Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство

 

Использование: вычислительная техника , аппаратура гармонического анализа, экспериментальные исследования нестационарных характеристик летательных аппаратов . Сущность изобретения1 устройство имеет корпус, в стенке которого установлен поворотный узел с возможностью смещения относительно корпуса соосно приводной оси. На оси закреплена планшайба, являющаяся механическим модулятором и выполненная в виде торцового кулачка, на контактной стороне которого имеются круговые замкнутые модулирующие пазы с переменными профилями глубины В механическом контакте с профилями пазов находятся одни концы упругих пластин, выполненные в виде цилиндрических стержней со скругленными концами Другие концы упругих пластин сопряжены с ползунами , размещенными в направляющих прорезях корпуса, На упругих пластинах закреплены тензорезисторы. включенные в плечи перемножающих мостов 1 з.п ф-лы, 7 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 06 G 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4483194/24 (22) 27.06,88 (46) 23.09.92. Бюл. ¹ 35 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им, Ленинского комсомола (72) А.Б.Лукашенок, А,З.Ишмухаметов и

M.Â.Óøàêoâ (56) Авторское свидетельство СССР

N 1163333, кл. G 06 G 7/16, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1336044, кл, G 06 G 7/16, 1987. (54) ЗЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ СИНУСНОКОСИНУСНОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: вычислительная техника, аппаратура гармонического анализа, экспериментальные исследования нестационарных характеристик летательных аппаИзобретение относится к вычислительным устройствам, предназначено для последовательного синхронного умножения произвольного электрического сигнала, заданного, например, в виде напряжения, на полигармонические функции sin п в t u

cos п в t, и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа, в частности, для экспериментальных исследований нестационарных характеристик летательных аппаратов путем продувок их моделей в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний.

Известно электромеханическое полигармоническое синусно-косинусное множительное устройство, имеющее корпус, в котором размещены модулирующий узел и

„„. Ж„„1764061 А1 ратов. Сущность изобретения; устройство имеет корпус, в стенке которого установлен поворотный узел с возможностью смещения относительно корпуса соосно приводной оси, На оси закреплена планшайба, являющаяся механическим модулятором и выполненная в виде торцового кулачка, на контактной стороне которого имеются круговые замкнутые модулирующие пазы с переменными профилями глубины, B механическом контакте с профилями пазов находятся одни концы упругих пластин, выполненные в виде цилиндрических стержней со скругленными концами, Другие концы упругих пластин сопряжены с ползунами, размещенными в направляющих прорезях корпуса, На упругих пластинах закреплены тензорезисторы. включенные в плечи перемножающих мостов, 1 з.п. ф-лы, 7 ил. привод, перпендикулярно оси вращения которого в корпусе установлена внутренняя жесткая стенка с направляющими отверстиями. Модулирующий узел состоит из модулирующего диска, установленного на оси вращения привода, и упругодеформируемых пластин, число которых вдвое превышает число перемножаемых гармонических сигналов. Одни концы упругодеформируемых пластин жестко закреплены под соответствующими углами на внешней боковой стенке корпуса, а другие концы скреплены с соответствующими ползунами, которые через направляющие отверстия внутренней жесткой стенки контактирует с модулирующим диском. В середине каждой из упругодеформируемых пластин попарно на

1764061 противоположных сторонах размещено по четыре тензорезистора, которые включены дифференциально в плечи соответствующего перемножающего моста. Одни диагонали всех перемножающих мостов подключены к общему источнику электрического сигнала, который является одним из сомножителей, а другие являются соответственно синусными и косинусными выходами устройства, Модулирующий диск установлен перпендикулярно оси вращения привода и имеет замкнутые пазы, концентрически расположенные относительно оси вращения, причем профили глубины замкнутых пазов выполнены переменными в виде гармонических функций, являющихся другими сомножителями соответствующих номеров гармоник. Номера гармоник возрастают в направлении от центра к периферии модулирующего диска, в каждом замкнутом пазу которого размещена в контакте с профилем его глубины пара ползунов соответствующих упругодеформируемых пластин. При этом ползуны синусных трактов различных гармоник расположены в направлении одного радиуса модулирующего диска, а ползуны косинусныхтрактов каждой гармоники сдвинуты относительно него на угол, кратный (2k — 1) —, где k = 1, 2,...,n (и — номер

n гармоники).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому резул ьтату я вля ется зле ктромеха ническое синусно-косинусное множительное устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый тензорезисторы, включенные в плечи первого перемножающего моста, пятый, шестой, седьмой и восьмой тензорезисторы, включенные в плечи второго перемножающего моста, причем первыедиагонали первого и второго перемножающих мостов подключены к выходам источника электрического сигнала-сомножителя, а вторые диагонали первого и второго перемножающих мостов являются соответственно первым и вторым выходам устройства, первую и вторую упругие пластины с косинусоидальной погибью, на которых симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорезисторы первого и второго перемножающих мостов, корпус, модулирующий узел в виде планшайбы, закрепленной на приводной оси под углом к ней, при этом один конец каждой упругой пластины выполнен в виде цилиндрического стержня со скругленным концом и находится в механическом контакте с планшайбой, приводная ось является механическим входом устройства, упругие пластины расположены в продальном направлении относительно приводной оси, причем вторая упругая пластина расположена подуглом 90 относительно первой упругой пластины, первый и второй

5 ползуны, каждый из которых механически связан с соответствующим узлом установки и фиксации положения, в боковой стенке корпуса, перпендикулярно оси вращения планшайбы, выполнены направляющие

10 прорези под углом 90 одна относительно другой, каждый ползун выполнен П-образным, при этом одна из его параллельных стенок размещена в соответствующей направляющей прорези и в ней жестко закреп15 лен другой конец соответствующей упругой пластины, а в другой параллельной стенке ползуна выполнено направляющее отверстие с осью, параллельной оси вращения планшайбы, в котором расположен цилинд20 рический стержень соответствующей упругой пластины с возможностью продольного перемещения.

Недостаток устройства заключается в ограниченности области применения ввиду

25 возможности осуществления умножения произвольного электрического сигнала только на многогармонические синусно-косинусные функции, т.е. основной (первой) гармоники, определяемой угловой скоро30 стью вращения приводной оси механизма, тогда как при необходимости более глубокого проникновения в природу гармонического спектра анализируемого явления необходимо производить умножение иссле35 дуемого электрического сигнала на полигармонические синусно-косинусные функции, Предположительное компромиссное использование для этого нескольких подобных известных устройств с редуциро40 ванием оборотов их приводных осей чревато усложнением такой сборной компоновки.

Целью изобретения является расширение области применения и упрощения устройства.

45 На фиг,1 изображено электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство, вид сбоку; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг.3 —; вид со стороны корпуса; на фиг,4 — планшайба, вид с кон50 тактной стороны; на фиг.5 — сечение А — А на фиг.4; на фиг.6 — условные поперечные развертки профилей лубины модулирующих пазов планшайбы; на фиг.7 — принципиальная электрическая схема устройства.

55 Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство содержит тензорезисторы 1 — 8, источник 9 электрического сигйала-сомножителя в виде напряжения u(t), выходы 10 и 11 устройства, упругие пластины 12 и 13, корпус 14, приводную ось

1764061

40

55

15, планшайбу 16, направляющие прорези

17 и 18, ползуны 19 и 20, цилиндрические стержни 21 и 22, привод 23, Тензорезисторы 1-8 включены соответственно в плечи первого и второго перемножающих мостов 24 и 25, первые диагонали которых параллельно подключены к выходам источника 9, а вторые соединены с выходами 10 и 11, Пластины 12 и 13 выполнены с косинусоидальной погибью и на них симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорезисторы 1-8, Планшайба 16 закреплена на оси 15, являющейся механическим входом устройства, и представляет собой модулятор устройства, Свободные концы пластин 12 и 13 защемлены в цилиндрических стержнях 21 и 22 со скругленными наконечниками и находятся в механическом контакте с планшайбой 16.

Пластины 12 и 13 расположены в продольном направлении относительно оси 15, Ползуны 19 и 20 выполнены П-образными. Одна из параллельных стенок каждого ползуна размещена в соответствующей из направляющих прорезей 17 и 18 с возможностью продольного перемещения посредством приводных винтов 26 и 27 с фиксацией положений и их индикацией с помощью шкал

28, 29 и указателей 30, 31, причем в этих же стенках жестко закреплены другими концами пластины 12 и 13, а в других параллельных стенках пол унов выполнены направляющие отверстия с осями, параллельными оси вращения планшайбы 16, в которых расположены цилиндрические стержни 21 и 22 с воэможностью продольного перемещения, В стенке корпуса 14 шарнирно установлен поворотный узел 32 с возможностью смещения (поворота) относительно корпуса соосно проводной оси 15 и фиксации углового положения посредством стопора 33.

Ползун 19 с пластиной 12 синусного тракта установлен в направляющей прорези 17 на корпусе 14, а ползун 20 с пластиной 13 косинусного тракта установлен в направляющей прорези 18 на поворотном узле 32 и выполнен с возможностью дискретного поворота относительно ползуна 19 на угол, кратный (2k — 1), где k = 1, 2„„,п (и—, 90 номер гармоники). Планшайба 16 выполнена в виде торцового кулачка и имеет на контактной стороне круговые замкнутые модулирующие пазы 34, концентричные оси вращения, профили глубины которых выполнены переменными и у каждого из них в отдельности соответствуют закону гармонической, а именно синусоидальной, функ5

25 ции первой (и = 1) и высшей (п > 1) гармоник относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения планшайбы 16. Например, на чертежах показан случай выполнения планшайбы с тремя пазами 34, с профилями глубины, образованными по закону синусоидальной функции первой (n =

=1), второй (n = 2) и третьей (и = 3) гармоник, номер которых возрастает в направлении от центра к периферии планшайбы, при этом оптимальный угол между ползунами 19 и 20, как и между цилиндрическими стержнями

21 и 22, соответственно равен 90 (k = 1), 45 (k = 1) и 90 (k = 2). Для обеспечения синхронности начала (О ) полигармонических синусоидальных функций расположены на одном радиусе планшайбы 16. Стенки между соседними пазами 34 с обеих сторон имеют вкруговую линейно изменяющуюся высоту от профилей глубины этих пазов до наружной поверхности контактной стороны планшайбы 16. Цилиндрические стержни 21 и 22 взаимодействуют с профилями глубин пазов 34 с возможностью перемещения в диаметральных плоскостях планшайбы, т.е, вдоль ее соответствующих радиусов. Устройство снабжено индикатором углового положения поворотного угла 32 в виде соответствующей шкалы 35 на корпусе 14 и указателя 36 на поворотном узле, Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство работает следующим образом.

При вращении приводной оси 15 с постоянной угловой скоростью в эа счет сочленения соответствующего паза 34 планшайбы 16 с цилиндрическими стержнями 21 и 22 упругие пластины 12 и 13 испытывают продольные деформации, пропорциональные синусно-косинусным закономерностям той или иной гармоники ll, трансформируемые в кратные изменения сопротивлений размещенных на них тензорезисторов 1-8, например, включенных в плечи первого перемножающего моста 24:

R >(t) = R< -" Ь R sin и в t и второго перемножающего моста 25:

R2(t) = Ro +. Л R сов tl а t, где Ro — среднее значение сопротивления тензорезистора в недеформированном положении упругой пластины;

ЛR — приращение сопротивления тензорезистора с учетом знака на растяжение (-) и сжатие (+);

t — время.

В результате известного свойства четырехплечевых мостов осуществлять умножение электрического сигнала во входной диагонали, т.е. u(t), на функцию изменения

1764061 сопротивлений плеч, а именно sin и в t или

cos n в t, с их выходных диагоналей, соединенных с первым и вторым выходами 10 и

11 устройства, снимают электрические сигналы произведений, пропорциональные; 5 у перемножающего моста 24 ф) . z(t)

sinnâ с, у перемножающего моста 25 ц(с) = q(t) сов пв t, С помощью приводных винтов 26 и 27 10 непосредственно при работе устройства обеспечивается контактное, взаимодействие пластин 12 и 13 с профилями глубин пазов, модулирующими гармонические функции требуемого порядка гармоники и, а 15 посредством поворотного узла 32 и стопора

33 производится квадратурный фазовый сдвиг, т.е. сдвиг на 90, между синусным и косинусным законами реализуемых деформаций пластин 12 и 13 в зависимости от 20 номера гармоники.

Формула изобретения

1. Электромеханическое синусно-косинусное множительное устройство, содержащее четыре тензорезистора, включенные в 25 плечи первого перемножающего моста, пятый, шестой, седьмой и восьмой тензорезисторы, включенные в плечи второго перемножающего моста, первые диагонали первого и второго перемножающих мостов 30 подключены к выходам источника электрического сигнала-сомножителя, вторые диагонали первого и второго перемножающих мостов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, первую и вто- 35 рую упругие пластины с косинусоидальной погибью, на которых симметрично и попарно с обеих сторон размещены тензорезисторы первого и второго перемножающих мостов, корпус, модулятор в виде закреп- 40 ленной на приводной оси планшайбы, один конец каждой упругой пластины выполнен в виде цилиндрического стержня со скругленным концом и находится в механическом контакте с планшайбой, приводная ось яв- 45 ляется механическим входом устройства, упругие пластины расположены в продольном направлении относительно приводной оси, первый и второй ползуны, каждый из которых механически связан с соответству- 50 ющим узлом установки и фиксации положения, каждый ползун выполнен П-образным, причем одна из его параллельных стенок размещена в соответствующей направляющей прорези и в ней жестко закреплен другой конец соответствующей упругой пластины, а во второй параллельной стенке ползуна выполнено направляющее отверстие, ось которого параллельна оси вращения планшайбы, в котором расположен цилиндрический стержень соответствующей упругой пластины с возможностью продольного перемещения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения, в стенке корпуса шарнирно установлен поворотный узел с возможностью смещения относительно корпуса соосно приводной оси и фиксации углового положения, ползун с упругой пластиной синусного тракта установлен в направляющей прорези на корпусе, а ползун с упругой пластиной косинусного тракта установлен в направляющей прорези на поворотном узле и выполнен с возможностью дискретного поворота относительно ползуна с упругой пластиной синусного тракта на

900 угол, кратный (2k-1):, где k = 1, 2,...,n (n— номер гармоники)., планшайба выполнена в виде торцового кулачка и имеет на контактной стороне круговые замкнутые модулирующие пазы, концентричные оси вращения, профили глубины модулирующих пазов выполнены переменными и у каждого из них в отдельности соответствуют закону гармонической функции первой и высшей гармоники относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения планшайбы, стенки между соседними пазами с обеих сторон имеют вкруговую линейно изменяющуюся высоту от профилей глубины этих пазов до наружной поверхности контактной стороны планшайбы, цилиндрический стержень свободного конца каждой упругой пластины взаимодействует с профилями глубин пазов при перемещении в диаметральной плоскости планшайбы.

2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что содержит индикатор углового положения поворотного узла в виде соответствующей шкалы на корпусе и указателе на поворотном узле, 1764061

1764061

11

Л=/

h Я

1764061

A-Д

1РО о

4ьг 7

Составитель А.Лукашенок

Техред М.Моргентал Корректор M.Ìàêcèìèøèíåö

Редактор Г.Бельская

Заказ 3458 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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