Прибор для демонстрации сложения и разложения траектории сложных движений Советский патент 1982 года по МПК G09B23/08 G09B23/06 

(5) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ СЛОЖЕНИЯ И РАЗЛОЖЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ СЛОЖНЫХ. Изобретение относится к области учебных приборов по физике и может быть использовано для лекционных демонстраций по кинематике. Известен прибор для демонстрации разложения траекторий сложных движений , содержащий генератор периодических колебаний и осциллограф . Недостатком известного устройства является то, что он не позволяет демонстрировать процессы синтеза траек торий периодических движений, что значительно сужает функциональные возможности прибора. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что прибор содержит делитель частоты блок сдвига фаз, блок функциональных генераторов, блок переключателей блок аттенюаторов, сумматор, коммутатор, счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, дешифратор и выходной сумматор, при этом выходы каждоДВИЖЕНИЙГО из разрядов делителя частоты через последовательно соединенные блоки сдвига фаз, функциональных генераторов, переключателей и аттенюаторов подсоединены к соответствующим входам сумматора и счетным входам коммутатора, к управляющим входам которого подключены выходы дешифратора, а выходы счетчика подсоединены к соответствующим входам цифро-аналогового преобразователя и дешифратора, причем выход сумматора через коммутатор подключен к первому входу выходного сумматора, к второму входу которого подсоединен выход цифро-аналогового преобразователя, а выход последнего разряда делителя частоты соединен с входом счетчика и синхронизирующим входом осциллографа, к входу вертикальной развертки которого подключен выходной сумматор. На чертеже представлена блоксхема прибора.

Прибор содержит генератор 1 пери одических колебаний, который генерирует сигналы прямоугольной формы, делитель 2 частоты, каждый иЗ выходов которопо через блок 3 сдвига фаз подсоединен к соответствующему входу блока k функциональных генераторов.

Каждый канал блока t функциональных генераторов состоит из последовательно соединенных между собой триггера 5 интегратора 6 и усилителя 7.

При этом выходы каждого из элементов 5, 6 и-7 через блок 8 переключателей подсоединены к соответствующим входам блока 9 аттенюаторов каждый из выходов которого подключен к соответствующим входам сумматора 10 и счетным входам коммутатора 11, к дополнительному входу которого подсоединен выход сумматора 10.

Выходы счетчика 12 поразрядно подключены к входам цифро-аналогового преобразователя 13 и через дешифратор 1 - к управляющим входам коммутатора 11, выход которого через первый вход выходного сумматора 15 подключен к входу вертикальной разверт™ ки осциллографа 16.

Выход цифро-аналогового преобразователя 1A подключен к второму входу выходного сумматора. Выход последнего разряда делителя 2 частоты подключен к входу счетчика 12 и входу синхрЪнизации осциллографа 16.

Прибор работает следующим образом.

Сигналы с выхода генератора 1 поступают на делитель 2 частоты,, на выходах которого появляются периодические сигналы, частоты которых относятся как 1:2:3:.... Посредством блока 3 сдвига фаз можно регулировать фазу каждого из этих сигналов. G входа блока 3 сигналы поступают на входы триггеров 5 блока функциональных генераторов, что необходимо для получения прямоугольных сигналов скважностью, равной двум. Последующее интегрирование прямоугольных сигналов посредством интеграторов 6 позволяет получить на их выходах сигналы треугольной формы, а преобразование последних усилителями 7 сигналы гармонической формы. Таким образом, на выходах блока k функциональных генераторов имеются наборы разночастотных сигналов трех видов: прямоугольных, треугольных и гармонических.

Переключателями 8 осуществляется выборка выходов функциональных генераторов, а блоком 9 аттенюаторов регулировка амплитуд выбранных сигналов. .С выходов блока 9 аттенюаторов сигналы поступают на коммутируемые входы коммутатора 11 и входы

сумматора 10 результирующего сигнала. Сумматор 10 осуществляет алгебраическое суммирование сигналов с выходов блока 9 аттенюаторов,а результат суммирования подается на один

5 из входов коммутатора 11. Таким образом, на Коммутируемых входах коммутатора 11 имеются сигналы, мбделирующие как отдельные составляющие движения, так и результирующую траекторию движения.

Синхронно с окончанием очередного сигнала на выхбде коммутатора 11 происходит скачкообразное изменение на выходе цифро-аналогового преобразователя Н, который остается неизменным до прихода очередного сигнала на счетчик V2. Сигналы с выхода коммутатора 11 и цифро-аналогового преобразователя 14 суммируются

0 выходным сумматором 15, а результат суммирования подается на усилитель вертикального.отклонения демонстрационного осциллографа 16. Синхронизация развертки осциллографа осуществляется сигналами, которые поступают на вход счетчика 12..Таким образом, одновременно на разных уровнях экрана демонстрационного осциллографа отображаются как форма суммарной функции, так и ее составляющие.

Изменением фазы одного или нескольких сигналов посредством блока 3 сдвига фаз осуществляется горизонтальный сдвиг одной или нескольких составляющих. Посредством блока 8 переключателей осуществляется изменение вида составляющей (скачкообразный, равномерный, гармонический), а

посредством блока 9 аттенюаторов изменение амплитуды составляющей. Так как сигнал, моделирующий результирующую кривую, является линейной комбинацией сигналов, моделирующих

составляющие, то одновременно с изменением параметров последних (фазы, вида, амплитуды) изменяется и форма результирующей кривой. Для демонстрации процесса разложения заданной функции на отдельные составляющие поступают так. На част экрана, отведенной для отображения заданной функции вычерчивают, например, фломастером произвольную траекторию. Затем, оперируя органами управления блока 8 переключателей , блок 9 аттенюаторов и блока 3 сдвига фаз, добиваются, чтобы вычерчиваемая лучом на экране траектория максимально приблизилась (совпала) с вычерченной фломастером линией. Отобразившиеся при этом тра ектории луча в части экрана, отведе ной для траектории составляющих, и будут результатом разложения. В слу чае, когда частота составляющих при разложении относится как 1, 2, 3 и имеют гармЬническую форму, наблюда мое изображение будет демонстрацией Фурье-анализа. Прибор позволяет одновременно от бражать на экране как траекторию суммарного движений, так и форму ег составляющих, а так же оперативно изменять параметры любой из составляющих, что повышает наглядность процессов сложения и разложения траекторий сложных движений. Формула изобретения Прибор для демонстрации сложения и разложения траекторий сложных дви жений, содержащий генератор периодических колебаний и осциллограф, отличающийся тем, что, 56 целью расширения функциональных возможностей, он содержит делитель частоты, блок сдвига фаз, функциональных генераторов, блок переключателей, блок аттенюаторов, сумматор, коммутатор, счетчик, цифро-аналогоэый преобразователь, дешифратор и выходной сумматор, при этом выходы каждого из разрядов делителя частоты через последовательно соединенные блоки сдвига фаз, функциональных генераторов, переключателей и аттенюаторов подсоединени к соответствующим входам сумматора и счетным входам коммутатора, к управляющим входам которого подключены входы де- , шифратора, а выходы счетчика подсоединены к соответствующим входам цифро-аналогового преобразователя и дешифратора, причем выход (Сумматора через коммутатор подключен к первому входу выходного сумматора, к второму входу которого подсоединен выход цифро-аналогового преобразователя, а выход последнего разряда делителя частоты соединен с входом счетчика и синхронизирующим входом осциллографа, к входу вертикальной развертки которого подключен выходной сумматор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Козлова А.Н.Малов Н.Н. Мансуров А.Н., Оглоблин Г.В. Демонстрация временного и пространственного Фурье-анализа периодических сигналов. Сборник научно-методических статей по физике. Вып. 6, М. , Высшая школа, 1978, с. 52.