Устройство для определения спектра зависимой переменной

ИСАОБРЕ НИЕЕНИЯУ Союз СоветскихоциалистимескихРеспублик о 1)59116 К ПАТЕЙ(б) Дополнительны ат 2) Заявлено 29.01.7 Ц 2) 1623909/183) Приоритет - (32) 30.01.70 ИЭ М. Кл.н 6 06 О 7/48 6 01 й, 23/16 Гасударственнвй намнтет Савата йнннатраа СССР аа делам наааретеннй н атнрытнй(45) Дата опубликования описания 2 Иностранцы Роберт Клод Спрэг и Дэвид Дж) Авторы изобретения Иностранная фирманк Организейшн Лим(Великобритания) Дзе Р 7) Заявите е 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЙ СПЕКТРА ЗАВИСИМ ПЕРЕМЕННОЙ 2 вь 1 е Я аппаратурной реапизацпт Изобретение относится к вычиспитепьнотехнике и может быть использовано дпя определения спектра зависимой переменной.Известны устройства аналогичного назначения, содержащие датчики, фазочувствительные детекторы, усилители, фильтры и интетъраторы 1,Известные устройства сравнитепьно сложны и имеют узкие функциональные возможности. 10Наиболее близким к изооретению техническим решением является устройство дляопределения спектра зависимой переменной,содержашее датчик, фазочувствительный детектор, вход которого через. усилитель под 15ключен к выходу датчика, а выход - к соединенным последовательно фильтру верхнихи нижних частот, первому выпрямителю ипервому интегратору, а также выходнойиндикатор и генератор несушей частоты, Оход которого подкпючен к датчику н к фазочувствитепьному детектору21.Недостатком этого устройства явпяетсясравнительно низкая точность и сложность Целью изобретения является упрощение устройства при определении среднего и среднеквадратичногр значений показателя длины волны. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит включенные последовательно дифференцируюший блок, второй выпрямитель и второй интегратор, а также блок деления, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго интеграторов, а выход - к выходному инди катору, вход дифференцируюшего блока подключен к выходу фильтра нижних частот. К выходам интеграторов подключены индикаторы визуального отображения хранящихся в них сигналов.На фиг. 1 приведена блок схема устройства, предназначенного, например, дпя определения коэффициента средней длины волны профиля шероховатой поверхности; на фиг. 2- график сигналов на выходе типьтра верхних частот; на фиг, 3 - график сигналов на выходе выпрямителя с квадратичной характеристикой;,на фиг. 4 - график сигналов на выходе днфференцируюшего блока; на фиг. 5Более того, можно показать, что среднеквадратичное значение момента спектра мо жет быть связано с автокорреляционной функцией, как вторая производная Р(С) при=О, т.е. как выражение для первого членаразложения функции,приведена блок-схем,.а устройства, аналогичното устройству на фиг. 1, но с дополнительными индикаторами. Мерительный штифт 1 индукционного дат чика 2 может двигаться вместе с ним вдоль 5 исследуемой поверхности Б . Движение кончика мерительного штифта 1 создает изменение индъктивности в катушках (на чертежах не показаны) датчика 2. Катушки соединяются в дифференциальную цепь и зацитываются сигналом синусоидальной формы от генератора несушей частоты 3, На выходе индукционного датчика 2 формируется сигнал с балансной или двойной модуляцией.Этот сигнал усиливается усилителем 4 и демодулируется фазочувствнтельным детектором 5, который. формирует сигнал,полностью аналогичный профилю поверхности, отслеженной кончиком мерительного штифта 1, Сигнал профиля на атой стадии содержит составляющие, обусловленные смешением (средний уровень постоянного тока, определяемый положением кончика мерительного.штифта 1), искажением формы (отклонение поверхности от заданной формы( и волнио 25 тостью (периодическая волнистость поверхности), а также и шероховатостью (микро- текстура поверхности, которую исследуют).Нежелательные составляюшие сигнала удаля 30 ются после его прохождения через фильтр верхних частот 6.Сигнал на выходе фильтра верхних частот 6 представлен на фиг. 2. Он аналогичен профилю поверхностных шероховатостей и35 содержит только переменные составляюшие, которье могут быть получены, как составляющие ряда Фурье при соответствующем разложении в ряд сигнала шероховатостей, .По причине, которая будет объяснена позднее, сигнал профиля проходит через фильтр нижних частот 7, имеющий граничную частоту приблизительно на шесть октав выше, чем у фильтра верхних частот 6.Затем сигнал выпрямляется в первом выпря мителе с квадратичной характеристикой 8 (фиг, 3), интегрируется по полному переме шению мерительного штифта 1 н накапливается и запоминается в первом интеграторе 9, Амплитуда проинтегрированиого и запомненного сигнала может быть показана на индикаторе, который, если он имеет квайратичную характеристику, будет указывать среднеквадратичную амплитуду профиля,Сигнал шероховатости с выхода фильтра нижних частот 7 одновременно подается на вход диффереицируюи,его блока 10 и затем на второй выпрямитель с квадратичной харастепистикой 1 1 (дифференцированный спг иал профиля пока;аи на фиг, 4). Выпрямленный сигнал поступив на вход второго интегратора 12, а окончательный интегралможет быть показан как среднеквадратичнаявеличина на другом индикаторе,Проинтегрированные сигналы от интеграторов 9 и 12 подаются на входы блока деления 13, выходной сигнал которого подаеэся на выходной индикатор 14, имеющийквадратичную характеристику, а отображаепся им в виде пространственного показателя(коаффициента) профиля поверхности.При определении среднеквадратичного значения показателя длины волны, первый 8 ивторой 11 выпрямители должны быть выполнены как выпрямители с квадратичной хараютеристикой.Для определения среднего значения показателя длины волны, первый 8 и второй 11выпрямители могут быть выполнены как двуполупериодные.На фиг. 5 показано устройство, аналогичное устройству на фиг. 1. Индикаторы 15 и16, указывающие на амплитуду проинтегрированного сигнала подключены к выходаминтеграторов 9 и 12 для визуального отображения хранящихся в интеграторах сигналов.В основу работы устройства были положены следующие соображения.В результате исследования состояний различных поверхностей было обнаружено, чтосреднее квадратичное значение спектральноймощности компонент пространственной частоты профиля поверхности по отношению ких частотному весу дается с помощью отношения средней квадратичной величины градиента профиля к среднему квадратичномузначению высоты. Далее было найдено, чтонормализованное значение среднеквадратичного значения спектральной мошности даезъся приблизительно отношением других значений градиента профиля, таких как средняявеличина модуля, деленная на соответствуюшее среднее значение высоты,Как известно, связь спектра с автокорреляционной функцией 9 й) ьт-(ц и.+с)сй ов О Функции(1) представляют собой одноиз обратных преобразований Фурье. Математическое выражение для вышеприведеини,к доводов следующее:591160 1. Устро зависимой п фазочувстви , через усили ка, а выход 4- 11(ц 1 аха у(х)у го материала;езависимая пер лина оцениваек д енин измерения;оверхности, перию движения мери волны, делен необ 1;слиния 13холл мосиие квавведя впреобразтиром) ул 1, отличаювыходам интегратооры визуальногов них сигналов. ункров подключены индик отображения хранящих х - расстояние как нменная в направ(Х) - высота профилягонликулярная к направлетельного штифта.Л - коэффициент сре дне квадрати пюйдлины лы,- коэффициент средней длиныв устройстве применить блоклогарифмического типа, то прги нетрудно осуществить и извлечедратного корня по известной форвычитающую цепь логарифмическихователей (на фиг. 1 показана пкоэффициенты 1/2,формула изобретения ство для определения спектра еременной, содержащее датчик, тельный детектор, вход которог тель подключен к выходу датщ - к соединенным последовател но фильтру верхних и нижних частот, первому выпрямителю и первому интегратору, а 1 О также выходной индикатор и генератор несущей частоты, выход которого подключен кдатчику и к фазочувствительному детектору,о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с цельюупрощения устройства при определении сред него и среднеквадратичного значений показетеля длины волны, оно содержит включенныепоследовательно дифференцирующий блок,второй выпрямитель,и второй интегратор,а также блок деления, входы которого под ключены соответственно к выходам первогои второго интеграторов, а выход - к выходному индикатору, вход дифференцирующегоблока подключен к выходу фильтра нижнихчастот.2, Устройство по п.щееся тем, чток