Полигармонический синусно-косинусный генератор Советский патент 1982 года по МПК G06G9/00 

I

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислительным устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических сигналов, пропорциональных функциям sin ncot и cos nojt, и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа для исследований частотных характеристик различных объектов активным способом, в частности при .изучении нестационарных характеристик моделей летательных аппаратов путем их продувок в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

Известны синусно-косинусные генераторы электромеханического типа, например, синусно-косинусные потенциометры и вращающиеся трансформаторы l .

Недостатком известных генераторов является то, что для задач генериро-. вания полигармонических синусно-косинусных сигналов они требуют применения соответствующих механических редукторов, вносящих в работу погрешности за счет люфтов, а также сложность конструктивной реализации при достаточно высоком порядке гармоник генерируемых сигналов.

Известны полигармонические синусно-косинусные генераторы с использованием таких элементов, как фоторезисторы 2J.

К недостаткам их следует отнести сравнительную громоздкость конструктивного исполнения, а также сложность электрической схемы, что приводит к дополнительным погрешностям и соответственно к снижению точности работы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие мосты, соединенные общей диагональю, к которой подключены выводы источника ,39 постоянного напряжения, другие диаго нали первого и второго преобразущих мостов являются соответственно синус ным и конусным 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 вращ ния связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсатором, на оптичес кой оси которого установлен осветитель и множительный блок на фоторезистивных мостах, электрические входы кото рого соединены с соответствующими си нусным и косинусным выходами гармони первого порядка генератора; а выходы которого являются синусными и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, кроме того, в него введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисто рами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока 3 Недостатками генератора являются погрешности за счет взаимовлияния каналов генератора, а также сложност его схемы из-за наличия таких дополнительных элементов, как сумматоры, не используемых активно непосредственно в операциях соответствующих фотоэлектрических преобразований, но вносящих в его работу дополнительные погрешности. Все это приводит к снижению точности работы генератора. Цель изобретения - повышение поме хозащищенности при генерировании полигармонимеских синусно-косинусных сигналов. Поставленная цель достигается тем что в полигармоническом синусно-коси нусном генераторе, содержащем механический эксцентриковый модулятор, ось вращения которого связана с осью привода, осветительный узел, состоящий из излучателя постоянной интенси ности, излучателей изменяемой интенсивности и выходного линейного конденсатора, и фоточувствительный узел 14 фоторезисторы которого расположены попарно встык в плоскости, параллельной оси вращения механического эксцентрикового модулятора, экстремумы цилиндрических эксцентриков которого сдвинуты один относительно другого на угол 90°, первые две пары фоторезисторов фоточувствительного узла включены соответственно в смежные плечи.первого и второго преобразующих мостов и оптически связаны через механический эксцентриковый модулятор с выходом излучателя постоянной интенсивности, в другие плечи первого и второго преобразующих мостов включены излучатели изменяемой интенсивности, первые диагонали обоих преобразующих мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диаго- . нали являются соответственно синусным и косинусным выходами канала генерации первой гармоники, остальные пары фоторезисторов фоточувствительного узла включены в плечи каждой пары суммирующих мостов, первые диагонали которых подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, излучатели изменяемой интенсивности первого и второго преобразукмЦих мостов оптически противофазно связаны с фоторезисторами соответствующих смежных плеч первой пары суммирующих мостов, вторые диагонали которых являются синусным и косинусным выхода-, ми канала генерации второй гармоники, а вторые диагонали всех последующих пар суммирующих мостов являются синусными и косинусными выходами каналов генерации соответствующих высших гармоник, в канал генерации каждой высшей гармоники, начиная со второй, кроме канала генерации последней высшей гармоники, введены по два осветительных моста, в смежные плечи которых включены два резистора и два излучателя изменяемой интенсивности, первые диагонали осветительных мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диагонали соед14нен ы с выходами каналов генерации соответствующей высшей гармоники, причем излучатели изменяемой интенсивности осветительных мостов расположены в осветительном узле и оптически противофазно связаны через механический эксцентриковый модулятор с фоторезисторами двух первых смежных плеч одного из пары суммирующих мостов и противофазно с фоторезисторами двух вторых смежных плеч другого из той же пары суммирующих мостов последующего канала генерации высшей гармоники. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого полигармонического синусно-косинусного генератора; на фиг. 2 - расположение его основных узлов , модулятора, осветител ного узла и фоточувствительного. Функциональная схема генератора (фиг. 1),содержит в канале первой гар моники два преобразующих моста 1 и 2соответственно с фоторезисторами 3- 6 и излучателями 1 - 10 изменяемой интенсивности в плечах, а в каждом последующем канале - один суммирующий мост 11 с фоторезисторами 1215 и другой суммирующий мост 1б с фоторезисторами 17 20 в плечах и, кроме того, за исключением канала гармоники высшего порядка, два осветительных моста 21 и 22 с резисторами 23 26 и излучателями 27 - 30 изменяемой интенсивности в плечах, связанных общими диагоналями с соответствукнцим суммирующим мостом 11 или мостом 16. Входные диагонали всех мостов подключены к выходам источника постоянного напряжения 31 а выходные диагонали преобразующих мостов 1 и 2 и соответствующих сум Мирующих мостов 11 и 16 образуют синусные и косинусные выходы генерируемых гармоник, которые выведены на общую панель выходов 32. Все фоторезисторы (фиг. 2) попарно размеще ны в фоточувствительном узле 33, который оптически связан через механический эксцентриковый модулятор 3t с выходом осветительного узла 35 который состоит из излучателя Зб постоянной интенсивности, излучателе 7.- 10 и 27 - 30 изменяемой интенсив ности и выходного линейного конденсатора 37 причем ось вращения механического эксцентрикового модулятора связана с осью привода 38. . Работа полигармонического синусно косинусного генератора осуществляется следующим образом. При вращении модулятора с угло вой скоростью СО площади перекрытия светочувствительных сл&еа фоторезисторов будут изменяться по синусно-ко синусным законам первой гармоники, например: .) sincot; (1) 5,6 ft)Sgi:&S . coscJt, (2) где SQ половина площади светочувствительного слоя фоторезистора. Известно, что в общем случае световой поток Ф, падающий от излучателя на светочувствительный слой фоторезистора, определяется следующим выражением:ф Е S где Е - освещенность излучателя; S - освещаемая площадь светочувствительного слоя фоторезистора. Поэтому изменения световых потоков, подающих от излучателя 36 (Е -const) на светочувствительные слои фоторезисторов мостов 1 и 2, будут пропорциональны синусно-косинусным функциям первой гармоники, что приводит к соответствующим изменениям сопротивлений фоторезис1оров, в частности:()о- sincot; (if) , 5,б()-Ко±йК. coscot, (5) где RQ - сопротивление фоторезистора при освещении половины его светочувствительного слоя. В результате этого сигналы, снимаемые с выходных диагоналей мостов 1 и 2, будут пропорциональны: U(t) suicot;(6) UjCt) coswt,C7) и в итоге на выходе генератора получаем синусно-косинусные сигналы первой гармоники ( п 1). Кроме того, согласно изменениям сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной половины мостов 1 и 2, будут изменяться токи в пассивных смежных плечах другой половины этих мостов, что приводит к соответствующим изменениям освещенностей их излучателей, а именно: Е.е Ct)EotuE -sincjtr (8) 9,10 (t)Eoi:uE cos cot, (9) где EQ - среднее значение освещенности излучателя. С учетом этого и принимая во внимание выражения (1), (2) и (3), изменения световых потоков, падающих на светочувствительные слои фоторезисторов мостов 11 и 12, приведут к слеующим изменениям их сопротивлении: Ri2 ъ (t)R(,tAR (sincot -coscjt); (10) R,5j4 (t)RotuR (coswt. -sincot); (11) 17 (8 (t)RoliR(coscjt cosiot); (12) Ct)RotuRCsincjt. sincjt). (13) Особенностью изменения сопротивлений фоторезисторов,образующих плеч мостов 11 и 12, является то, что в мосте 11 приращения сопротивлений противоположных плеч имеют одни и те же знаки (синфазы), в то время как в мосте 12 разные наки (противофазны). Согласно условию равновесия моста постоянного тока (принимая во внимание состояние высокоомности реального фоторезисторного моста, а также его нагрузки - осветительного моста) сигналы, снимаемые с выходных диагоналей мостов 11 и Ч 2, будут пропорциональны: U(t)R,i(t)-R,g(t)-R|3(t) R |4(t). cos cjt+cosoot sincotssin 2cot, U|2(t)(t)-R2o(t)Rt8(:t) KRi9 (t)scos tot-sin (ot cosCJt, откуда видно, что мост 11 является суммирующим, а мост 12 - разностным, при этом на выходе генератора получаем синусно-косинусные сигналы второй гармоники (. Эти сигналы подаются также на вхо ные диагонали осветительных мостов 21 и 22 канала второй гармоники, что приводит к кратным изменениям освеЩенностей их излучателей: 1728 (t)EoiaE . sin р6). (t)EofuE . cos 2Cot, (17) Аналогичным образом освещенности излучателей осветительных мостов 21 и 22 канала предпоследней гармоники (п-1) будут изменяться согласно следующим законам: 27,18 (t) sin(n-1)wt; (18) E29.3o(t)H+лБ cosfn-nwt П9) и на выходе соответствующих суммирую щего моста 11 и разностного моста 12 канала высшей гармоники п получим сигналы, пропорциональные: - и (t)Esin(n-1 )(ot- cosott +COS (n-1 )cot sinot sin not; и ,2. (t)scos (n-l )jt cosut-sin(n-1)totSinwts scos nut. 18 Таким образом, при вращении моду лятора 3 с угловой скоростью со на выходе генератора получаем электрические синусно-косинусные сигналы гармоники требуемого порядка с высокой степенью помехозащищенности, что обеспечивается электрической развязкой цепей отдельных каналов генератора за счет оптической связи между ними. Формула изобретения Полигармонический синусно-косинусный генератор, содержащий механический эксцентриковый модулятор, ось вращения которого связана с осью привода, осветительный , состоящий ий излучателя постоянной интенсивности, излучателей изменяемой интенсивности и выходного линейного конденсатора, и фоточувствительный узел, фоторезисторы которого расположены попарно встык в плоскости, параллельной оси вращения механического эксцентрикового модулятора, экстремумы цилиндрических эксцентриков которого сдвинуты один относительно другого на угол 90 , первые две пары фоторезисторов фоточувствительного угла включены соответственно в смежные плечи первого и второго преобразующих мостов и оптически связаны через механический эксцентриковый модулятор с выходом излучателя постоянной интенсивности в другие плечи первого и второго преобразующих мостов включены соответствующие излучатели изменяемой интенсивности, первые диагонали обоих преобразующих мостов подключены к соответствующим выходам источника пвстоянного напряжения, а вторые диагонали являются соответственно синусным и косинусным выходами канала генерации первой гармоники, остальные пары фоторезисторов фоточувствительного узла включены в плечи каждой пары суммирующих мостов, первые диагонали которых подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, излучатели изменяемой интенсивности первого и второго преобразующих мостов оптически противофазно связаны с фоторезисторами соответствующих смежных плеч первой пары суммиоующих мостов, вторые диагонали которых являются синусным и косинусным выходами канала генерации второй

99325

гармоники, а вторые диагонали всех последующих пар суммирующих мостов являются синусными и косинусньни выходами каналов генерации соответствующих высших гармоник, о т л и - 5 чающийся тем, что, с целью повышения помехозащищонности генератора, в канал генерации каждой высшей гармоники, начиная со второй, кроме канала генерации последней высшей ю гармоники, введены по два осветительных моста, в смежные плечи которых включены соответственно два резистора и два излучателя изменяемой интенсивности, первые диагонали освети- 15 тельных мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диагонали соединены с выходами каналов генерации соответствующей высшей гармоники, при 20 чем излучатели изменяемой интенсив110

ности осветительных мостов расположены в осветительном узле и оптически противофазно связаны через механический эксцентриковый модулятор с фоторезисторами двух первых смежных плеч одного из пары суммирующих мостов и противофазно с фоторезисторами двух вторых смежных плеч другого из той же лары суммирующих мостов последующего канала генерации высшей гармоники.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Доброгурский С. 0. Счетно-решающие устройства. М., Машиностроение , 1966.

2.Авторское свидетельство СССР № 68(565, кл. Q 06 Q 9/00, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2672811/21,

кл, G 06 Q 9/00, 1978.