Фотоэлектрический коррелятор Советский патент 1982 года по МПК G06G7/19 

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислительным устройствам и предназначено для использования в области исследова-ния случайных процессов, в частности при их корреляционном анализе, а точнее при изучении колебаний различных механических систем, например вибрации авиационных двигателей. -По основному авт.св. № из-: вестен фотоэлектрический коррелятор, предназначенный для измерения параметров механических колебаний, содержащий блок чувствительных элементов, имекхчий корпус, внутри которого установлен на пружинах инерционный элемент, внутри которого на двух взаимно перпендикулярных осях размещены четыре линзы, в общем фокусе которых укреплен осветитель, на оптических осях линз помещены соответствующие фото{1езисторы, которые подключены попарно и соответственно в плечи преобразующего и перемножающего мостов, причем выход преобразующего моста через блок задержки подключен к входу перемножающего моста, выход которого соединен с индикатором, в коррелятор введен жестко связанный с корпусом светонепроницаемый полый цилиндр, размещенный между линзами и фоторезисторами, закрепленными на внешней части инерционного элемента, светонепроницаемый полый цилиндр имеет на боковой поверхности окна, причем в каждой паре противоположно расположенных окон нижняя кромка одного окна совмещена с соответствующей оптической осью, с которой совмещена верхняя кромка второго окна СПНедостатками этого фотоэлектрического коррелятора являются ограниченные возможности использования одной и той же его конструктивной разновидности для исследования механических колебаний с широким спектром измеряемых параметров, например, как по величинеперемещения, так и по рабочему частотному диапазону. Привлечение для этого нескольких подобных фотоэлектрических корреляторов с разными собственными показателями, являющимися обычно оптимальными лишь для узкого диапазона измеряемых пара метров, приводит при работе в отступающих от них зонах к существенным погрешностям измерения. Кроме того, такой путь приводит к дополнительным материальным затратам. Попытки варьирования собственными показателями фотоэлектрического коррелятора в зависимости.от конкретных режимов рабо ты также приводят к необходимости переборки конструкции .для замены ее рабочих элементов, что нерационально с точки зрения больших временных затрат, причем при необходимости осуществления оперативных соответствующих измерений, в частности, когда ис следуемые параметры механических колебаний изменяются в широких пределах в ходе одного эксперимента, и эт мера не всегда приемлема. Недостат.ком конструкции здесь является низки уровень регулировочной способности фотоэлектрического коррелятора. Цель изобретения - расширение класса исследуемых сигналов. Поставленная цель достигается тем что в фотоэлектрическом корреляторе инерционный элемент выполнен тонкостенным и имеет полость, заполненную жидкостью, входной и выходной трубопроводы, расположенные диаметрально противоположно, в корпусе коррелятора выполнены соответствующие отверстия для входного и выходного трубопроводов, На фиг. 1 представлен блок чувствительных элементов фотоэлектрического коррелятора, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А ни фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. - принципиальная электрическая схема. Фотоэлектрический коррелятор состоит из механической и электрической частей. Механическая часть (блок чувствительных элементов) имеет цилиндрический корпус 1, внутри которого установлен на пружинах 2 и 3 инерционный элемент k с размещенными внутри осветителем 5 постоянной освещенност и оптической системой из четырех ортогонально расположенных линз 6, служащих для создания равномерных световых потоков, четыре фото.резистора 7 и светонепроницаемый полый цилиндр 8, жестко сочлененный с- корпусом 1. Инерционный элемент k состоит из двух частей - верхней и нижней, соединенных друг с другом с помощью четырех стоек, при этом на нижней части укреплены осветитель 5 и линзы 6, а на ее крестовине - фоторезисторы 7. Кроме того, инерционный элемент Ц выполнен тонкостенным и его нижняя часть имеет полость 9, которая заполнена жидкостью и снабжена входным и выходным трубопроводами (каналами) 10, расположенными диаметрально противоположно и имеющими на свободных концах соответствующие заглушки. В качестве жидкого гравитационного вещества могут быть использованы различные материалы начиная с жидких производных нефтепродуктов, например керосина (уд.в. порядка 0,7, и кончая ртутью (уд. в. 13,6. Экран 8 размещен между линзами 6, в фокусе которых укреплен осветитель 5, и фоторезисторами 7 и имеет боковые окна, расположенные взаимно ортогонально, причем попарно дифференциально (разностороннее/ относительно, оптических осей линз 6,. что корректируется гайкой 11, а также направляющие прорези снизу. В верхней части инерционного элемента и корпуса 1 имеются отверстия для теплоотвода. При этом на боковой поверхности корпуса 1 предусмотрены прорези для вывода наружу входного и выходного каналов 10, а внизу фланцы для крепления его к исследуемому объекту. Электрическая часть коррелятора (фиг. k) включает размещенные в блоке чувствительных элементов 12 фоторезисторы 7 7А включенные в плечи двух дифференциальных электрических мостов: преобразующего 13 и перемножающего I. Вход преобразующего моста 13 соединен с источником постоянного напряжения 15, а вь1ход его подключен через блок задержки 16 к входу перемножающего моста 14, выход ког торого связан с индикатором 17 корреляционной функции. Вторые плечи мостов 13 и образованы резисторами 18 (), причем параметры у однотипных элементов мостов идентичны.

Фотоэлектрический коррелятор работает следующим образом.

Блок чувствительных элементов V2 крепится на исследуемом объекте и его корпус 1, как и светонепроницае- 5 мый полый цилиндр 8, колеблется по закону входного сигнала X(t). Это приводит к пропорциональной модуляции световых потоков, падающих от осветителя 5 через линзы 6 на светочувстви-О тельные площадки фоторезисторов 7, и к соответствующему изменению их сопротивлений, причем попарно дифференциально (противофазно) у фоторезисторов каждого моста за счет расположе- 15 ния окон инерционного элемента k в диаметрально противоположных точках по разные стороны относительно оптических осей, например

K,(t) R i.(t) 20 где R -среднее значение сопротивления фоторезистора (при освещении половины его светоцувст вительной площадки ;

(ftlXwJ- изменение приращения сопро- 25 тивления фоторезистора.

При этом .инерционный элемент k вместе с расположенным на нем осветителем 5, линзами 6 и фоторезистора- зо ми 7 соответствующим подбором упругости пружин 2 и 3, а также массы (т) инерционного элемента, главным рбразом за счет изменения присоединенной доли его массы путем заполне- jj ния через каналы 10 внутренней полости 9 в нижней части жидким гравитациOHHbiM веществом с необходимым удельным весом (плотностью), остается нег подвижным (в, стационарном положении).Q

Ввиду того, что преобразующий ост 13 залитывается постоянном наряжением, на его выходе формируется лектрический сигнал, пропорциональный закону исследуемых колебаний X(t). Этот сигнал подается в блок задержки ,16, сдвигается в нем на время и после этого в виде электрического сигнала поступает на Л,ремножающего моста k, в котором (с четом известного свойства одинарных (четырехплечих-) мостов/ осуществляется перемножение входного сигнала на ункцию изменения сопротивлений активных плеч, в данном случае сопротивлений фоторезисторов 7 и 74- В результате сигнал на выходе моста 1 оказывается кратным произведению прямого и задержанного сигналов и поступает на индикатор 17.

Индикатор 17 сочетает в себе одновременно интегрирующие и регистрирующие качества (например, измерительный прибор магнитоэлектрической системы) ,- поэтому по нему осуществляется фиксация оценки автокорреляционной функции механических колебаний исследуемого объекта.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить регулировочную способность (расширить подстроечные возможностиj фотоэлектрического коррелятора, т.е. расширить класс исследуемых механических колебаний, в частности к величине перемещений ( вибраций и рабочему частотному диапазону. Это достигается за счет сравнительно простого изменения присоединенной доли массы инерционного элемента путем соответствующего выбора жидкого гравитационного вещества во внутренней полости его ниж.ней части, удельный вес (плотность) которого практически может варьировать я 20-кратно, причем подобную операцию можно осуществлять в ходе одного эксперимента в случае изменения его исследуемых параметров в широких пределах. Это обеспечивает фотоэлектрическому коррелятдру динамическую гибкость использования, а также существенно повышает точность его работы в результате установления оптимальных собственных конструктивных параметров в зависимости от конкретных измерительных режимов. Устройство отличается простотой компактностью, высоким уровнем оперируемых при измерении электрических сигналов и по-, зволяет исключить допол)ительные Te jпературные погрешности за счет дифференциального принципа действия как в конструкции, так и в электрической схеме.

Формула изобретения

Фотоэлектрический коррелятор по авт.св. W 849237, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых сигналов, инерционный элемент выполнен тонкостенным и имеет ., заполненную жидкостью, входной и выходной трубо79 37538

проводы, расположенные диаметрально. Источники информации,

противоположно, в корпусе коррелятора принятые во внимание при экспертизе выполнены соответствующие отверстия ,1. Авторское свидетельство СССР

.для входного и выходного трубопро-№ , кл. G 06 G 7/19 1979

водов.(прототип).

Л 7

10

iu