Полигармонический анализатор

Полигармонический анализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (51) м. кл.з

G 01 R 23/16 (22) Заявлено 24.0779 (21) 2801216/18-21 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.81. Бюллетень Но 25

Дата опубликования описания 100781 (53) УДК 621 317 . 757 < 088. 8) 1

13 олтыт

ТЕХ ИИЧВС1(.4, q

ВЯБЛИ0 ГЕ;, р, (72) Авторы изобретения

А. Б. Лукашенок и М. В. Ушаков (71) Заявитель

Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола

1 54 ) ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для одновременного синхронного определения полигармонических составляющих различных исследуемых процессов и может быть использовано в низкочастотной аппаратуре гармонического анализа, в частности, для экспериментального исследования нестационарных характеристик воздушных судов в аэродинамических трубах активным способом.

Известны гармонические анализатбры. которые содержат задатчик вынужденных колебаний, преобразователь нагрузок, тензоусилитель, аттенюатор, две пары перемножакщих мостов с фотореэисторами, каждая из которых отделена от своего осветителя светонепроницаемым модулятором, жестко сочлененным с валом задатчика, интеграторы, сумматор и регистрирующее устройство, мост постоянного тока с фоторезисторами, освещаемыми осветителем фотореэисторов первой пары перемножакщих мостов; при этом выход синфазного моста соединен с сумматором, к второму входу которого подключен выход аттенюатора (1j .

Недостатком данного анализатора является неприспособленность для,ис- 3() следования гармонических составляющих выше второго порядка, что не удовлетворяет задачам по выявлению более тонкой структуры полигармонического спектра исследуемых процессов.

Целью изобретения является повышение точности измерения полигармонических составляющих.

Поставленная цель достигается тем, что в полигармоническом анализаторе, содержащем задатчик вынужденных колебаний, синхронизированный с ним источник анализируемого сигнала, .оптико-механический узел, состоящий из сочлененного с задатчиком вынужденных колебаний светового модулятора, выполненного в виде двух цилиндрических эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на 90, разделяющего осветитель неизменной освещенности с конденсором и четыре фоторезистора, установленные попарно встык в плоскости, параллельной оси вращения модулятора, источник постоянного напряжения, множительно-суммирукщий блок в виде 2. n — 1 (n — номер гармоники) пар, соединенных общими диагоналями перемножакщих мостов с фоторезисторами, одна пара которых

845112 включена в канале первой гармоники, а общая диагональ „связанная со входом анализатора, подключена к источнику анализируемого сигнала, и 2 ° (и—

1) сумматора через 2 ° и интегратора соединенные с регистрирующим устройством, введены два подключенных к источни <у постоянного напряжения моста с фоторезисто ами оптико-механического узла и четырьмя излучателями в соседних плечах, причем излучатели каждого из этих мостов оптически дифференциально, сопряжены с фоторезисторами соответствующих плеч перемножающих мостов множительно-суммирунщего блока.

На фиг. 1 представлена структурная схема полигармонического анализатора; на фиг. 2 — электрическая схема; на фиг. 3 — вид оптико-механического узла.

Структурная схема фиг. 1) полигармонического анализатора включает з адатчик вынужденных колебаний 1, оптико-механический узел 2, преобразователь 3, множительно-суммирующий блок 4, .интеграторы 5, регистрирующее устройство 6, источник постоянного напряжения 7 и источник анализируемого сигнала 8.

Электрическая схема полигармонического анализатора (фиг. 2). состоит из пары мостов 9 и 10, образующих преобразователь 3 с фоторезисторами

11-1, 11-2, 11-3, 11-4, оптико-механического узла 2 и излучателями 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 в соседних плечах, подключенных к источнику постоянного напряжения 7; 2 (и — 1) (n — номер гармоники анализируемого сигнала) пар перемножающих мостов с фоторезисторами в пассивных плечах, причем в канале первой гармоники (n-1), находится одна пара таких мостов 13 и 14, а в каждом канале высших гармоник (n ) 2) содержится по две пары идентичных перемножакщих мостов, соответственно в синусном синфазном .тракте—

15 и 16 и в косинусном (квадратурном)

17 и 18; 2 (n — 1) сумматора по два19 и 20 в каждом канале высших гармоник. Перемножающие мосты и сумматоры составляют множительно-суммирующий блок 4 анализатора.

Пары перемножающих мостов еоединены общими исходными диагоналями и подключены: в канале первой гармоники — к источнику анализируемого сигнала 8, в канале второй гармоники к выходным диагоналям мостов канала первой гармоники, а в каналах высших гармоник, начиная с третьей, — к вы— ходам сумматоров каналов предшествующих гармоник. Выходные диагонали перемножакщих мостов каналов высших гармоник соединены с двумя входами своих сумматоров, причем в синусном тракте — согласно, а в косинусном— противофазно. Выходы сумматоров вместе с выходами мостов канала первои гармоники связаны со входами интеграторов, содержащимися соответственно по два — 21 и 22 в каждом гармоническом канале анализ атора. Выходы последних связаны с многоканальным регистрирующим устройством 6.

Оптико-механический узел 2 полигармонического анализатора 1фиг. 3) содержит световой модулятор в виде двух жестко между собой связанных цилиндрических эксцентриков 23 и 24 с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на 90 . Вал модулятора сочленен с задатчиком вынужденных колебаний 1. Световой модулятор

15 расположен между оптической системой. состоящей из осветителя неизменной освещенности 25 с конденсором 26 и четырех фоторезисторов (11-1 — 11-4), установленных попарно встык в плоскости, Щ параллельной оси вращения светового модулятора, с которой совпадают центральная ось оптической системы, а также линия соприкосновения попарно встык фоторезисторов. Диаметры цилиндрических эксцентриков 23 и 24 не превышают высоты светочувствительных площадок фоторезисторов. Конденсор

26 служит для создания равномерного светового потока. Все элементы оптикомеханического узла 2 заключены в единый светонепроницаемый кожух.

Излучатели 12-1 - 12-4 мостов 9 и

10 преобразователя части 3 оптически дифференциально сопряжены с фоторезисторами соответствующих плеч перемножающих мостов синусного и косинусного трактов множительно-суммирующего блока 4.

Чтобы обеспечить анализатору хорошие динамические свойства,в нем

40 целесообразно использовать следукхцие элементы: в качестве осветителя неизменной освещенности в оптико-механическом узле 2 — лампу накаливания; в качестве излучателей в преоб4 разователе 3 — неоновые лампы,и в том и в другом — малоинерционйые фоторезисторы, а в качестве интеграторовфотокомпенсационные усилители.

Работает полигармонический анализатор следукщим образом.

Анализируемый сигнал в виде напряжения Utt), пропорциональный, например, исследуемым аэродинамическим нагрузкам, воздеиствующим на модель летательного аппарата, можно представить в виде ряда фурье:

О®=до, „(ап9 пп cosnuua), (1)

0 и где А о — постоянная составляющая бО сигнала; а„ и Ь„ — синфазная и квадратурная

1 составляющие анализируемого сигналап — номер гармоники;

65 (и - круговая частота.

845112 (2) 4) 5Р

Формула изобретения

При вращении светового модулятора оптико-механического узла 2 с посто.янной угловой скоростью u>l цили ндрические эксцентрики 23 и 24 будут изменять световые потоки, падающие от оптической системы на светочувствительные площадки фоторезисторов 11-15

11-4 по гармоническим законам s in >tl t и cosau t, что приведет к изменению сопротивлений этих фоторезисторов.

Ввиду того, что наряду с фоторезисторами оптико-механического узла

2 в соседних плечах подключенных к источнику постоянного напряжения 7 мостов 9 и 10 содержатся излучатели

12-1 — 12-4, это приведет к пропорциональному дифференциальному изменению 5 их освещенностей.

Излучатели 12-1 — 12-4 оптически сопряжены. с фоторезисторами соответ- ствующих плеч пар перемножающих мостов 13-18, и это ведет к пропорцио- 3) нальному изменению дифференциальным образом световых потоков последних и, соответственно, их сопротивлений.

В перемножающих мостах 13-18 реализуется известное свойство омических мостов осуществлять умножение сигнала во входной их диагонали на функцию изменения сопротивлений активных плеч с фоторезисторами.

Мостовые схемы 13 и 14 канала пер- ЗО вой гармоники 1п-1) подсоединены общими входными диагоналями к источнику анализируемого сигнала 0(t) 8, в связи с чем с их выходных диагоналей снимают электрические сигналы, пропорциональные:

0 it) = U(t) 5inuLl t>, 0

44

40 которые подключены к входным диагоналям перемножающих мостов 15-18 канала второй гармоники (n-2) .

Сигналы с выходов l-юстов 15 и 17 годаются в противофазе на два входа 45 сумматора 19, на выходе которого получают электрический сигнал, пропорциональный

it) = U t t) cos 2wt

1>З

Сигналы с выходов мостов 16 и 18 подаются синфазно-на два входа сумматора 20, и на его выходе

Ugptt) =.U

+ 1Jt t) sin uUt cosug t - =Ujt) х

Х Sln 2lUt (5)

В результате получают электрические сигналы, кратные произведению 49 анализируемого сигнала на гармонические функции его второй гармоники.

Подобным образом получают электрические сигналы, пропорциональные произведению анализируемого сигнала на 5 гармонические зависимости любой высшей гармоники и.

Это достигается тем, что на вход сумматора 19 косинусного квадратурного тракта этой гармоники и противофазно-встречно подаются сигналы с со.ответствующих перемножакщих мостов предшествующей гармоники <п-1), и на еrg выходе

U

-U (t) s i n (n-1)мt ° ы n

0>pt+

+ Utt) sin (n-1)Ж t cosset = 0(t) х х 5! и п >t> (:7)

Выходные сигналы с мостов 13 и 14 канала первой гармоники, а также с сумматоров 19 и 20 каналов высших гармоник подаются на входы соответствукв их интеграторов 21 и 22, н" выходах которых после интегрирования выражений (2), (3), (4), (5), (6) и (7) получают коэффициенты ряда Фурье а, b, > а, Ь,... а, b„, фиксируемые регистрирующим устройством 6.

Таким образом. при непрерывном вращении вала задатчика вынужденных колебаний 1 с угловой скоростью uU синхронизированный с круговой частотой светового модулятора оптико-механического узла 2 и с источником анализируемого сигнала 8, на выходе ана— лиз атора одновременно измеряют полигармонические составлякщие этого сигнала любого высшего порядка. При этом благодаря строгой синфазности во всех каналах синусного и косинусного трактов анализатора точность его работы оказывается достаточно высокой. Последнему обстоятельству способствуют развязка электрических цепей элементов анализатора, исключающая их импедансное взаимовлияние, и осуществление этой связи путем, которому присуща хорошая помехозащищенность.

Опгико-механический узел 2 обладает компактностью, что позволяет легко сочетать его с внутримодельными устройствами гармонического анализа; .Использование дифференциального принципа изменения параметров рабочих элементов анализатора устраняет температурные погрешности.

Полигармонический анализатор, содержащий задатчик вынужденных колебаний, синхронизированный с ним источник анализируемого сигнала, оптико-механический узел, состоящий из сочлененного с задатчиком вынужденных колебаний светового модулятора в виде двух цилиндрических эксцентри845112 ков с экстремумами, сдвинутыми друг

0 относительно друга на 90, разделяющего осветитель неизменной освещенности с конденсором,, и четыре фоторезистора, установленные попарно встык в плоскости, параллельной оси вращения модулятора, источник постоянного напряжения, множительно-суммирующий блок в виде 2 ° и-1 п — номер гармоники) пар, соединенных общими диагоналями перемножающих мостов с фоторезисторами, одна пара которых включена в канале первой гармоники, а общая диагональ, связанная со вхо дом анализатора, поключена к источнику анализируемого сигнала, и 2 х

x

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 599230, кл . G 01 R 23/16, 1974.

845112

Составитель Е. Данилина

Редактор Б. Федотов Техред С. Мигунова Корректор Н. Швыдкая

Заказ 4137/3

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4