Фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов

 

<>771690

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБ

К АВТОРСКО (61) Дополнительн (22) Заявлено 11 ° с присоединением (23) Приоритет

Опубликовано

Дата опублико (51)М. Кд.з

G 06 G 9/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (5З) УД б81.335 (O8e.à) (72) Автор изобретения

A. Б. Лукашенок

Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (73) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических электрических сигналов, про- 5 порциональных функциям sin net u

cos not (гд и= 1, 2, 3, ... — но- мер гармоники) и может быть испольэовано в аппаратуре гармонического анализа для определения динамических тО характеристик различных объектов активным способом, например, для исследования нестационарных характеристик летательных аппаратов в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

Известен электромеханический генератор полигармонических сигналов, содержащий фоторезистивные мосты, источник питающего напряжения, осве- 2О тители с конденсорами, оптико-механический модулятор, включающий модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными профилями, число которых соответствует 25 числу генерируемых гармонических зависимостей и числу пар фоторезистивных мостов 1 . Нужные порядки генерируемых сигналов обеспечиваются соответствующим модулированием свето- 30 вых потоков фоторезисторов, включенных в одинарные мостовые схемы, посредством оптико-механического модулятора с фигурными светонепроницаемы ки профилями, расположенными ма прозрачном диске, вращаемом с постоянной угловой скоростью.

Недостатком такого генератора является сравнительная сложность конструктивной реализации генератора при достаточно большом числе гармоник генерируемых сигналов, в основном эа счет увеличения габаритов оптико-механического модулятора, так как с ростом количества гармоник существенно возрастает диаметр диска и при этом возникают погрешности при размещении на нем фигурных светонепроницаемых профилей, а также за счет трудности оптического согласования их с фотореэисторами электрических мостовых схем. Кроме того, для ряда высших гармоник, например, с порядковыми но- мерами 7, 11 и т.д.; значения углов соосного смещения. светонепроницаемых профилей выражаются иррациональными числами, что приводит к дополнительной методической погрешности генератора.

771690 полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие

Мосты, соединенные общей диаГональю, К которой подключены .выводы источника постоянного напряжения, другие диагонали первого, второго преобразующих

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является геНератор полигармонических синусно-косинусных сигналов 2, содержащий

2п дифференциальных фоторезистивных моста, соединенных попарно общими на.оналями, фотореэисторы мостов ус тановлены встык в дна ряда вдоль оси светонепроницаемого модулятора, выполненного в виде двух цилиндрических светонепроницаемых эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90, и сопряжены оптически с осветителем через установленные последовательно конденсор и модулятор, ось вращения которого связана с приводом, в множи- 15 тельный блок высших гармоник (n p 1) дополнительно введены 2 (n-1) дифференциальных фоторезистивных мостов, подобные основным мостам, и столько же сумматоров, общие диаго- ;р нали пар мостов подключены соответственно в -канале первой гармоники к источнику постоянного напряжения, в канале второй гармоники к выходным диагоналям мостов канала первой гармоники, а, начиная с канала третьей гармоники и выше, к паре сумматоров канала предшествующей гармоники, выходные диагонали мостов каждой пары в каналах высших гармоник подключены к двум входам соответствую- Зо щего сумматора, причем в синусном тракте синфазно, а в косинусномв противофазе, выходные диагонали мостов канала первой гармоники и выходы сумматоров высших гармоник соединены З5 с выходами генератора.

Недостатком такого устройства яв ляются погрешности н синхронизации синусно-косинусных сигналов, т.е. изза несовпадения их начальных фаэ, 4Q существенно возрастающих с увеличением числа полигармонических зависимостей, что приводит к появлению процессов биения в выходных сигналах, учитывая заложенный в основу работы генератора принцип перемножения синусных и косинусных составляющих каждого гармонического сигнала с последующим их суммированием. Эти негативные качества у генератора возникают за счет того, что фотореэисто" О ры всех электрических мостов располагаются в едином модулирую.щем узле и при этом конструктивно трудно (практически невозможно при большом числе генерируемых сигналов) И вьщержать строгое расположение всех фоторезисторов в одной плоскости.По этой причине сокращается число генерируемых гармонических сигналов и снижается точность работы генератора

Целью изобретения является повышение точности генерирования полигармонических сигналов °

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический генератор g$ мостов являются соответственно синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, н два смежных плеча .каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90О непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения снязана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель, и множительный блок на фоторезистивных мостах, электрические входы которого соединены с соответствующими синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, а выходы которого являются синусными и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока.

На фиг. 1 представлена общая схема генератора; на фиг. 2 показано расположение фоторезисторов преобразующих мостов относительно модулирующих цилиндров, где показаны привод 1, преобразующие мосты 2, 3, мно.жительный блок 4 иа фоторезистивных мостах 5, содержащих фотореэисторы б и резисторы 7, модулирующие цилиндры 8, ось вращения 9 которых связана с осью привода 1, осветитель 10, конденсор 11. Преобразующие мосты 2, 3 содержат в двух смежных плечах фо тореэисторы 12, а в других двух смежных плечах источники света 13, 14, 15, 16, общая диагональ преобразующих мостов 2 и 3 соединена с выводами источника постоянного напряжения 17.

Генератор работает следующим образом.

Известно, что световой поток (Ф) осветителя и освещенность фоторезистора связаны следующим выражением

Ф = S Е, где S - площадь освещаемой части светочувствительной площадки фоторезистора; — освещенность фотореэистора.

При вращении приводом 1 вала 9 с постоянной угловой скоростью с0

771690

35 яодулирующие цилиндры 8 будут перекрывать световой поток, падающий от осветителя 10 с Е = const на светочувствительные площадки фотореэисторов 12, т.е. изменять площадь (5 var) освещаемых их частей (фиг. 1) соответственно в каждой паре (i и !1) вертикально стыкующихся фотореэисторов, по следующим законам:

Ьс (t) - Ьойдб (s i сос), Sg (t) Бо+ hS(cosset), где So — начальная освещаемая площадь, которую удобно приравнивать к половине светочувствительной площадки фоторезистора 12;

ss(sinu%),is(cosuO- изменение освещаемой площадки фото,резистора 12.

СоответСтвенно попарно дифференциально будут изменяться сопротивления фотореэисторов 12, включаемых в смежные активные плечи преобразующих мостов 2 и 3, например

Й 1(с) = Rp+ ДЙ(5! пЦс) р

Й (t) Rp+ 5R(cosldt) где R© — сопротивление фотореэистора при освещении половины его светочувствительной площад-. ки; ай(ЫныЦ,ih(cosset)- изменение приращения сопротивления фоторезистора.

Согласно йзвестному свойству че-, тырехплечных омических мостов, сигналы, снимаемые с их выходных диагоналей, пропорциональны произведению сигналов, подключаемых к входным диагоналям, на функцию изменения .приращений сопротивлений активных плеч.

В результате этого сигналы выходных диагоналей мостов 2 и 3 питаемых постоянным напряженчем U, будут пропорциональны

Uq(t) sinm, Up(t) = cosMt и в итоге получаем на выходе генератора электрические синусно-косинусные сигналы основной гармоники n=1 °

Кроме того, согласно законам изменения сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной полонины мостов 2 и 3, будут изменяться токи в пассивных смежцых плечах другой половины этих мостов, что вызовет соответствующее изменение освещенности (E var) oToH Hx a HHx ooa THTe e 13, 14, 15, 16, а именно

Е 15(t ) Ео+ А Е (ь i night ), Е, „ (t ) ЕоТД Е (со вас ), где Ео среднее значение освещенности осветителя;

2S

ЬЬ аЕ(в!пай),вЕ(соэсоЦ. изменение приращения его освещенности.

Таким образом, мосты 2 и 3 реализуют функцию генерирования электрических синусно-косинусных сигналов основной гармоники и функцию преобразования этих сигналов в изменения освещенностей осветителей 1.3, 14, 15, 16. Осветители 13, 14, 15, 16 мостов

2 и 3 оптически связаны с фотореэисторами 6 мостов 5 множительного блока 4, поэтому происходит соответствующее изменение световых потоков, падающих на светочувствительные пло-. щадки фотореэисторов 6 при неизменной освещаемой,их площадки (S const), что приводит к пропорциональному изменению их сопротивлений фотореэисторов

Йь(t) = Ro+gR(s inst)

R@ (с) Йо+ДЙ(сов43с) °

Входные диагонали перемножающих мостов 5 в канале каждой из высших гармоник п..подключены попарно к электрическим синусно-косинусным сигналам предыдущей гармоники (n-l), т.е. к

siп(п-1)4)t и. cos(n-1)tilt В соответствии с вышеупомянутым свойством четырехплечных мостов, с выходных диагоналей этих мостов снимаются электрические сигналы, пропорциональные, в частности, для случая генерирования сигналов второй гармоники (n=2)

U(t) = sinvt ° зintpwа

U(t) = coswt-s!пйдс, U(с) cosLot ° cosldt °

О(t) = s iпис .сОБяс.

Сигналы с выходов одной пары мос тов 5 подаются в противофазе на два входа соответствующего сумматора, на выходе которого получаем электрический сигнал, пропврциональный

0 1(t)=cos<ь)t - ы nest — cos2(dt

Сигналы с выходов другой пары мостов 5 подаются синфазно на два входа другого сумматора и на его выходе имеем

01 (t) =cosuts i по)с ф s i nwtco t ш р2 В п2ц с/я 5 и. 24lt .

В результате на выходе генератора получаем электрические сигналы, kpaTHaae sin2u)t и cos2(pt.

Подобным образом получаем на выходе генератора электрические синуснокосинусные сигналы любой высшей гармоники и.

Это достигается тем, что на входы сумматора синусного тракта этой гармоники п с соответствующих перемножающих мостов 5 синфаэно подаются сигналы, пропорциональные cos(n-1)ultx

xsinZt и sin(n-l)tot. cosu>t, и íà его выходе получаем сигнал, пропорциональный sin nut. Соответственно на входы сумматора косинусного тракта гармоники п Подаютея в противофазе сигналы, пропорциональные sin(n-l)4)tx

xsiпсос и cos(n-1)о,>ссоьМс, и на его

771690 выходе получаем сигнал, пропорционалы ый co s n43t . таким образом, при вращении» вала 9 с.постоянной угловой скоростью мй, на выходе генератора с высокой точностью получаем полигармонические синусномсинусные электрические сигналы практически любого требуемого порядка.

Ввиду расположения фоторезисторов 6 перемножающих мостов 5 совместно с осветителями 13,14, 15,16 в четырех отдельных оптоэлектронных узлах, обеспечивается строгая синхронизация всех реализуемых в устройстве генератора гармонических зависимостей, а в итоге повышается точность работы генератора полигармонических сигналов.

Формула изобретения

Фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие мосты, соединенные общей диагональю, к которой подключены выводы источника постоянного напряжения, другие диаго-. нали первого и второго преобразующих мостов являются соответственно синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, в два смежных плеча каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсором, íà оптической оси которого установлен осветитель и множительный блок на фоторезистивных .мостах, электрические входы которого соединены с соответствующими синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, а выходы которого являются си3S нусными и косинусными эыходамн гармоник высших порядков генератора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы генер .— тора, в него введены четыре источни; ка света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответ- ствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 517030, кл. 6 06 G 9/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2478389/18-24, кл. G 06 G 9/00, 1977. б

r . Ф716цО

Составитель Ю. Козлов

Ре акто Н. Каменская ТехредМ.К зыка

Ко екто С. шекмар.

Заказ 6700/62 Тираж 751

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгороц, ул. Проектная, 4