Многоканальный гармонический анализатор

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при экспериментальных исследованиях нестационарных характеристик летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний. Цель изобретения - повышение точности анализа. Анализатор содержит задатчик 1 вынужденных колебаний, преобразователь 2 нагрузок, индикаторный мост, оптико-модулирующий блок 4, световой модулятор, интеграторы 6, резисторы 7, источник 8 постоянного напряжения, источник 9 высокочастотного напряжения, измеритель 10 нагрузок в виде упругого элемента, тензорезисторы 11 и 12, плечи 13 моста, электрические модуляторы 14 и 15, осветители 16 и 17, конденсатор 18, фоторезисторы 19, 20, 21 и 22 в активных плечах синфазного и квадратурного индикаторных мостов 23 и 24, постоянные резисторы 25, 26, 27 и 28, цилиндрические эксцентрики 29, металлический электрод, электролюминесцентный слой, прозрачный электрод, прозрачное защитное покрытие, пару коллекторных колец 34, неподвижные щеточные токопроводы 35. 1 с.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1472839 А1 (51) 4 С 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 i ) 4246080/24-21 (22) 19.05.87 (46) 15.04.89. Бюл. К - 14 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (72) А.Б.Лукашенок, Ю.Г.Логачев и N.В.Ушаков (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 873147, кл. С 01 R 23/16. (54) ИНОГОКАНАЛЪНЫЙ ГАРИОНИЧЕСКИЙ

АНАЛИЗАТОР .(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при экспериментальных исследованиях нестационарных характеристик летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний. Цель изобретения— повышение точности анализа. Анализатор содержит задатчик 1 вынужденных колебаний, преобразователь ? нагрузок, индикаторный мост, оптико-модулирующий блок 4, световой модулятор. интеграторы 6, резисторы 7, источник 8 постоянного напряжения, источник 9 высокочастотного напряжения, измеритель 10 нагрузок в виде упругого элемента, тензорезисторы 11 и 12, плечи 13 моста, электрические модуляторы 14 и 15, осветители 16 » 17, конденсатор 18, фоторезисторы 19, 20, 21 и 22 в активных плечах сппфазного и квадратурного индикаторных мостов 23 и 24, постоянные резисторы

25, 26, 27 и 28, цилиндрические эксцентрики 29, металлический электрод, электролюминесцентный слой, прозрачный электрод, прозрачное защитное покрытие, пару коллекторных колец

34, неподвижные щеточные токопроводы

35. 1 з.п ° ф-лы, 5 ил.

1472839

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для гармонического анализа различных процессов и может быть использовано, в частности, при экспериментальных исследованиях нестационарных характеристик (коэффициентов вращательных производных) летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом вы- 1р нужденных колебаний.

Цель изобретения — повышение точности анализа.

Цель достигается за счет снижения погрешностей преобразователя нагру- 15 зок путем использования излучателей холодного" свечения, а также за счет оптимизации конструкции светового модулятора оптико-модулирующего блока. 20

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема одного канала анализатора; на фиг.3 оптико-модулирующий блок анализатора, 25 общий вид; на фиг. 4 — то же, фрагмент с продольным разрезом электро— люминесцентных осветителей одного из каналов анализатора; на фиг.5 сечение А-А на фиг. 4. 30

Многоканальный гармонический анализатор содержит (фиг. 1) задатчик

1 вынужденных колебаний, преобразователь 2 нагрузок, индикаторный мост 3, причем взаимно сопряженные элементы 35 двух последних размещены в одном оптико-модулирующем блоке 4, включающем также световой модулятор 5, ин- . теграторы 6 и регистраторы 7, источник 8 постоянного напряжения и источ- 4О ник 9 высокочастотного напряжения.

Электрическая схема анализатора состоит из кратного числу каналов количества аналогичных цепей, каждая из которых помимо указанных элемен- 45 тов содержит (фиг. 2) измеритель нагрузок, обычно в виде упругого элемента 10 с тензорезисторами 11 и 12, которые дифференциально воспринимают нагрузку и включены в плечи моста

13, подключенного к источнику 8. В плечи моста 13 включены также посредством электрических модуляторов

14 и 15 осветители 16 и 17. Каждый электрический модулятор 14 и 15 имеет два входа и один выход, где первый вход подключен к источнику 9, второй вход — к соответствующему плечу моста 13, а выход соединен со своим осветителем. Осветители 16 и 17 оп— тически связаны через конденсатор 18 с фоторезисторами 19-22 в активных плечах синфазного и квадратурного индикаторных мостов 23 и 24, имеющих в пассивных плечах постоянные резисторы 25-28. Входные диагонали мостов 23 и 24 .подключены параллельно к источнику 8, а их выходные диагонали через соответствующие интеграторы 6 связаны с регистраторами 7.

Пары осветителей 16 и 17 всех каналов анализатора выполнены в виде идентичных, электролюминесцентных излучателей, имеют форму полых цилиндров и расположены на синхронизированном с задатчиком 1 световом модуляторе 5, который выполнен в виде последовательно соосно расположенных цилиндрических эксцентриков 29, одна из образующих кажцого из которых совпадает с осью вращения светового модулятора (фиг. 3). В каждом канале осветители моста преобразователя 2 нагрузок и фоторезисторы индикаторной части 3 расположены в двух ячейках оптико-модулирующего блока 4, в котором каждый осветитель сопряжен с парой фоторезисторов разных индикаторных мостов (23 или 24), причем число таких осветителей и пар фоторезисторов равно 2.К (где К вЂ” число каналов). Фоторезисторы 20 и 22 квадратурных мостов 24 установлены в плоскости, сориентированной под углом

90 к плоскости установления фоторезисторов 19 и 21 индикаторных мостов

23, к тому же фоторезисторы в указанных парах установлены равносторонне вдоль оси вращения светового модулятора.

Пары осветителей 16 и 17 каждого канала расположены (фиг. 4 и фиг. 5) заподлицо соосно рядом на боковой поверхности отдельного цилиндрического эксцентрика 29, и стенка каждого осветителя имеет слоистую концентрическую структуру в виде чередующихся к периферии металлического электрода

30, электролюминесцентного слоя (например, из порошкового фосфора) 31, прозрачного электрода (например, из окиси олова) 32 и прозрачного защитного покрытия (например, из изоляционного лака) 33. Металлический и прозрачный электроды 30 и 32 каждого осветителя посредством пары коллекторных колец 34 на одной из торцовых

1472839 сторон отдельного цилиндрического эксцентрика 29 и связанной с ними пары неподвижных щеточных токопроводов 35 подключены к выходу соответ5 ствующего электрического модулятора

14 или 15.

Конденсор 18 служит для формирования равномерных световых потоков, . падающих от осветителей 16 и 17 на светочувствительные площадки фоторезисторов 19-22, выполнен Г-образным и состоит из двух взаимно перпендикулярных компонентов. Длина светочувствительной площадки каждого фоторезистора равна (может быть немного больше) внешнему диаметру осветителя.

Однотипные элементы оптико-модулирующего блока и электрической схемы анализатора имеют идентичные парамет- 2р ры. Оптико-модулирующий блок заключен в светонепроницаемый корпус, а тракты отдельных оптоэлектронных ячеек светоизолированы друг от друга (например, посредством непрозрачных што- 25 рок, не показаны).

Многоканальный гармонический анализатор работает следующим образом.

Закон изменения исследуемой нагрузки, воздействующий на измеритель 10 30 нагрузок в каком-либо канале анализатора, можно представить в виде разложения в ряд Фурье.

Пропорционально этой нагрузке и дифференциально-противоположно проти35 вофазно будут изменяться сопротивления тензорезисторов 11 и 12 моста 13.

Поскольку мост 13 питается постоянным напряжением от источника 8, это вызовет соответствующие дифферен- 4р циально-противоположные изменения тока вплечах моста, что выражается кратными изменениями сигналов на одних входах электрических модуляторов 14 и 15, на другие входы которых 45 подается высокочастотное напряжение (например, с частотой 20 кГц).

В результате высокочастотное напряжение большего уровня, являющееся несущим сигналом, модулируется сигналом, как правило, инфранизкочастот50 ным, меньшего уровня. При подаче таким образом противофазных промодулированных высокочастотных напряжений с выходов модуляторов 14 и 15 через свои элементы 34 и 35 соответствую1 . щих щеточно-коллекторных узлов на электроды 30 и 32 осветителей 16 и

17 осуществится возбуждение их электролюминесцентных слоев 31, что вызовет излучение осветителей с освещенностями, модулированными по следующему закону:

Е, (с1 = Ео - АЕ(Р(г)) где Š— среднее значение освещенности осветителей 16 и 17;

dE)P(t)1 — изменение приращения их освещенности.

Каждый из осветителей 16 и 17 оптически сопряжен с парой фоторезисторов 19, 20 или 2 1 мостов 23, 24 и за счет расположения каждой пары осветителей на боковой поверхности цилиндрического эксцентрика 29 при его вращении площади перекрытия светочувствительных площадок фоторезисторов будут изменяться по синусно-косинусным законам. Это приводит к соответствующим изменениям световых потоков осветителей, пропорциональных произведениям законов изменения освещенности и площадей перекрытия, падающих на фоторезисторы и в конечном итоге к соответствующим изменениям сопротивлений фоторезисторов.

Так как входные диагонали мостов

23 и 24 питаются постоянным напряжением от источника 8, на их выходных диагоналях получаем электрические сигналы, например, в виде соответствующих напряжений, пропорциональные функциям изменения сопротивлений активных плеч.

После интегрирования и интеграторах 6 этих сигналов получаем коэффициенты основной гармоники ряда

Фурье, фиксируемые регистраторами 7 данного канала анализатора. Анало-. гичным образом осуществляется работа всех остальных каналов анализатора.

Путем варьирования круговой частоты оборотов светового модулятора 5 кратно частоте задатчика I определяются коэффициенты ряда Фурье же-! лаемого порядка гармонического спектра в разных каналах анализатора, с учетом которых находятся искомые нестационарные характеристики, в качестве которых могут выступать как какие-либо аэродинамические силы, так и любые механические нагрузки.

Таким образом, предлагаемому мно-! гоканальному гармоническому анализатору присуща высокая точность работы при параллельном синхронном анализе

5 14 многоточечных нагрузок на испытуемый объект, что определяется фактическим исключением паразитных погрешностей индикаторных мостов из-за температурного "дрейфа" их фоторезисторов, так как оптически сопряжейные с ними электролюминесцентные осветители относятся к излучателям,"холодного" свечения; удобством сочетания формы осветителей в виде полых цилиндров, имеющих и стенки в виде слоистых концентрических структур, с традиционным механическим модулятором, сос,тоящим из последовательного набора :,цилиндрических эксцентриков; размещением фоторезисторов синфазных и квадратурных мостов во взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет с большей прецизионностью выдерживать необходимые углы фазового сдвига.

Формула изобретения

1. Многоканальный гармонический анализатор, содержащий задатчик вынужденных колебаний и п измерительных каналов, каждый из которых состоит из связанных между собой и последовательно расположенных преобразователя нагрузок, светого модулятора и индикаторного моста, два выхода которого через соответствующие интеграторы подключены к двум входам регистратора, при этом задатчик вынужденных колебаний механически связан с преобразователем нагрузок и световым модулятором, индикаторные мосты и преобразователи нагрузок всех каналов подключены к источнику постоянного нап72839 6 ряжения, преобразователь нагрузок в каждом канале выполнен в виде подключенного к источнику постоянного напряжения моста с двумя тензорезисто5 рами, образующими упругий элемент, и двумя осветителями в противоположных плечах моста, которые оптически связаны через конденсатор с фоторезисторами синфазного и квадратурного индикаторных мостов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности анализа, в преобразователь нагрузок в каждом канале дополнительно введен источник высокочастотного напряжения и два электронных модулятора, посредством которых осветители вклю1 чены в плечи мостов с тензорезисторами, при этом первые объединенные два входа каждого модулятора соединены с выходами источника высокочастотного напряжения, их третьи и четвертые входы подключены в соответствующие плечи моста, а два выхода каждого модулятора посредством подвижного токопровода и пары коллекторных колец подключены к электродам своих осветителей в виде электролюминесцентных излучателей.

ЗО, 2. Анализатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что световой модулятор выполнен в виде последовательно расположенных цилиндрических эксцентриков, одна из образующих каждого из которых совпадает с осью вращения светового модулятора, а осветители имеют форму полых цилиндров и расположены соосно попарно рядом

40 на боковой поверхности каждого цилиндрического эксцентрика.

1472839

1472839

22

К15 k Ð/

К 15 К19

Составитель А.Орлов

Техред М.Дидык Корректор N.Максимишинец

Редактор О.Спесивых

Заказ 1704/44 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101