Полигармонический синусно-косинусный генератор

 

О Л И С А Н И Е <„,932511

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапистическик

Республик

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08. 04. 80 (21) 2907229/18-24 с присоединением заявки ЭЙ— (23) Приоритет— (51)М. Кл.

G 06 G 9/00

ГееударетаанаН кюмитет

СССР ав делам изобретений и аткрытий

Опубликовано 30. 05 ° 82 Бюллетень № 20 (53) УДК681. 3 (088. 8) Дата опубликования описания 01. 06.82 (72) Автор изобретения —

A. Б. Лука шенок -" -- "- - - 1

1 Д

7 :",;.:. и

Рижский Краснознаменный институт инжене ов Ц;:",;,,;. --, гражданской авиации им. Ленинского комсодоиа. (71) Заявитель (54) ПОЛИГАРИОНИЧЕСКИЙ СИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ

ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к аналоговым электромехан ическ им выч ислительным устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических сигналов, пропорциональных функциям sin nut и cos n(dt, и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа для исследований частотных характеристик различных объектов актив10 ным способом, в частности при,изучении нестационарных характеристик моделей летательных аппаратов путем их продувок в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний.

Известны синусно-косинусные генераторы электромеханического типа, например, синусно-косинусные потенциометры и вращающиеся трансформаторы (11.

Недостатком известных генераторов является то, что для задач генериро- . вания полигармонических синусно-косинусных сигналов они требуют применения соответствующих механических редукторов, вносящих в работу погрешности за счет люфтов, а также сложность конструктивной реализации при достаточно высоком порядке гармоник генерируемых сигналов.

Известны полигармонические синусно-косинусные генераторы с использованием таких элементов, как фоторезисторы (21.

К недостаткам их следует отнести сравнительную громоздкость конструктивного исполнения, а также сложность электрической схемы, что приводит к дополнительным погрешностям и соответственно к снижению точности работы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие мосты, соединенные общей диагональю, к которой подключены выводы источника

3 93251 постоянного напряжения, другие диагонали первого и второго преобразующих мостов являются соответственно синусным и конусным 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 10 оси вращения двух эксцентрично расо положенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсатором, на оптичес. кой 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 икосинусными выходами Ic3pMoHHK высших порядков генератора, кроме того, в него введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фотореэисторами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока (31.

Недостатками генератора являются погрешности за счет взаимовлияния каналов генератора, а также сложность

его схемы иэ-за наличия таких дополнительных элементов, как сумматоры, не используемых активно непосредственно в операциях соответствующих фотоэлектрических преобразований, но вносящих в его работу дополнительные погрешности. Все это приводит к снижению точности работы генератора.

Цель изобретения - повышение поме- 45 хозащищенности при генерировании полигармонических синусно-косинусных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в полигармоническом синусно-коси- 5О нусном генераторе, содержащем механический эксцентриковый модулятор, ось вращения которого связана с осью привода, осветительный узел, состоящий из излучателя постоянной интенсив-55 ности,. излучателей изменяемой интенсивности и выходного линейного конденсатора, и фоточувствительный узел, 1 4 фоторезисторы которого расположены попарно встык в плоскости, параллельной оси вращения механического эксцентрикового модулятора, экстремумы цилиндрических эксцентриков которого сдвинуты один относительно другого на угол 90, первые две пары фоторео зисторов фоточувствительного узла включены соответственно в смежные плечи, первого и второго преобразующих мостов и оптически связаны через механический эксцентриковый модулятор с выходом излучателя постоянной интенсивности, в другие плечи первого и второго преобразующих мостов включены излучатели изменяемой интенсивности, первые диагонали обоих преобразующих мостов подключены к соответствуюшим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диаго- . нали являются соответственно синусным и косинусным выходами канала генерации первой гармоники, остальные пары фоторезисторов фоточувствительного узла включены в плечи каждой пары суммирующих мостов, первые диагонали которых подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, излучатели изменяемой интенсивности первого и второго преобразуиа их мостов оптически противофазно связаны с фоторезисторами соответствующих смежных плеч первой пары суммирующих мостов, вторые диагонали которых являются синусным и косинусным выхода-, ми канала. генерации второй гармоники, а вторые диагонали всех последующих пар суммирующих мостов являются синусными и косинусными выходами каналов генерации соответствующих высших гармоник, в канал .генерации каждой высшей гармоники, начиная со второй, кроме канала генерации последней высшей гармоники, введены по два осветительных моста, в смежные плечи которых включены два резистора и два излучателя изменяемой интенсивности, первые диагонали осветительных мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диагонали соединен с выходами каналов генерации соответствующей высшей гармоники, причем излучатели изменяемой интенсивности осветительных мостов расположены в осветительном узле и оптически противофазно связаны через механический эксцентриковый модулятор с фоторезисторами двух первых смежных плеч одного из

932511 пары суммирующих MQGTQB и противофазно с фоторезисторами двух вторых смежных плеч другого из той же пары суммирующих мостов последующего канала генерации высшей гармоники. 5

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого полигармонического синусно-косинусного генератора; на фиг. 2 - расположение его основных узлов . модулятора, осветитель- о ного узла и фоточувствительного.

Функциональная схема генератора (фиг. lj,ñîäåðwèò в канале первой гармоники два преобразующих моста 1 и

2 соответственно с фоторезисторами

3 - 6 и излучателями 7 - 10 изменяемой интенсивности в плечах, а в каждом последующем канале — один суммирующий мост 11 с фоторезисторами 1215 и другой суммирующий мост 16 с зо фоторезисторами 17 - 20 в плечах и, кроме того, за исключением канала гармоники высшего порядка, два осветительных моста 21 и 22 с резисторами 23 - 26 и излучателями 27 - 30 25 изменяемой интенсивности в плечах, связанных общими диагоналями с соответствующим суммирующим мостом 11 или мостом 16. Входные диагонали всех мостов подключены к выходам зо источника пюстоянного напряжения 31, а выходные диагонали преобразующих мостов 1 и 2 и соответствующих суммирующих мостов 11 и 16 образуют синусные и косинусные выходы генери- 35 руемых гармоник, которые выведены на общую панель выходов 32. Все фоторезисторы (фиг. 2) попарно размещены в фоточувствительном узле 33, который оптически связан через механический эксцентриковый модулятор

34 с выходом осветительного узла 35, который состоит из излучателя 36 постоянной интенсивности, излучателей

7 — 10 и 27 - 30 изменяемой интенсивности и выходного линейного конденсатора 37, ричем ось вращения механического эксцентрикового модулятора связана с осью привода 38. !

5a

Работа полигармонического синуснокосинусного генератора осуществляется следующим образом.

При вращении модулятора 34 с угловой скоростью (, площади перекрытия

caeTo÷óâñòâèòåëüíûõ слЬев фоторезисторов будут изменяться по синусно-косинусным законам первой гармоники, например:

S>< (t)=S t-zS

l 5,.I4

I9,20

S> < (t)=Sо+aS о л \

17, !8 (2) где 5р - половина площади светочувствительного слоя фоторезистора.

Известно, что в общем случае световой поток Р, падающий от излучателя на светочувствительный слой фоторезистора„ определяется следующим выражением:

9= Е.Я (3) где E - -освещенность излучателя; освещаемая площадь светочувствительного слоя фоторезистора.

Поэтому изменения световых пото l ков, подающих от излучателя 36 (Е=

-const) на светочувствительные слои фоторезисторов мостов 1 и 2, будут пропорциональны синусно-косинусным

Функциям первой гармоники, что приводит к соответствующим изменениям сопротивлений фоторезисторов, в частности:

R> 4.(t)=Б.рьян sinu t; (4), R„ (t)=R0+ R cosset, (5) где Rz — сопротивление фоторезистора при освещении половины его светочувствительного слоя.

В результате этого сигналы, снимаемые с выходных диагоналей мостов

1 и 2, будут пропорциональны:

LJ<(t) = sinvt; (6)

u«) = ut,, (7) и в итоге на выходе генератора получаем синусно-косинусные сигналы первой гармоники (n = 1). . Кроме того, согласно изменениям сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной половины мостов

1 и 2, будут изменяться токи в пассивных смежных плечах другой половины этих мостов, что приводит к соответствующим изменениям освещенностей их излучателей, а именно:

E < (t) =Ео+аЕ sinu t," (8)

Eq (й)=Е =ьЕ . cosa, (9} где Е р — среднее значение освещенности излучателя.

С учетом этого и принимая во внимание выражения (1), (2) и (3), изменения световых потоков, падающих на светочу вст вител ьные слои фоторез исторов мостов 11 и 12, приведут к следующим изменениям их сопротивлений:

932511 (11)

5 (12) Формула изобретения (21) 7

R12,5 (t) Ко+ай (sinсд1- соя сд t); (10)

15,14 (1 Ко дR (cosсд t

sin t);

R17 18 (t) Ео AR(cos(Dt

cowt); ,0 (t) Ro R(s n+t

° sin(dt) . (13)

Особенностью изменения сопротивлений фотореэисторов,образующих плечи !о мостов 11 и 12, является то, что в мосте 11 приращения сопротивлений противоположных плеч имеют одни и те же знаки (синфазы), в то время как в мосте 12 разные знаки (противофаз- 15 ны) .

Согласно условию равновесия моста постоянного тока (принимая во внимание состояние высокоомности реального фоторезисторного моста, а щ также его нагрузки - осветительного моста) сигналы, снимаемые с выходных диагоналей мостов 11 и 12, будут пропорциональны:

Ц ()=-R

Н

w sin t sin 2сд t; (14)

U ц (t)=R17 (t) R2g(t) RIB (t) R19 (t) ес05 nt-sin Vt=

=cos с.й, М) откуда видно, что мост 11 является суммирующим, а мост 12 — разностным, при этом на выходе генератора получаем синусно-косинусные сигналы второй гармоники (п=2).

З5

Эти сигналы подаются также на входные диагонали осветительных мостов

21 и 22 канала второй гармоники, что приводит к кратным изменениям освещенностей их излучателей:

Е1728 (t)=Е дЕ ° sin 2ыt; (16)

Е29 >o (t)=E nE ° cos 2u t, (17)

Аналогичным образом освещенности излучателей осветительных мостов 21 и 22 канала предпоследней гармоники

45 (n-1) будут изменяться согласно следующим законам:

Е27, zs (t)=E()+дЕ sin(n-1)cat; (18)

Е29,ЬО (t)=Fî дЕ cos(n 1 )уС (19) и на выходе соответствующих суммирующего моста 11 и раэностного моста 12

50 канала. высшей гармоники и получим сигналы, пропорциональные:

- Цц (т.)-sin(n- )(,)Ь cosset+

+cos(n-1)vt ° sinut

=- sin мй; (20) 55

U, (т)асов(n-1 )vt coszt31п(п- 1)я1 sinut cos nest °

Таким образом, при вращении модулятора 34 с угловой скоростью сд на выходе генератора получаем электрические синусно- косинусные сигналы гармоники требуемого порядка с высокой степенью помехозащищенности, что обеспечивается электрической развязкой цепей отдельных каналов генератора за счет оптической связи между ними.

Полигармонический синусно-косинусный генератор, содержащий механический эксцентриковый модулятор, ось вращения которого связана с осью привода, осветительный узел, состоящий из излучателя постоянной интенсивности, излучателей изменяемой интенсивности и выходного линейного конденсатора, и фоточувствительный узел, фотореэисторы которого расположены попарно встык B плоскости, параллельной оси вращения механического эксцентрикового модулятора, экстремумы цилиндрических эксцентриков которого сдвинуты один относительно другого на угол

90, первые две пары фоторезисторов

Фоточувствительного угла включены соответственно в смежные плечи первого и второго преобразующих мостов и оп" тически связаны через механический эксцентриковый модулятор с выходом излучателя постоянной интенсивности, в другие плечи первого и второго преобразующих мостов включены соответствующие излучатели изменяемой интенсивности, первые диагонали обоих преобразующих мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диагонали являются соответственно синусным и косинусным выходами канала генерации первой гармоники, остальные пары фоторезисторов фоточувствительного узла включены в плечи каждой пары суммирующих мостов, первые диагонали которых подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, излучатели изменяемой интенсивности первого и второго преобразующих мостов оптически противофазно связаны с фоторезисторами соответст-. вующих смежных плеч первбй пары суммирующих мостов, вторые диагонали которых являются синусным и косинус ным выходами канала генерации второй

932511

10 гармоники, а вторые диаг онали всех последующих пар суммирующих мостов являются синусными и косинусными выходами каналов генерации соответствующих высших гармоник, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехозащищонности генератора, в канал генерации каждой высшей гармоники,. начиная со второй, кроме канала генерации последней высшей 10 гармоники, введены по два осветительных моста, в смежные плечи которых включены соответственно два резистора и два излучателя изменяемой интенсивности, первые диагонали освети" 15 тельных мостов подключены к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а вторые диагонали соединены с выходами каналов генерации соответствующей высшей гармоники, при 20 чем излучатели изменяемой интенсив-. ности осветительных мостов расположены в осветительном узле и оптически противофазно связаны через механический эксцентриковый модулятор с фоторезисторами двух первых смежных

Ю плеч одного из пары суммирующих мостов и противофазно с фоторезисторами двух вторых смежных плеч другого из той же,пары суммирующих мостов последующего канала генерации высшей гармоники.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Доброгурский С. О. Счетно-решающие устройства. И., "Иашиностроеяие", 1966.

2. Авторское свидетельство СССР и 684565, кл. 5 06 Q 9/00, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2672811/24, кл. Q 06 Q 9/00, 1978.

93251 i

Составитель Ю..Козлов

Редактор М. Ткач Техреду 3. Фанта Корректор М. Коста

Заказ 3786/70 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

11)0)5 Москва Ж-Яд Ра аскау наб. g. 4Д

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4