145
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
МЕТОДИКИ И АППАРАТУРА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСЦИЛОГРАММ
М. И. ИЗОТОВ, А. М.
НОВИКОВ
В
практике экспериментальных исследований значительное место занимает регистрация
изучаемых параметров на различного
рода самописцах с последующей обработкой осциллограмм. Автоматическая обработка
данных в процессе регистрации пока не всегда возможна. Табулирование
осциллограмм и обработка результатов вручную чрезвычайно трудоемка, однообразна
и занимает значительную часть времени исследователя. Ниже описано устройство
для полуавтоматической обработки осциллограмм, сконструированное авторами и
успешно использующееся в течение нескольких лет. Оно позволяет определять
среднюю величину и дисперсию амплитуд, периодов и других характеристик
осциллограмм и сокращает затраты времени на обработку в 4— 5 раз.
Устройство включает в себя специально изготовленный
электрический циркуль-измеритель и операционные блоки малой аналоговой
вычислительной машины (в данном случае использовалась МН-7М, стоимость которой
составляет 1800 рублей). Вместо АВМ могут быть использованы выпускаемые
отдельно аналоговые элементы — операционные усилители, квадратор,
блок нелинейных комбинаций.
Рис. 1. Устройство циркуля-измерителя.
I — ножки циркуля; 2 — ось; 3 — крепление
нити; 4 — пластина; 5 — потенциометр (переменный резистор); 6 — провода; 7, 8 —
шкивы; 9 — пружина; 10 — крепление нити.
Устройство электрического циркуля-измерителя показано на
рис. 1. Он состоит из двух ножек 1 длиной 250—300 мм, соединенных общей осью 2,
делящей длину ножек в отношении 2:1. На верхнем конце одной из ножек
укрепляется на пластине 4 проволочный переменный резистор (потенциометр) 5. На
ось потенциометра насажено два шкива 7 и 8 диаметром
15 и 7 мм. На оба шкива закрепляются шелковые нити. Они наматываются на шкивы
(1,5—2 оборота) и прикрепляются: с большого шкива 7 — к верхней части второй
ножки циркуля 3, с меньшего шкива 8 — к пружине 9, закрепленной на нижней части
второй ножки циркуля 10.
Электронная схема устройства приведена на рис. 2.
R1 — потенциометр циркуля-измерителя,
R2
— служит для балансировки операционного усилителя на «0» при сдвинутых ножках
циркуля. Y, включен по схеме сумматора. Опорные напряжения +100 в, —100 в
берутся с внутреннего источника АВМ.
Блок нелинейных комбинаций настраивается методом
кусочно-линейной апроксимации в соответствии с
калибровочным (тарировочным) графиком
экспериментальной установки так, что на выходе БНК получаются напряжения U, прямо пропорциональные истинным
значениям измеряемого параметра U = K1X(K1 — некоторая константа), т. е. БНК позволяет скорректировать все
нелинейности, получаемые от датчика, самописца и циркуля-измерителя. Вольтметры
V1
и V2
служат для балансировки V и БНК на «0».
Усилители Y2 и Y3 с RC цепями (Р3; С2) включены в режим интеграторов. KB — квадратор, т. е. блок, возводящий в
квадрат напряжение, подаваемое на его вход. С вольтметра V3 снимаются показания суммы
значений измеряемой характеристики, с вольтметра V4 — суммы их квадратов.
Принцип действия устройства следующий: при установке ножек
циркуля в измеряемые на осциллограмме точки на выходе БНК создается напряжение,
прямо пропорциональное измеряемому параметру. Конденсатор C1 заряжается до этого напряжения и
затем переключателем П3 переключается на разряд в интегрирующие цепи
Y2C2R3 и KBY3C2R3.
Как известно, разряд конденсатора описывается формулой
На
выходе интегратора вольтметр Уз покажет напряжение:
146
Рис. 2. Принципиальная схема устройства. У1,
У2, Уз — операционные усилители;
БНК — блок нелинейных комбинаций; KB — квадратор.
При
обработке осциллограммы проводится серия из n измерений. Каждый раз
конденсатор C1 заряжается до напряжения U1 и переключается на разряд в
интегрирующие цепи. Таким образом, интегратор Y2C2R3 зафиксирует суммарное напряжение
Поскольку
интеграл в правой части равенства есть величина постоянная (обозначим ее К2), то
Значения
K1
и К2 можно легко получить калиброванием
установки. Среднее значение измеряемого параметра X получим делением (вручную) суммы
на число измерений:
Аналогично
определяется дисперсия. На выходе квадратора
напряжение при разряде конденсатора:
На
выходе интегратора YRC вольтметр V4 покажет напряжение:
Значение
дисперсии получим вычислением (вручную):
Для
удобства работы на установке переключатель П3 целесообразно собрать
в виде ножной педали. Для того, чтобы C1 успевал полностью разряжаться за
время нажатия на педаль, значения необходимо подобрать в пределах 0,02—0,05 с.
Поступила в
редакцию 7.IV 1982 г.