Устройство для выполнения графоаналитических операций

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»»744618

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.11.77 (21) 2544966/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл. 2

G 06 G 7/12

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень №24

Дата опубликования описания 05.07.80 (53) УДК 681.335 (088.8) (72) А вторы изобретения

Б. П. Фридман и Б. П. Фридман

Уфимский авиационный институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

1О го

Изобретение относится к средствам автоматизации графоаналитических операций при исследованиях произвольного вида кривых и ограничиваемых ими плоских фигур, задаваемых графически или в функционально-аналитической форме.

Известны электронные преобразовательные устройства различных типов, способные аппроксимативно воспроизводить требуемую функциональную зависимость, содержащие диодно-резистивные аппроксиматоры, фотоформеры и др. (1) .

Недостатки известных электронных функциональных преобразователей и аппроксиматоров универсального назначения состоят в многоэлементности и структурной сложности каждого из коммутируемых с помощью наборного поля функциональных узлов, что сочетается с высокой степенью дискретности воспроизведения моделируемой функциональной зависимости, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для выполнения графоаналитических операций, узел преобразования которого выполнен в виде изоляционной пластины с нанесенным на ее поверхность зигзагообразным высокоомным проводником в виде секций, например U-образной формы, причем указанная пластина с U-образными секциями снабжена прижимной крышкой с прямолинейными выступами из электроизоляционного материала, параллельными линиям зигзага и расположенными таким образом, что в результате прижима крышки к пластине каждый из выступов контактирует с соседней парой линий зигзага. Приспособление для съема сигнала выполнено в виде подвижного контакта, контактирующего с изгибами проводника пластины, а схема измерения выполнена в виде измерителя соотношения сопротивлений участков проводника, которые разделены подвижным контактом.

Однако это устройство, обеспечивая автоматизацию делительных операций, исключает возможность выполнения с его помощью операций вычитания площадей двух кривосторонних плоских фигур.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения интегрирования разности

744618

3 произвольных сложных функций, разделения в заданном соотношении разностной площади двух криволинейных контуров, интегрирования раздельных функций и опреде- ления границ раздела при распределении определенного интеграла в требуемом соотношении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для выполнения графоаналитических операций, содержащем изоляционную пластину, на поверхность которой найесены параллельно расположенные секции высокоомного проводника, шарнирно соединенную с пластиной прижимную крышку, имеющую на внутренней поверхности параллельно расположенные прямоугольные выступы, и подвижный элемент, контактирующий с секциями высокоомного проводника и подсоединенный к измерителю соотношения сопротивлений секций высокоомного проводника, разделенных подвижным элеменze том, изоляционная пластина имеет на по "верхности параллельные прямоугольные вы, стуйы, которые ориентированы по отноше- нию к выступам прижимной крышки во взаимно чередующемся порядке, секции высокоомного проводника на изоляционной пластине выполнены в виде сококупности парал лельно расположенных и равноинтервально разнесенных прямых отрезков, каждая смежная пара которых расположена на соответствующем выступе изоляционной пластины, выступы на внутренней поверхности прижимной крышки выполнены по ширине с перезо крытием по отношению к соответствующим парам высокоомных отрезков проводников, расположенных на двух смежных выступах изоляционной пластины.

На фиг. 1 представлен общий конструктивный вид устройства; ка фиг. 2 — конструкция изоляционной подложки (пластины) с нанесенным на ее выступы высокоомным проводником в форме параллельных, равностоящих друг от друга, прямых отрезков; на фиг. 3 — конструкция прижимной крышки; 4 на фиг. 4 — схема взаиморасположения выступов изоляционной пластины с нанесенными на них высокоомными отрезками, а также выступов прижимной крышки при закрытом состоянии последней; на фиг. 5— электрическая схема соединения элементов и цепей устройства.

Устройство содержит изоляционную пластину 1 с совокупностью параллельно и рав" ноинтервально разнесенных на ее поверхности идентичных прямоугольных выступов

2. На плоскую поверхность каждого из выступов 2 нанесены параллельно расположенные секции высокоомного проводника, каж" дая из которых выполнена в виде пары па раллельно расположенных, изолированных друг от друга, отрезков 3. При этом все

= высокоомные прямь е отрезки 3 оказываются равйбйнте1.вально и параллельно разнесснными, находящимися в одной плоскости, проходящей через" плоские поверхности выступов 2 пластины 1 (фиг. 2).

Подвижный элемент (контакт) 4 с помощью каретки и двух направляющих стержней перемещается вдоль кромки изоляционной пластины 1, соприкасаясь с окончаниями параллельных отрезков 3 (фиг, 1, 2 и 5).

Прижимная контактная крышка 5, шарнирно соединенная с корпусом устройства, со своей внутренней стороны имеет параллельные прямоугольные выступы 6 (фиг. 3), расположенные таким образом, что при закрывании крышки 5 и фиксации ее в прижатом-состоянии по отношению к пластине 1 внутренние выступы 6 крышки 5 и выступы

2 изоляционной пластины 1 ориентируются в шахматном, т. е. взаимно перемещающемся порядке (фиг. 4). При этом каждый из выступов 6 крышки 5 одновременно контактиоует с парой высокоомных отрезков 3, расположенных на двух соседних выступах 2 изоляционной пластины 1.

Устройство содержит также переключатель 7 рода контроля, схему для измерения абсолютной величины сопротивления и схему для измерения соотношений между величинами сопротивлений частей цепи, составленной "скоммутированными высокоомными отрезками 3 и разделенной подвижным контактом 4.

Измерительная схема устройства содержит наряду с коммутируемыми высокоомными прямыми отрезками 3 и подвижным контактом 4 также переключатель 7 рода контроля, измерительный линейный потенциометр 8, стрелочный индикатор 9 и нормальный элемент 10.

Подвижный контакт 4 и движок потенциометра 8 сйабжены стрелочными указателями, перемещающимися вдоль обеих кромок двухшкальной линейки 11. Выполняемые контактным движком 4 и движком потенциометра 8 функции переменных токосъемных элементов совмещаются при этом с функциями задающих и индикаторно-расшифровывающих органов, взаимно дейст вующих с двухшкальной линейкой 11 (фиг. 1 и 5).

Из электрической схемы устройства (фиг. 5) видно, что крайне расположенные высокоомные отрезки 3 и концы линейного измерительного потенциометра 8 подключены параллельно через переключатель 7 рода контроля к нормальному элементу 10.

Между подвижным контактом 4 и движком линейного потенциометра 8 включен стрелочный прибор 9, имеющий как дифференциальную шкалу нуль-индикатора, так и шкалу омметра.

Устройство работает следующим образом.

Если требуется определить интеграл разности двух функциональных зависимостей

744618

5 произвольного вида (в том числе и зависимостей, которые не могут быть выражены аналитически), то график одной из заданных функций наносится на рабочую поверхность изоляционной пластины 1 с помощью электропроводящих чернил, пасты (электролита), либо с помощью графитового стержня (карандаша) или древесного грифеля.

На внутреннюю же рифленую поверхность прижимной крышки 5 наносится теми же средствами (электролитом, графитом и т. п.) график второй из заданных функциональных зависимостей.

Поскольку прямолинейные отрезки 3 из высокоомного электропроводящего материала попарно расположены на прямоугольных выступах 2 изоляционной пластины 1, то кривая первой из заданных функций, наносимая на поверхность пластины 1 электропроводящим веществом, получается прерывистой и представляет собой совокупность штриховых токопроводящих элементов, расположенных только на внешней поверхности прямоугольных выступов 2 изоляционной пластины 1.

Соответственно, ввиду того, что внутренняя поверхность прижимной крышки 5 имеет систему параллельных выступов 6 (фиг. 3), нанесенная электропроводящим составом на внутреннюю поверхность крышки 5, кривая второй из заданных функциональных зависимостей образована совокупностью штриховых токопроводящих элементов, расположенных на выступах 6 крышки 5 и изолированных друг от друга, До закрывания крышки 5 штриховые токопроводящие элементы графика первой из заданных функций, нанесенные на поверхность выступающих частей 2 изоляционной пластины 1, соединяют между собой на различных уровнях и попарно прямолинейные высокоомные отрезки 3.

При прижиме крышки 5 к пластине 1 штриховые электропроводящие элементы, нанесенные на внутренние выступы 6 прижимной крышки 5, скоммутируют между собой на различных уровнях пары высокоомиых отрезков 3, предварительно сочлененных электропроводящим веществом, нанесенным на выступы 2 пластины 1 при отображении первой из заданных функциональных зависимостей.

Таким образом, при прижатом состоянии крышки 5 к пластине 1 штриховыми токопроводящими элементами, нанесенными на выступы 2 пластины 1 и отражающими график первой заданной функции, а также штриховыми токопроводящими элементами, нанесенными на внутренние выступы 6 прижимной крышки 5 и отражающими график второй из заданных функций, прямолинейные высокоомные отрезки 3 сочленены в неразрывную зигзагообразную цепь, ограничиваемую кривыми двух заданных функций. ь

Сформированная указанным образом зигзагообразная цепь, образованная различными частями-высокоомных отрезков 3 и перемыкающими их в чередующемся по уровню порядке штриховыми электропроводящими элементами обоих заданных кривых, нанесенных на выступы 2 пластины 1 и на выступы 6 крышки 5, оказывается вписанной при этом в двусторонне криволинейную фигуру, ограничиваемую графиками заданных функций. о Электрическое сопротивление сформированной таким путем цепи является пропорциональным площади фигуры, ограничиваемой двумя кривыми, т. е. пропорциональным интегралу разности двух заданных функций.

Устанавливая подвижный контакт 4 и подвижный контакт линейного потенциометра 8 в крайнее левое (фиг. 1, 5) положение и переводя переключатель 7 вправо (фиг. 5), измеряют с помощью нормального элемен?т та 10 и стрелочного индикатора 9, переводимых в измерительную схему омметра, абсолютное сопротивление вышеуказанной электрической цепи, зигзагообразно вписанной в криволинейную фигуру, ограничиваемую с обеих сторон кривыми двух заданных функциональных зависимостей.

Шкала стрелочного индикатора 9 при указанном положении переключателя рода контроля 7 обеспечивает непосредственное считывание показаний в единицах контролиэв руемого параметра — площади разностной . фигуры или интеграла разности двух заданных функций.

При необходимости распределения в требуемом соотношении площади разностной криволинейной фигуры, полученной в результате вычитания двух исходно заданных криволинейных фигур, а также при необходимости разделения интеграла разности двух функций в соответствии с заданным соотношением переключатель 7 рода контроля

4р устанавливают в левое по чертежу положение (фиг. 5), движок с помощью нижней шкалы масштабной линейки устанавливают в положение, отвечающее требуемому соотношению, на котором должен быть разделен интеграл разности двух заданных функций, 4 либо площадь разностной фигуры.

После нанесения электропроводящим веществом на внутреннюю поверхность крышки 5 и на рабочую поверхность пластйны

1. двух исходно заданных кривосторонних фигур или графиков заданных функций закрывают крышку 5 и подвижный контакт 4 перемещают до положения, при котором стрелка индикатора 9 установится на нуле.

Это соответствует завершению операции деления интеграла разности двух исходно заданных функций.

Абсциссы полученных в результлй,деления разностной криволинейной фигуры двух

744618 производных двусторонне криволинейных фигур, площади которых представляют собой части интеграла разности двух заданных исходных функций, опреде;,яюгся по верхней шкале масштабной линейки 11 как отрезки, разделяемые найденным конечным положением шкального указателя подвижного контакта 4.

После выполнения указанных графических операций следы токопроводящего вещества (карандаша, пасты, чернил) удаляются с внутренней поверхности прижимной крышки

5 и с рабочей поверхности изолирующей пластины 1 простым протиранием их тканью.

При необходимости определения интеграла произвольной функциональной зависимости, в том числе и зависимости, которая не может быть выражена аналитически— график заданной функции с помощью токопроводящего агента наносится на рабочую поверхность изоляционной пластины 1, а на внутреннюю поверхность прижимной крышки 5 параллельно ее нижней кромке, прилегающей при закрывании крышки к двуХшкальной линейке 11, токопроводящим агентом наносится прямая линия, отвечающая принимаемой для интегрирования отсчетной оси абсцисс.

Определение полного интеграла заданной функции, как и вышерассмотренное нахождение интеграла разности двух задаваемых функциональных зависимостей, производится переводом контакта 4 и движка потенциометра 8 в крайнее левое положение, а переключателя 7 рода контроля — в правое положение, после чего стрелочный прибор 9 показывает искомый интеграл, либо площадь кривосторонней фигуры, ограничиваемой графиком заданной функции.

Полный интеграл произвольной функции может быть графически найден н путем обмена ролями между частями устройства формирующими первично преобразующую цель.

Для разделения интеграла заданной функции в требуемом соотношении на внутреннюю поверхность крышки 5 (или на рабочую поверхность пластины 1) токопроводящим агентом наносится график заданной функции, а на кромку рабочей поверхности изоляционной пластины 1 (или соответственно на кромку внутренней поверхности прижимной крышки 5) наносится абсциссная прямая. Движком потенциометра 8 по нижней шкале линейки 11 устанавливается соотношение, в котором должен быть разделен интеграл заданной функции. После прижатия крышки 5 к пластине 1 и перевода переключателя 7 в левое положение подвижный контакт 4 перемещают до момента, когда стрелка индикатора 9 остановится у нуля. Отрезки, разделенные найденным конечным положением шкального указателя подвижного контакта 4 на верхней шкале масштабной линейки ll, определяют границу раздела полного интеграла исходной функции согласно заданному соотношению.

Устройство позволяет также за счет изменения порядка манипулирования элементами 4, 7 и 8 решать задачи, являющиеся обратными и противоположными рассмотренным выше.

1I Q

Формула изобретения

Устройство для выполнения графоаналитических операций, содержащее изоляционную пластину, на поверхность которой нанесены параллельно расположенные секции высокоомного проводника, шарнирно соединенную с пластиной прижимную крышку, имеющую на внутренней поверхности параллель

zq но расположенные прямоугольные выступы, и подвижный элемент, контактирующий с секциями высокоомного проводника и подсоединенный к измерителю соотношения сопротивлений секций высокоомного проводника, разделенйых подвижным элементом, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения интегрирования разности произвольных сложных функций, разделения в заданном соотношении разностной площади двух криволинейных контуров, интегрирования раздельных функций и определения границ раздела при распределении определенного интеграла в требуемом отношении, в нем изоляционная пластина имеет на поверхности параллельные прямоугольные выступы, которые ориентированы по отношению к выступам прижимной крышки во взаимно чередующемся порядке, секции высокоомного проводника на изоляционной пластине выполнены в виде совокупности парал4О лельно расположенных и равноинтервально разнесенных прямых отрезков, каждая смежная пара которых расположена на соответствующем выступе изоляционной пластины, выступы на внутренней поверхности прижимной крышки выполнены по ширине с перекрытием по отношению к соответствующим парам высокоомных отрезков проводников, расположенных на двух смежных вы. ступах изоляционной пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Корн Г. и Кори Т. Электронные аналоговые н аналого-цифровые вычислительные машины. «Мир», т. 1 и т. 2, 1967-68.

2. Авторское свидетельство СССР " № 514190, кл. G 01 В 19/26, 1976 (прототип).

744618

ФЬЮ ф

Составитель А. Маслов

Редактор А. Долинич Техред К. Шуфрич Корректор М. Демчик

Заказ Зг119/15 Тираж 751 Подписное

ЦНИИ!1И Госуларсгвеииого комитета СССР пс делам изобре- сияй и открытий

113035, Москва, Ж -35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Г!атент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4