SU771690A1 - Фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических электрических сигналов, про- 5 порциональных функциям s!η nut и cos nut (гда п= 1, 2, 3, ... - номер гармоники) и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа для определения динамических 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, осветители с конденсорами, оптико-механический модулятор, включающий модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными профилями, число которых соответствует числу генерируемых гармонических зависимостей и числу пар фоторезистивных мостов £1J . Нужные порядки генерируемых сигналов обеспечиваются соответствующим модулированием свето2 вых потоков фоторезисторов, включенных в одинарные мостовые схемы, посредством оптико-механического модулятора с фигурньвии светонепроницаемы Ии профилями, расположенными на прозрачном диске, вращаемом с постоянной угловой скоростью.

Недостатком такого генератора яв10 ляется сравнительная сложность конструктивной реализации генератора при достаточно большом числе гармоник генерируемых сигналов, в основном за счет увеличения габаритов оптико-меха 15 нического модулятора, так как с ростом количества гармоник существенно возрастает диаметр диска и при этом возникают погрешности при размещениина нем фигурных светонепроницаемых 20 профилей, а также за счет трудности оптического согласования их с фоторезисторами электрических мостовых схем. Кроме того, для ряда высших гармоник, например, с порядковыми но25 мерами 7, 11 и т.д., значения углов соосного смещения светонепроницаемых профилей выражаются иррациональными числами, что приводит к дополнительной методической погрешности гене30 ратора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является генератор полигармонических синусно-косинусных сигналов £2Д , содержащий 2·η дифференциальных фоторезистивных моста, соединенных попарно общими диагоналями, фоторезисторы мостов ус/ тановлены встык в два ряда вдоль оси светонепроницаемого модулятора, выполненного в виде двух цилиндрических светонепроницаемых эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 9 0^е*, и сопряжены оптически с осветителем через установленные последовательно конденсор и модулятор, ось вращения которого связана с приводом, в множительный блок высших гармоник (п>1) дополнительно введены 2 (п-1) дифференциальных фоторезистивных мостов, подобные основным мостам, и столько же сумматоров, общие диагонали 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 соответствующего сумматора, причем в синусном тракте синфазно, а в косинусном в противофазе, выходные диагонали мостов канала первой гармоники и выходы сумматоров высших гармоник соединены с выходами генератора.

Недостатком такого устройства являются погрешности в синхронизации синусно-косинусных сигналов, т.е. изза несовпадения их начальных фаз, 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 фоторезисторы всех электрических мостов располагаются в едином модулирую.щем узле и при этом конструктивно трудно (практически невозможно при большом числе генерируемых сигналов) выдержать строгое расположение всех фотореэисторов 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 полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие Мосты, соединенные общей диагональю, к которой подключены .выводы источника постоянного напряжения, другие диа_ гонали первого, второго преобразующих * мостов являются соответственно синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, в два смежных плеча каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы, 1® прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90° непрозрач15 ных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсором, на оптичес2Q 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 и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи перво30 го и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного 35 блока.

. На фиг. 1 представлена общая схема генератора; на фиг. 2 показано расположение фоторезисторов преобразующих мостов относительно модули40 Рующих цилиндров, где показаны привод. 1, преобразующие мосты 2, 3, множительный блок 4 на фоторезистивных мостах 5, содержащих фоторезисторы 6 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 фоторезисторы 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 об5* разом.

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

Ф = S - Е, где S - площадь' освещаемой части светочувствительной площадки фоторезистора;

Е - освещенность фотореэистора. При вращении приводом 1 вала 9 45 с постоянной угловой скоростью uj t модулирующие цилиндры 8 будут перекрывать световой поток, падающий от осветителя 10 с Е = const на светочувствительные площадки фотореэисторов 12, т.е. изменять площадь (S= «var) освещаемых их частей (фиг. 1) соответственно в каждой паре (I и fl) вертикально стыкующихся фоторезисторов, по следующим законам: Sj(t) = S_oi AS (s I nwt) , S g (t) g S_o± AS (cosut) , где S_o — начальная освещаемая площадь, которую удобно приравнивать к половине светочувствительной площадки фоторезистора 12;

AS(sinut),iS(coeuU- изменение освещаемой площадки фоторезистора 12.

Соответственно попарно дифференциально будут изменяться сопротивления фотореэисторов 12, включаемых в смежные активные плечи преобразующих мостов 2 и 3, например Rfc(t) = R_o± AR(s i ntjt) , Rj(t) * Ro * 6R(cosuit) , где R_o — сопротивление фоторезистора при освещении половины его светочувствительной площад-. ки;

&R(ainui),&^(co&ul)- изменение приращения сопротивления фоторезистора.

Согласно известному 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 напряжением U, будут пропорциональны

Uq, (t) «= si nuJt, Uj(t) = coswt, и в итоге получаем на выходе генератора электрические синусно-косинусные сигналы основной гармоники п=1. Кроме того, согласно законам изменения сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной половины мостов 2 и 3, будут изменяться токи в пассивных смежных плечах другой половины этих мостов, что вызовет соответствующее изменение освещенности (E=var) стоящих в них осветителей 13, 14, 15, 16, а именно

E^it) » E_ot АЕ ( s i пцД) , Ε*,·*(ί) - EetfcE (cosQt) , где Eq ' среднее значение ч . освещенности осветителя ;

ле(вчпы1)лЕ(соэы1)- 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 13, 14, 15, 16. Осветители 13, 14, 15, 16 мостов 2 и 3 оптически связаны с фотореэисторами б мостов 5 множительного блока 4, поэтому происходит соответствующее изменение световых потоков, падающих на светочувствительные площадки фоторезисторов 6 при неизменной освещаемой их площадки (S«const), что приводит к пропорциональному изменению их сопротивлений фоторезисторов

R₆ (t) = R_ot д R (s i nojt)

R_fe(t) = Rq±AR(cosUt) .

Входные диагонали перемножающих мостов 5 в канале каждой из высших гармоник η подключены попарно к электрическим синусно-косинусным сигналам предыдущей гармоники (η -1), т.е. к si n(n-l)ut и. cos (n-1 )wt. В соответствии с вышеупомянутым свойством четырехплечных мостов, с выходных диагоналей этих мостов снимаются электрические сигналы, пропорциональные, в частности, для случая генерирования сигналов второй гармоники (п=2)

U(t) - s i nut · s i nut, U(t) = cosu>t · s i n<*»t, U(t) “ COSUJt«COSU)t, U(t) = sfn<*)t»cosGjt. Сигналы с выходов одной пары мостов 5 подаются в противофазе на два входа соответствующего сумматора, на выходе которого получаем электрический сигнал, пропорциональный

1^( t ) =COS⁴U t - S Ϊ rtljt = cos2u)t.

Сигналы с выходов другой пары мостов 5 подаются синфазно на два входа другого сумматора и на его выходе имеем и<;_г( t) =coswts i n<jt ♦ si.nmtcosot “ = 2 Sln2wt/2 = sin 2wt.

В результате на выходе генератора получаем электрические сигналы, Кратные sin2u>t и cos2u)t.

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

Это достигается тем, что на входы сумматора синусного тракта этой гармоники η с соответствующих перемножающих мостов 5 синфазно подаются сигналы, пропорциональные cos (n-1 )u>tx xsinwt и s i η (η-1 )wt. cosut, и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный s i n na>t. Соответственно на входы сумматора косинусного тракта гармоники η Подаются в противофазе сигналы, пропорциональные sin(n-1)wtx xsinwt и cos (n-1 )u)tcoscit, и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный cos nOt.

таким образом, при вращении,вала 9 с.постоянной угловой скоростью и», на выходе генератора с высокой точностью получаем полигармонические синуснокисинусные электрические сигналы практически любого требуемого порядка. Ввиду расположения фоторезисторов 6 перемножающих мостов 5 совместно с осветителями 13,14, 15,16 в четырёх отдельных оптоэлектронных узлах, обеспечивается строгая синхронизация всех реализуемых в устройстве генератора гармонических зависимостей, а в итоге повышается точность работы генератора полигармонических сигналов .

Claims (2)

1. 54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относитс  к аналогоBbJM электромеханическим устройствам, предназначено дл  одновременного синхронного генерировани  полигармонических электрических сигналов, про порциональных функци м s i n ntot и cos nwt (где. n 1, 2, 3, ... - номер гармоники) и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа дл  определени  динамических характеристик различных объектов активным способом, например, дл  исследовани  нестационарных характерно гик летательнЕЛХ аппаратов в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний. Известен электромеханический генератор полигармонических сигналов, содержащий фоторезистивные мосты, источник питающего напр жени , осветители с конденсорами, оптико-механический модул тор, включающий модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными профил ми , число которых соответствует числу генерируемых гармонических зависимостей и числу пар фоторезистивных мостов PJ . Нужные пор дки генерируемых сигналов обеспечиваютс  соответствующим модулированием световых потоков фоторезисторов, включенных в одинарные мостовые схемы, посредством оптико-механического модул тора с фигурньми светонепроницаемы йи профил ми, расположенными на прозрачном диске, вращаемом с посто нной угловой скоростью. Недостатком такого генератора  вл етс  сравнительна  сложность конструктивной реализации генератора при достаточно большом числе гармоник генерируемых сигналов, в основном за счет увеличени  габаритов оптико-механического модул тора, так как с ростом количества .гармоник существенно возрастает дигметр диска и при этом возникают погрешности при размещениина нем фигурных светонепроницаемых профилей, а также за счет трудности оптического согласовани  их с фоторезисторами зрлектрических мостовых схем. Кроме того, дл  р да высших гармоник, например, с пор дковыми номерами 7, 11 и т.д., значени  углов соосного смещени  светонепроницаемых профилей выражаютс  иррациональными числами, что приводит к дополнительной методической погрешности генератора . Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  гейератор полигармонических синусно-косинусных сигналов 2, содержащий 2-п дифференциальных фоторезистивных моста, соединенных попарно общими Щиа онал ми, фоторезисторы мостов yc тановлены встык в два р да вдоль оси светонепроницаемого модул тора, выполненного в виде двух цилиндрических светонепроницаемых эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90, и сопр жены оптически с осветителем чере установленные последовательно конденсор и модул тор, ось вращени  которого св зана с приводом, в множительный блок высших гармоник () дополнительно введены 2 (п-1) дифференциальных фоторезистивных мостов , подобные основным мостам, и столько же сумматоров, общие диагонали пар мостов подключены соответственно в канале первой гармоники к источнику посто нного напр жени , в канале второй гармоники к выходным диагонал м мостов канала первой гармоники , а, начина  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 соответствующего сумматора, причем в синусном тракте синфазно, а в косинусном в противофазе, выходные диагонали мо тов канала первой гармоники и выходы сумматоров высших гармоник соединены с выходг1ми генератора. Недостатком такого устройства  в л ютс  погрешности в синхронизации синусно-косинусных сигналов, т.е. и за несовпадени  их начальных фаз, существенно возрастающих с увеличением числа полигармонических зависи мостей, что приводит к по влению пр цессов биени  в выходных сигнгшах, учитыва  заложенный в основу работы генератора принцип перемножени  синусных и косинусных составл ющих ка дого гармонического сигнала с после дующим их суммированием. Эти негативные качества у генератора возникают за счет того, что фоторезисторы всех электрических мостов располагаютс  в едином модулирую .щем узле и при этом конструктивно трудно (практически невозможно при большом числе генерируемых сигналов выдержать строгое расположение всех фоторезисторов в одной плоскости.По этой причине сокращаетс  число гене рируемых гармонических сигналов и снижаетс  точность работы генератор Целью изобретени   вл етс  повышение точности генерировани  полигармонических сигналов. Поставленна  цель достигаетс  т что .в фотоэлектрический генератор олигармонических сигналов, содеращий первый и второй преобразующие осты, соединенные общей диагональю, которой подключены -выводы источника посто нного напр жени , другие диагонали первого, второго преобразующих мостов  вл ютс  соответственно синусным и косинусным выходами гармоник первого пор дка генератора, в два смежных плеча .каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы, пр моугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращени  двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращени  св зана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически св заны через модулирукнцие 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 пор дка генератора, а выходы которого  вл ютс  синусными и косинусными выходами гармоник высших пор дков генератора, введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически св зан с фоторезисторами, включенными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока. На фиг. 1 представлена обща  схема генератора; на фиг. 2 показано расположение фоторезисторов преобразующих мостов относительно модулиРУющих цилиндров, где показаны привод . 1, преобразующие мосты 2, 3, множительный блок 4 на фотгорезистивных мостах 5, содержащих фотореэисторы 6 и резисторы 7, модулирующие цилиндры 8, ось вращени  9 которых св зана с осью привода 1, осветитель 10, конденсор И. Преобразующие мосты 2, 3 содержат в двух смежных плечах фоторезисторы 12, а в других двух смежных плечах источники света 13, 14, 15, 16, обща  диагональ преобразующих мостов 2 и 3 соединена с выводами источника посто нного напр жени  17. Генератор работает следующим образом . Известно, что световой поток (ф) осветител  и освещенность фоторезистора св заны следующим выражением Ф SE, где S - площадь освещаемой части светоч .увствительной площадки фотореэистора; Е - освещенность фоторезистора. при вращении приводом 1 вала 9 с посто нной угловой скоростью из г 1одулирующие цилиндры 8 будут перекрывать световой поток, падающий от осветител  10 с Е const на светочувствительные площадки фотореэисто ров 12, т.е. измен ть площадь ( var) освещаемых их частей (фиг. 1) соответственно в каждой паре (I и И вертикально стыкующихс  фотореэисто ров, по следующим законам: Sj (t) Se±AS(sInwt), S| (t) g uS(coswt) , где SQ - начальна  освещаема  площадь, которую удоб но приравнивать к половине светочувствительной площадки фоторезистора 12; AS((ot),iSicoew.b изменение освещаемой площадки фоторезистора 12. Соответственно попарно дифференциально будут измен тьс  сопротивле ни  фоторезисторов 12, включаемых в смежные активные плечи преобразующих мостов 2 и 3, например R4(t) RO± uR(s i nut) , Ri(t) Rot &amp;R(cosc,)t) , где RO - сопротивление фоторезистора при освещении половины его светочувствительной площад-. ки; &amp;R(),&amp;&amp;()- изменение приращени  сопротивлени  фоторезистора . Согласно известному свойству четырехплечных омических мостов, сигналы , снимаемые с их выходных диаго налей, пропорциональны произведению сигналов, подключаемых к входным ди гонал м, на функцию изменени  .приргццений сопротивлений активных плеч В результате этого сигналы выход ных диагоналей мостов 2 и 3 питаемых посто нным напр жением U, будут про порциональны Uii,(t) sinuK, U3,(t) со Slot, и в итоге получаем на выходе генератора электрические синусно-косинус ные сигналы основной гармоники . Кроме того, согласно законам изменени  сопротивлений фоторезисторов активных смежных плеч одной половины мостов 2 и 3, будут измен тьс  токи в пассивных смежиых плечах другой по ловины этих мостов, что вызовет соответствующее изменение освещенности () сто щих в них осветителей 13 14, 15, liS, а именно (t) . EotAE()t), E,,Tb(t) - Eet:AE(cosU)t) , где EO среднее значение освещенности осветител  ; &amp;Е(94ПС| 1),&amp;Е(со9ш1) изменение приращени  его освещенности . Таким образом, мосты 2 и 3 реали-зуют функцию генерировани  электрических синусно-косинусных сигналов основной гармоники и функцию преобразовани  этих сигналов в изменени  освещенностей осветителей 13, 14, 15, 16. Осветители 13, 14, 15, 16 мостов 2 и 3 оптически св заны с фоторезисторами 6 мостов 5 множительного блока 4, позтому происходит соответствующее изменение световых потоков, падающих на светочувствительные пло-. щадки фоторезисторов 6 при неизменной освещаемой их площадки (S-const), что приводит к пропорционёшьному изменению их сопротивлений фоторезисторов ) () R, (t) Ro±AR(cosUlt) . Входные диагонали перемножающих мостов 5 в канале каждой из высших гармоник п.подключены попарно к электрическим сиаусно-косинусным сигналам предыдущей гармоники (п-1), т.е. к sin(n-1)U)t и. cos (п-1 )u)t. В соответствии с вышеупом нутым свойством четырехплечных мостов, с выходных диагоналей этих мостов снимаютс  электрические сигналы, пропорциональные, в частности, дл  случа  генерировани  сигналов второй гармоники () и (t) si nu)t. s i nu)t, U(t) .s i nwt, U(t) coscot «coscjt, U( t) s nU)t COS(jjt . Сигналы с выходов одной пары мос тов 5 подаиотс  в противофазе на два входа соответствующего сумматора, на выходе которого получаем электрический сигнал, проперциональный U5( t) t - sirtbt cos2a)t. Сигналы с выходов другой пары мостов 5 подаютс  синфазно на два входа другого сумматора и на его выходе имеем UjJ t) cosuts i h(jt + s i.nti) г s2 SirrJwt/S s i n 2wt. В результате на выходе генератора получаем электрические сигналы, Кратные sin2( и cos2u)t. Подобным образом получаем на выходе генератора электрические синуснокосинусные сигналы любой высшей гармоники п. Это достигаетс  тем, что на входы сумматора синусного тракта этой гармоники п с соответствующих перемножающих мостов 5 синфазно подаютс  сигналы, пропорциональные cos (п-1 )i«)tx xsinwt и s i п (п-1 )cot. cosut, и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный s i n ncJt. Соответственно на входы сумматора косинусного тракта гармоники п подаютс  в противофазе сигналы, пропорциональные sin(n-1)U)tx xsincot и cos (п-1 )u), и на его выходе получаем сигнал, пропорциональный cos nO)t. jaKHM образом, при вращении, вала с .посто нной угловой скоростью , н выходе генератЬра с высокой точность получаем полигармонические синуснокисинусные электрические сигналы пра тически любого требуемого пор дка. Ввиду расположени  фоторезисторов 6 перемножающих мостов 5 совместно с осветител ми 13,14, 15,16 в четырёх отдельных оптоэлектронных узлах, обеспечиваетс  строга  синхронизаци  всех реализуемых в устройстве генера тора гармонических зависимостей, а в итоге повышаетс  точность работы генератора полигармонических сигналов . Формула изобретени  Фотоэлектрический генератор поли гармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующие мосты соединенные общей диагональю, к кот рой подключены выводы источника посто нного напр жени , другие диагонали первого и второго преобразующи мостов  вл ютс  соответственно сину ным и косинусным выходами гармоник первого пор дка генератора, в два смежных плеча ка хдого из преобразую щих мостов включены фоторезисторы, пр моугольные светочувствительные слои которых установлены встык один над другим в плоскости, параллельной оси вращени  двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вра1дени  св зана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически св заны через модулирукнцие цилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель и множительный блок на фото резистивных .мостах, электрические входы которого соединены с соответствующими синусным и косинуснь5м выходами гармоник первого пор дка генератора , а выходы которого  вл ютс  синусными и косинусными выходами гармоник высших пор дков генератора, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  точности работы генератора , в него введены четыре источника света, попарно включенные в другие смежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически св зан с фоторезисторами , включенными в соответствукидие плечи фоторезистивных мостов множительного блока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 517030, кл. G Об G 9/00, 1974.
2. 2. Авторское свидетельство СССР tio за вке 2478389/18-24, кл. G 06 G 9/00, 1977.

   01

   Ml

   I tt

   ; .../,/

   f

   .. .47/.1690

   П

   12

   П