Фотоэлектрический генератор полигармонических сигналов

(61) Дополнительн (22) Заявлено 11с присоединением. 3о об с 9/о осударственный комите СССР но делам изобретений и открытийта опублико тор Б. Лукашенок зобретения ижский Краснознаменный институт инжен авиации им. Ленинского комсомола гражцан Заявитель(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ов вкл схемы,еского м непрони ными ма с постоисто товы хани свет ложе аемо ов фоторез нарные мос оптико-ме Фигурными ями, распо иске, вращ коростью. вых пото ных в од средство лятора с ии профи зрачном угловой ченпоодуаемыпроянной Изобретение относится к аналоговым электромеханическим устройствам, предназначено для одновременного синхронного генерирования полигармонических электрических сигналов, про порциональных функциям зи пой и сов пой (где и= 1, 2, 3,- но- мер гармоники) и может быть использовано в аппаратуре гармонического анализа для определения динамических тО 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, осве О тители с конденсорами, оптико-механический модулятор, включающий модулирующий диск с концентрично расположенными на нем непрозрачными профилями, число которых соответствует 25 числу генерируемых гармонических зависимостей и числу пар фоторезистивных мостов 1 . Нужные порядки генерируемых сигналов обеспечиваются соответствующим модулированием свето- ЗО Недостатком такого генератора является сравнительная сложность конструктивной реализации генератора при достаточно большом числе гармоник генерируемых сигналов, в основном эа счет увеличения габаритов оптико-механического модулятора, так как с ростом количества гармоник существенно возрастает диаметр диска и при этом возникают погрешности при размещении на нем фигурных светонепроницаемых профилей, а также за счет трудности оптического согласования их с фотореэисторами электрических мостовых схем. Кроме того, для ряда высших гармоник, например, с порядковыми но- мерами 7, 11 и т.д.; значения углов соосного смещения светонепроницаемых профилей выражаются иррациональными числами, что приводит к дополнительной методической погрешности генератора.полигармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующиеМосты, соединенные общей диаГональю,К которой подключены .выводы источникапостоянного напряжения, другие диагонали первого, второго преобразующих мостов являются соответственно синусным и косинусным выходами гармоникпервого порядка генератора, в двасмежных плеча .каждого из преобразующих мостов включены фоторезисторы,прямоугольные светочувствительныеслои которых установлены встык одиннад другим в плоскости, параллельнойоси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 900 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостовоптически связаны через модулирующиецилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель, и множительный блок на Фоторезистивных мостах, электрические входы которого соединены с соответствую. щими 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 первого и второго преобразующих мостов,причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, вклю ченными в соответствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока.На фиг. 1 представлена общая схема генератора; на фиг. 2 показано расположение фоторезисторов преобразующих мостов относительно модулирующих цилиндров, где показаны привод 1, преобразующие мосты 2, 3, мно.- жительный блок 4 иа фоторезистивных мостах 5, содержащих фотореэисторы б 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 фо тореэисторы 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 образом.Известно, что световой поток (ф) осветителя и освещенность фоторезисто. ра связаны следующим выражениемф = 5 фЕ,где 5 - площадь освещаемой части светочувствительной площадкифоторезистора;- освещенность фотореэистора.При вращении приводом 1 вала 9с постоянной угловой скоростью И,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является геНератор полигармонических синусно-косинусных сигналов 23, содержащий 2 П дифференциальных фоторезистивных моста, соединенных попарно общими на.оналями, фотореэисторы мостов ус 1 тановлены встык в два ряда вдоль оси светонепроницаемого модулятора, выполненного в виде двух цилиндрических светонепроницаемых эксцентриков с экстремумами, сдвинутыми друг от- О носительно друга на угол 90 д, и сопряжены оптически с осветителем через установленные последовательно конденсор и модулятор, ось вращения которого связана с приводом, в множи тельный блок высших гармоник (и1) дополнительно введены 2 (о) дифференциальных фоторезистивных мостов, подобные основным мостам, и столько же сумматоров, общие диаго- ;И) нали 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 соответствую- Зо щего сумматора, причем в синусном тракте синфазно, а в косинусномв противофазе, выходные диагонали мостов канала первой гармоники и выходы сумматоров высших гармоник соединены 35 с выходами генератора.Недостатком такого устройства являются погрешности в синхронизации синусно-косинусных сигналов, т.е. из" за несовпадения их начальных Фаэ, 40 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 возни"кают за счет того, что фотореэисто"ры всех электрических мостов располагаются в едином модулирую,щем узле и при этом конструктивнотрудно (практически невозможно прибольшом числе генерируемых сигналов) 55вццержать строгое расположение всехФоторезисторов в одной плоскости.Поэтой причине сокращается число гене"рируемых гармонических сигналов иснижается точность работы генератораЦелью изобретения является повышение точности генерирования полигармонических сигналовПоставленная цель достигается тем,что в фотоэлектрический генераторяодулирующие цилиндры 8 будут перекрывать световой поток, падающий отосветителя 10 с Е = соп 5 на светочувствительные площадки фотореэисторов 12, т.е, изменять площадь (5очаг) освещаемых их частей (фиг. 1)соответственно в каждой паре (1 и 11)вертикально стыкующихся фотореэисторов, по следующим законам:5 ( ) 5 ой Д 5 (5псо),55= 50 Д 5 (со 5 Ш),где 50 - начальная освещаемаяплощадь, которую удобно приравнивать к половине светочувствительной площадки фоторезистора 12;ь 95 пиц,з(совой- изменение освещаемой площадки фото,резистора 12.СоответСтвенно попарно дифференциально будут изменяться сопротивления фотореэисторов 12, включаемых в смежные активные плечи преобразующих мостов 2 и 3, напримерЙ 1 ( ) Йо+ Д Й ( 5 1 иЯ) еЙЙо дЙ(со 5 д)гдеЯ - сопротивление фотореэистора при освещении половиныего светочувстви"тельной площад-.ки;И(5 ныЦ,вй(соэя)- изменение приращения сопротивления фоторезистора.Согласно известному свойству че-.тырехплечных омических мостов, сигналы, снимаемые с их выходных диагоналей, пропорциональны произведениюсигналов, подключаемых к входным диагоналям, на функцию изменения .приращений сопротивлений активных плеч,В результате этого сигналы выходных диагоналей мостов 2 и 3 питаемыхпостоянным напряженчем О, будут пропорциональныОа 5 пью,О 1 = с 05 ЬИи в итоге получаем на выходе генератора электрические синусно-косинусные сигналы основной гармоники и=1.Кроме того, согласно законам изменения сопротивлений фоторезисторовактивных смежных плеч одной половинымостов 2 и 3, будут изменяться токив пассивных смежцых плечах другой половины этих мостов, что вызовет соответствующее изменение освещенности5 0 5 20 2 3045 ЬЬ 35 аЕ(виси),5 ЕсоэоЦ изменение приращения его освещенности.Таким образом, мосты 2 и 3 реализуют функцию генерирования электрических синусно-косинусных сигналовосновной гармоники и функцию преобразования этих сигналов в измененияосвещенностей осветителей 1.3, 14, 15,16. Осветители 13, 14, 15, 16 мостов2 и 3 оптически связаны с фотореэисторами 6 мостов 5 множительного блока 4, поэтому происходит соответствующее изменение световых потоков,падающих на светочувствительные пло-,щадки фотореэисторов 6 при неизменной освещаемой,их площадки (5 щсоп 5),что приводит к пропорциональному изменению их сопротивлений фотореэисторовЯь= ЙОДЙ(5по)ЙЬЙо+ДЙ(с 0563)Входные диагонали перемножающихмостов 5 в канале каждой из высшихгармоник пподключены попарно к электрическим синусно-косинусным сигналампредыдущей гармоники (п), т.е. к5 п(п)а и. С 05(п)0. В соответст"вии с вышеупомянутым свойством четырехплечных мостов, с выходных диагоналей этих мостов снимаются электрические сигналы, пропорциональные, вчастности, для случая генерированиясигналов второй гармоники (п=2)О = 5 пц5 ПЯЪ,О = С 05 и 5 иьэ,О дф С 05 ИС 05 ЫрО = 5 пИфс 05 ЯСигналы с выходов одной пары мостов 5 подаются в противофазе на двавхода соответствующего сумматора, навыходе которого получаем электрический сигнал, пропврциональныйО=СО 5 Я- 51 Ъ = С 052 И.Сигналы с выходов другой пары мостов 5 подаются синфазно на два входадругого сумматора н на его выходе име"емО 1( ) =сои 5иМФ 5 иисоиффИ 2 Ьи 2 ц).р = 5 и. 2 о,И.В результате на выходе генератораполучаем электрические сигналы,Кратные 5 и 241 и со 52 И,Подобным образом получаем на выходе генератора электрические синуснокосинусные сигналы любой высшей гармоники и,Это достигается тем, что на входысумматора синусного тракта этой гармоники и с соответствующих перемножающих мостов 5 синфаэно подаютсясигналы, пропорциональные со 5(и)Мхх 5 ии и 5 и(п)сде со 5 ш, и на еговыходе получаем сигнал, пропорциональный 51 п псМ, Соответственно навходы сумматора косинусного трактагармоники и Подаютея в противофазесигналы, пропорциональные 51 п(п)4 хх 5 иьо и со 5(и)о)со 5 М, и на еговыходе получаем сигнал, пропорциональный сов п(дс.таким образом, при вращении вала 9 с.постоянной угловой скоростью чд, на выходе генератора с высокой точностью получаем полигармонические синусномсинусные электрические сигналы практически любого требуемого порядка. Ввиду расположения фоторезисторов 6 перемножающих мостов 5 совместно с осветителями 13,14, 15,16 в четырех отдельных оптоэлектронных узлах, обеспечивается строгая синхронизация всех реализуемых в устройстве генератора гармонических зависимостей, а в итоге повышается точность работы генератора полигармонических сигна" 35 лов. Формула изобретения26Фотоэлектрический генератор поли- гармонических сигналов, содержащий первый и второй преобразующиемосты, соединенные общей диагональю, к которой подучен од итоик постоянного напряжения, другие диаго-. нали первого и второго преобразующих мостов являются соответственно синус" ным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, в два смежных плеча каждого из преобразую- Зф щих мостов включены фоторезисторы, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык одиннад другим в плоскости, параллельнойоси вращения двух эксцентрично расположенных под углом 90 непрозрачных модулирующих цилиндров, ось вращения связана с осью привода, причем фоторезисторы преобразующих мостов оптически связаны через модулирующие цилиндры с конденсором, на оптической оси которого установлен осветитель и множительный блок на фоторезистивных .мостах, электрическиевходы которого соединены с соответствующими синусным и косинусным выходами гармоник первого порядка генератора, а выходы которого являются синусными и косинусными выходами гармоник высших порядков генератора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности работы генера -тора, в него введены четыре источника света, попарно включенные в другиесмежные плечи первого и второго преобразующих мостов, причем каждый источник света оптически связан с фоторезисторами, включенными в соответ-ствующие плечи фоторезистивных мостов множительного блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 517030, кл. 6 06 6 9/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2478389/18-24,кл. 6 06 С 9/00, 1977.з 6700/62 Тираж 751ВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб. д Р Составитель Ю. Козлакто Н. Каменская ТехредМ.К зыкаа екто С, ШекмарПодписное