Устройство для построения траекторий

О П И С А Н И-Е39 УФЯФИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистицеских Республик( 1714338118-24) Зависимое от авт Заявлено 15.Х 1.19 с присоединением М. 1 л. 6 06 о 7,4 Государственнаи комитет Совета Министров СССР по делам изобретений н открытийПриоритет - Опубликовано 17.1 Х.1973. Ецоллетець3 УДЬ; 68 .333 088.8) и:1".:ц;я1( ата опуолцковаци Авторыизобретения О. А. Вальднер, Р, Е. Елисеев и В. М. Сальнико Московский ордена Трудового Красного Знамен инженерно-физический институтитель ТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ Изобретение относится к устройствам для электрического моделирования.Известные устройства .для построеня траекторий состоят из электролитичесс(ой ванны, в,которой моделируется электрическое по ле электронно-оптической системы, блока,п- тания элект 1 родов моделипятиштыревой зоцдовой головки, измерительны.( тргнсформаторснв, липейных усилителей, усилителя сигнала рассогласования следящей,системы, запнсы О вающей,каретки, имеющей два онорных .(олсса, определяющих направление цормгли к трает(тсрии, и одно рулевое колесо, жесткозацное с синусно-косицусцым решающим элементом, например поворотным трансформатороми мотором поворота мотора хода, рабочего стола, на котором находится записывающая каретка, координатното узла, связывающего записывающую,каретку с зондом так, что зонд может перемещаться в,плоскости рабочего стола и поворачиваться вокруг верт- кальной оси.С помощью известного устройства можно строить траекториями заряженных частиц только в ллооких и осесиммепричцых электростатических полях.Целью изобретения является созданс устройства для построения трехмерных траекторий в элекнростаических полях. Цель достигается благодаря тому, что зондовая го- ЗО ловка имеет семь штырьков, шесть цз котсрых расположены на одинат(овом расстоянии от начала декартовой системы координат по трем осям, а один в центре. Два штыры(г, перпендию лярных поверхностен электролит: через блок вычитания, усилитель мощности, интепратор скорости соединены с функциональным входом интегратора перемещения, а выход интегратора перемещения мехгцичес.(ц связан с зоцдовой голодовкой и электрически с входом,двухкоординатного самопцсца: Центральчый штырек зоцдовой головки через усилитель мощност, вычислитель и ннтегратор времени соединен с входамц,приращеця аргумента интеграторов скорости и перемещения, а вход приращецця аргумента интегратора времени и другой вход дву 1(координатного самоппсца соедцнецы соответственно с датчиками пути координаты, общей для двух рассматриваемых плоскостей.Схема предложенного устройства приведена на чертеже.Устройство состоит из электролцтической ванны 1, в которой моделируется электрическое поле исследуемой электронно-оптической системы 2; источников птания 3 электродов модели; зондовой головки 4, на которой на одинаковом расстоянии от начала декгртовой системы координат в направлении осей расположены штырьки 5 - 10, а в начале коорди 3натной системы - штырек 11; трех блоков вычитания 12, 13, 14, выполненных, ггапрглмер, на пзлгер:тельных тряггоформяторях; четырех ус;глителЙ гощггостР 15 - 18; коордРгРгатггого узла 19, на которозг укрегплен статор поворотного трансформатора 20; датчика 21, например потенцггометрРгческоггокоординаты, общей для двух плоскостей; исполнительного двитателя 22, гперемещагощего зондогвую гологвгку 4 в направлени,гперпеидигкулярном,поверхности электролита, и датчика 23, например потеггцглометрического, координаты этого направления; зяписьгвающей каретки 24, которая югеет,два опоргных колеса 25, 26; отхгетчика 27, находящегося на о:и этаких колес; рулевого колеса 28 и связанного с гним поворотного трансформатора 29; хготора поворота 30 и мотора хода 31; дагчРгка 32 пути, пройденного отметчикогм 27; усилителя сигнала рассогласования 33; вьгчислителя 34; интегратора скорости 36; интепратора переыещенггя 37; рабочего стола 38, на котором располоРкеи а за п псы вающая каретка 24; двухкоордпн атного самописца 39, усилителя мощности 40.КоордРгРгатпый узел 19 связывает зондовую головку 4 через ротор поворотного трансформатора 20 с кареткой 24. Штырьки 7, 8 и 5, 6 ЗОНдОгВОЙ ГОЛОВК 4 ЧЕРЕЗ бЛОКИ ВЫЧИтаНИя 12, 13 и усилителя мощности 15, 16 соединены со статорнымп обмотками поворотного трансформатора 20. Ода из ротогрРгых обмоток трасфор матора 20 через усилитель сгощностг 40 соедигпепа с одной из статорных обмоток поворотного тгрансфоргматора 29.Центральный штырек 11 зондогвой головки 4 через услите;гь мощРОстР 17 соедРгпеРг с входом вычислителя 34 и второй статорной обдготког Траггсформятора 29. Одна из роторпых обмоток поворотРгого трансформатора 29 связана со входом усилителя сигнала рассогласования 33,Штырькгп 9, 10 зонддвой головки 4 через блок вычнтаРгРгя 14, усилитель мощности 18, интегратор скорости 36, интегратор псревгещенля 37 связаны с вьгходггых устройством, выполненныхг, напримегр, на шаговом двигателе 22, ось которого в направлезгРг, перлендпкулярном,поверхности электролггга, соединена с зопдовой головкой и датчпкдхг этдго:гяправлениякоторый соедиРген с однггм пз входов двухгкоордипатного самописца 39. Второй вход двухкоординатРгого самописца связан с датчиком 21 координаты, общей для двух плоскостей. Выход вычгислителя 34 соедигнен с входом интегрируемой функции интепратора времени 35. Вход, приращения аргумента интегратора гвгремени 35,соединен с датчиком пути 32, а выход интегратора времени 35 соединен с входаггР прРгращения аргумента интеграторогв скорости 36 и перемещения 37.Построение просвранстввнных траекторий основано на однозначном определении траектории ее проекциями на две плоскости. Поэтому работа устройства состоит из построе 1-1 апряжение с выхода ооторной обмотки поворотного трянсфорогятора 20 через усгилитель мощности 40 пддяется на одну пз статсрных ф обмоток поворот ого траггсформатора 29.11 апряжсние, снгигагмсе с центральногоштырька 11 зондовой головки 4, через усилг;- -сль мощности 17,подается на од из входсз вычислителя для вычисления э:гергиии частицы в"скд"07 а резмльтат - на дзот го статорную оомотку поворотного трансформатора 29. Следящая система, сссгоящая из ДЯТЧИКЯ С:ггГРГЯЛЯ РЯССОГЛЯСОВЯГНИЯ - РОТОРГОР обмотки поворотного трансформатора 29, усилителя с:гнала,рассогласования 33, мотора поворота 30, устанавливает ротор поворотого трансформатора 29 и соединенгную с ним вертикальную ось,рулевого, колеса 28 каретки так, что напряжение на одной из обмоток ротора обращается в нуль: У= К Б з п а - К 2 ОЕ, сов а = 0илиКДЕ, У 260КО . усиления усилителя где 1 х коэффициент иощности 17; К 2 - КОЭ фф ИЦИ ЕН Т мощносчги 40;усиления усилителя н.гя проекц"ги пространственной траегктории в плоскости ХОУ и построения проекции пространственггог Траектсрии гв плоскости УОЕ,В плоскости ХОЛ проекция пространствен 5 ной траектории строится обычным методом,который Ргспользуется,в двумерных траектографах, работающих методом, радиусов кривизны.,В плоскости УО 2 проегкция пространственнои траегкториР строится путеа двукратного интегрРгроваРгггя уравнения движения запряженной частицы по .косрдинате У. Учитывая, что в плоскостт ЛОУ интегригрогвание уравнения траектории ведется по гговремеРгному аргухгенту, в устройство введегг Рггнтегратор времени пролета частицы.П л с кд ть Х 0Потенциалы, сгнимаемые штырьками 7, 8 и5, 6 зондсвой гологвкР 4 подаются гна блоки вычитания 12, 13, С выходов блоков вычитания 12, 13 снгимаются напряжеРгия, прогпорциогнальные составляющим Е,. и Енапряженности электрРгческого поля. ЭТР Напряжения поступают на усилители мощности 15, 16, 25а с их гвьгходов - гня стяторггые Оомопки поворотного трансформатора 20. Поскольку ротор погворотногго трансформатора 20 связан с кареткой,;говорачиваюшейся относительно координатного узла 19 1 в ходе,построения З 0 траекторггп гга угол 7, ггяпряжеггие, сггимяюгООс одной пз роторпых обмоток поворотного трансформатора 20, пропорцггонально нормальной к траектории компоненте электрического поля35 Е-: Е-.згп", - Е,соз 1.. 12 1 и 6 - расстояние мекду штырькам: з:1 довой голоВки, например, между штырьками 5, 6;1/ - напряжение, пропорциональное энергии частицы в,плоскости ХОЛ;а - угол поворота рулевого колеса 28,Поскольку рулевое колесо 28 расположено на расстоянии а от огметчика 27, находящегося на оси напраВляющих колес, то радиус кривизны й граектории отметчиКа 27 равен: С учетом формулы (1) формула (2) пр 11 мет вид: 1 ри, 11. Плоскость ХОЛ.В ходе, построения траактории в плсскост ХОУ (мотор хода 31 включен) каретка 24 перемещает координатный узел 19, а в., сете с ним и зондовую головку 4 в этой плос. ости. Датчик 21, укрепленный на Координатном узле 19, фикоирует перемещение зондоВо головки 4 вдоль, координаты У, общей для двух плоскостей, в которых строятся траектор. Напряжение с выхода,датчиКа 21 подается на один из,входов,двухкоординатого самописца 39.В ходе построения траектории в плоско"т: ХОЛ путь, пройденный частицей, фиксируется датчиком пути 32. Сипнал с выхода датчка пути 32 подается на Вход,прирагценя аргумента интепратора времени 35. Напряженг Г с выхода усилителя мощности 17 подается на вход вычислителя 34, Напряжение, про 1псрциодальное,; - , с выхода вычисл:теляУ 2 т;У34,поступает ня ВхОд интегрируемоЙ фупкцп интегратора:времеи 35, Сигнал, пропсрц:опальный времени пролета частицы с выхода интегратора времени 35 проходит на входы приращения аргумента интеграторов скорости 36 и перемещения 37.Потенциалыснимаемые штырьками 9, 10 зоидовой головки 4 подаются на блок вычитания 14 с выхода блока вычитания 14 снимается напряжение, пропорциональное составляющей Е напряженности электрического поля, которое подается на усилиЗо 35 40 45 50 55 тель мощности 18. Напряжение с выхода усилтеля мощности 18 аостуПает ва вход интегрируемой функции интегратора скорости 36. Напряжг 1 еЕЙ с выхода интеграотора скорости 36 проходит на вход интегрируемой функции интегратора перемещения 37.Сигнал у =уЖ с выходного устройства 1 нотегратора перемещения 37 выполненного, например, на шаговом дв 1 ггателе 22, ось которого ехяннчески,связана с зондовоЙ головкоЙ 4 и датчиком перемещения 23,по коордишате у, управляет перемещением зондовой голоВки 4 в направлении косрдшаты у, а сипал с выхода датчика первмещенпя 23 подается на другой вход двухкоординатного самописца 39.Такя ооразом с,помощью записывающеи каретки вычерчВяется траектория В плоскости ХО 2, аа самописце (двухкоординатном) вычерчивается траектория в плоскости 1 ОУ. Устройство для,построея траекторти, содержащее электролтчеокую ванну, коорд- пят 1 ыЙ узел, ня котором укреплена зондовяя головка статор первого поворотного трансформатора, блок вычитания, усилители мощности и второй:поворотный трансформатор, огличаОщееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содержит интеграторы времени, скорости перемещения, усилитель, датчк 1 дзухкоордпнатпы самописецпричем зонловяя головка выполнена В виде штырькоВ, дзя штырькя, .1 грпенд 11 кулярных поверхност: электролита, соедеы через первые блок зычтаня услтель мощности с интегратором скорост, соедине 1 ныч с пнтегряторо:1,греме 1 гпя, Выход которого подкл 1 очен к псполптельному двигателю координатного узла, механически соедпенного с зондево 1,гогОвкой, центразьный штырек которой через второй усилитель мощности подключен соогзетствеьно и второму поворот. ному трансформатору, соодненому с усилителеми через вычслтель кптепратору вревервый выход которого подкл 1 очен входам интеграторов скорости перемещеня, а второй выход - к датчику опредглг 1 Пя пути, а остальные штырьки зондовой головки, соответствующе координатнь 1 х Осям, через второй и третий блоки Вычитания и соовветсгвенно третй,п четвертый усплтел,подключены к статорным обмотхям первого поворотного трансформатора.397929 С оста витель Е. Тимохи на Техред Т. КурилкоКорректор Л. Царькова Редактор Т. Орловская Тип. Харьк. фил. пред. Патент Заказ 737/2447 Изд.988 Тираж 647 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раншская наб., д. 4/5