0 гДе тивления тензорезистора; ARptP(t) изменение приращения это го сопротивления. Поскольку мост 12 питается постоянным напряжением, это влечёт к соответствующему изменению освещенности осветителей его плеч, а именно:

где Е- среднее значение освещённости осветителей 13 и 14; uEjPtt)-изменение приращения этой освещенности. , Каждый из .осветителей 13 и 14 оптически сопряжен с парой фоторезисторов мостоэ 15 и 16,через световой модулятор 5, который при своем вращении меняет площадь перекрытия светочувствительных площадок фоторезисторов ПС синусно-косинусным законам, например, основной гармоники (и 1) -siniWt и CostDt . Это прй&одит к изменениям световых потоков, пропорциональных произведениям законов колебаний освещенносТ,ей осветителей на законы перекрытия , светочувствительных площадок фото- . резисторов, падающих на последние, и, в конечном итоге, к соответствующему изменению сопротивлений фоторезисторов 17-20.

(t)-R±ARtP(t)&bcyi ; . R(i)--R±,RCPa)co5(flrt3,

где R - среднее значение сопротивления фоторезистора; (t))tl и uRi;p(t)co5U)-t3- изменение приращения его

сопротивления.

Так как входные диагонали мостов 15 и 16 питаются постоянным напряжением U г с их высокоомных выходных диагоналей снимают электрические сиг налы, пропорциональные функциям изменения сопротивлений элементов активных плеч,

(t)P(-t) U,i(t)P(t)C05U)t.

После интегрирования в интеграторах 6 этих сигналов получают коэффициенты ряда Фурье основной гармони ки,фиксируемые регистрирующими прибо{)ами 7. Аналогичным образом осуществляется работа во всех каналах анализатора.

Изменяя круговую частоту оборотов светового модулятора 5 согласнЬ с частотой задатчика вынужденных .колебаний CU в пределах -f Ц И определяют коэффициенты ряда Фурье желаемого порядка гармонического спектра (alj , b ,. . . а,, by) i с учетом которых находим, в частности, коэффициенты вращательных производных, исследуемых на разных канала.х анализато1)а нагрузок, в качестве которых могут выступать не только аэродинамичес;кие силы, но и любые механические воздействия.

Устройство ализатора как конструктивное, так и схемное, принципиально просто и оптимально для задач параллельного синхронного анализа при многоточечных исследованиях, что обеспечивает предлагаемому существенное отличие от известного, при этом воплощение в нем в оптикомэделирующем узле принципа оптического умножения анализируемого сигнала на синусно-косинусные зависимости требуемого порядка исключает погрешности электрического происхождения за счет взаимовлияния отдельньк элементов схемы, повышает в целом точность работы анализатора и достоверность получаемых результатов .

Формула изобретения

Многоканальный гармонический анализатор, содержащий задатчик вынужденных колебаний, связанный с ним преобразователь нагрузок, выполненный в каждом канале в виде подключенного к источнику постоянного напряжения моста с тензорезисторами и осветителями в плечах, оптически связанными через конденсатор, и синхронизированный с задатчиком вынужденных колебаний световой модулятор оптико-модулирукнцего блока, выполненный в виде эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми дрУЕ- относительно друга на 90, с фоторезисторами синфазного и квадратурного индикаторных мостов постоянного тока, выходные диагонали которых через соответствующие интеграторы связаны с регистрирующими приборами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, в нем в каждом канале осветители мота преобразователя нагрузок и фоторезисторы индикаторньс-: мостов, расположены в двух ячейках оптико-модулирующего блока анализатора, в Котором каждый осветитель сопряжен с пар фоторезисторов разных индикаторных мотов через стык эксцентриков светового МО дуля тора, причем количество таких стыков соответствует числу осветителе и пар фоторезисторов и равно 2-К (где К - число каналов).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2801216/21, кл G 01 R 23/16, 24..07.79.

П

J3

гв

18

го