Устройство для построения траекторий

1 ! .к

О П И С А Н И-Е - -- -39УФЯФ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 15.Х1.1971 (№ 1714338/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 17.1Х.1973. Б|оллетень № 37

М. 1хл. 6 06g 7, 48

Государственив и комитет

Советв Министров СССР по делаи изобретений и открытий

< УДК 68! .333(088.8) Дата опубликования оп:.".а:ц;я 2.i.1974

Авторы изобретения

O. А. Вальднер, Р. Е. Елисеев и В. М. Сальников

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ

Изобретение относится к устройствам для электрического моделирования.

Известные устройства .для построения траекторий .состоят из электролнтичесхой ванны, в,которой моделируется электрическое поле электронно-оптической системы, блока .питания элект1родов модели,,пятиштыравой зондовой головки, измерительных трансформатоpoIB, ли пейных % силителей, усилителя сиона.з а рассогласования следя щей,системы, записы- о вающей,каретки, имеющей два онорных колсса, определяющих направление нормали к траектсрии, и одно рулевое колесо, жеaòêo связанное с синусно-косинусным решающим элементом, например поворотным трансформатором,;и мотором поворота мотора хсда, рабочего стола, на котором находится записывающая ка ретка, координатното узла, связывающего записывающую ка ретку с зондсм так, что зонд может перемещаться в,плоскости рабочего стола и по во рачи ваться вокруг вертикальной оси.

С помощью известного устройства можно строить траекториями заряженных частиц только в ллооких и осесиммегрич ных электростагичеоких полях.

Целью изобретения я вляется созданис устройства для построения грехмерных траекторий в элеквростагических полях. Цель достигается благодаря тому, что зондовая головка имеет семь штырьков, шесть из котсрых расположены на одинаковом расстоянии от начала .декартовой системы координат по трем осям, а один в центре. Два IllTbIpbL ã, перпенди я лярных поверхности электролит:;, через блок вычнтання, усилитель мощности, интепратор скорости соединены с функциональным входом интегратора перемещения, и выход интегратора перемещения мехеничес и связан с зондовой голодовкой и электрически с входом;двухкоординатного самописца: Центральчый штырек зондовой головки через усилитель мощности. вычислитель и ннтегратор времени соединен с входамп,приращения аргумента интеграторов скорости и перемещения, а вход приращения аргумента интегратора времени и другой вход двухкоордннатного самописца соединены соответственно с датчиками пути н координаты, общей для дву. рассматриваемых плоскостей.

Схема п редложенного устройства приведена на чертеже.

Усгройсгво состоит из электролитической ванны 1, в которой моделируется электричеGK02 поле исследуемой электронно-оптической системы 2; источников питания 8 электродов модели; зондовой головки 4, на которой на одинаковом расстоянии от начала декартовой системы координат в направлении осей расположены штырьки 5 — 10, а в начале коордиЗ97ЫВ натной системы — штырек 11; трех блоков вычитBHèÿ 12, 13, 14, выполнен<ных, iBlHpHiiep, IiB измерительных трансфор IBTopBx; четыре усилителей мощности 15 — 18; координатного узла 19, на котором укреплен статор поворотного трансформатора 20; датчика 21, наприi;=p потенциометрическо!го,,координаты, общей для д лух плоскостей; исполнительного двигателя 22, перемещающего зондо вую головку 4 в направлениlf,,перпенди!кулярном,HOверхности электролита, и датчика 23, например потенциометрического, координаты этого направления; записывающей каретки 24, которая 11меет,два опорных колеса 25, 26; отметчика 27, находящегося на о=и этих колес; рулевого колеса 28 и связанного с <ним поворотного трансформатора 29; мотора поворота

80 и мотора хода 81; датчика 82 пути, пройденного отметчикоьм 27; усилителя сигналя рассогласования 33; вьрчислителя 34; интегратора скорости 36; интепратора пе ремещенпя

87; рабочего стола 88, на котором расположен а за п псы вающая каретка 24; двухкоордпн атного самописца 39, усилителя мощности 40.

Координатный узел 19 связывает зондолую головку 4 через ротор поворотного трансфсрматора 20 с ка реткой 24. Штырьки 7, 8 и 5, 6 зондо1вой голол1ки 4 через блоки вычитания 12, 13 и усилителя мощности 15, 16 соединены со статорнымп обмотками поворотного тра нсформатора 20. Одна из poTofpHblx обмоток трансформатора 20 через усилитель мощ ности 40 соединена с одной из cTBTopHbix обмоток поворотного т рансформатора 29.

Центральный штырек 11 зондо1вой головки

4 через усилите I! мощ ности 17 соединен с входом вычислителя 84 и второй .статорной обгпоткой т рансформятора 29. Одна из роторпых обмоток поворотного трансформатора 29 связана со входсм усилителя сигнала рассогласования 83.

Штырьки 9, 10 зондслой головки 4 через блок вычитания 14, усилитель мощности 18, интегратор скорости 86, интегратор псремещения 87 cssçB!Iû с выходным устройством, вы полнен ых1, наприме1р, на шаговом дзпгателе 22, ось которого в напра влез и1, перлендпкулярном,поверхности электрол;п.а, соединсIfB с .зондовой головкой и дат чик".м этого:1яправленпя,,который соединен . "одним пз входов двух!координатного ".àìîïèñöà 89. Второй вход двухкоординатного само!писца clçÿзан с датчиком 21 координаты, общей для двух плоскостей. Выход выч!Ислителя 34 соеди1нен с входом интегрируемой функции интег1ратора времени 85. Вход, приращения аргумента интегратора времени 35,соедине н с датчико м пути 82, а выход интегратора времени 35 соединен с входами приращения аргумента интеграторо1в скорости 36 и перемещения 87.

Построение проспранственных траекторий основа но на однозначном определении траектори и ее проекциямми на две плоскости. Поэтому работа устройства состоит из построеНапряжение с выхода лоторной обмот:<и поворотного трансформатора 20 через уор!литель мощности 40 lодяется I!B одну пз статсрных обмоток поворот!!ого трансформатора 29.

На пряжеi!Hc, сии маесисе с центрального штырька 11 зондо вой головки 4, через усил1;сль мощности 17,подается на од!!!! из лходол вычислителя для вычис. !ения э:1ерг:.1и частицы л 1-.",ско" т,;: Х07, а рез льтат — на api г ю статорную оомотку поворотного трансформатора 29. Следящая система, сссгоящая из датчика с:1тня IB рассогласования — доторпои обмотки .поворотного трансформатора 29, усилителя сигнала:рассогласования 38, мотора поворота 30, устанавливает ротор поворотного трансформатора 29 и соединенную:с ним вертикальную ось,рулевого;колеса 28 каретки так, что напряжение на одной из обрмоток ротора обращается в нуль:

Uð — — К1U sin а — К2ЬЕ, cos а=О или

К оЕ, У

KU U где 1х! коэффициент

МОЩНОСТИ 1 7;

К2 КоэффИЦИЕНТ мОЩносIIH 40; усиления усилителя усиления усилителя н.!я проекц!1и простра нстленной трае1ктории в пло":êoñòè ХОУ и построения п роекции пространст вен ной траектории 1л плоскости У02.

В плоскости EOZ проекция пространственной траектории строится обычным методом, который !!Спользуется,B двумерных траектографах, работающих методом;радиусов:кривизны. ,В плоскости YOZ прое1кция пространстленнои траектории строится путем двукратного интегрирова ния уравнения д вижения заряженной частицы по:косрдинате У. Уч итывая, что в плос костт! ЛOZ интегри1ро1вание уравнения траектории ведется по повременному а ргументу, в устройство введен ирптегратор времени пролета частицы.

1. Пsс" 1<о"ть ХОУ.

Потенциалы, с<чимаемые штырьками 7, 8 и

5, 6 зондсвой головки 4 подаются гна блоки вычитания 12, 18. С вы <одо в блоков вычитания 12, 13 cí!Hìàþòñÿ напряжения, про порциональнь!е составляющим Е,- и Е„напряженности электрического поля. Эти напряжения поступают на усилители !мощности 15, 16, 25 а с Нх !ль1ходол — ня стято рные оомопки поворотного трансформатора 20. Поскольку ротор по1воротното трансформатора 20 связан с кареткой,;поворачивающейся относительно координатного узла 19 л ходе,пост роения тряе!<торин 1IB у гол 7, ня п ряжепие, снимаемое с одной пз ротор ых обмоток поворотного трансформатора 20, пропорционально нормально!! к траектории компоненте электрического поля

35 ń-= ŠsiH", — Š-cosy .

397929

10 д р

tgz (2) 15

Предмет

C д пзооргтpнпя

dS, 1 . $ 2 U а — расстояние меисду штырька»:(з:1довой головки, !Haпример, ме кду штырьками 5, 6;

U — напряжение, пропорциональное энергии частицы в,плоскости EOZ; а — угол поворота рулевого колеса 28.

Поскольку рулевое колесо 28 расположено на расстоянии d от отметчика 27, находящегося на оси направляющих колес, то радиус кривизны Я траектории отьметчика 27 равен:

С учетом фосмулы (1) формула (2) пр.1мет вид:

1 р 1 (12

I I. Плоскость XOZ.

В ходе, построения траакто рии в плсскост!i

X0Z (мотор хода 81 включен) каретка 24 перемещает координатный узел 19, а в., сете с ним и зондовую головку 4 в этой плоскости.

Датчик 21, укрепленный на координатном узле 19, фиксирует перемещение зондозой го:IoIBKH 4 вдоль, координаты Z, общей для зух плоскостей, в которых строятся траектории.

Напряжение с выхода;датчика 21 подается на оди н из,входов,двухкоординатпого самописца 89.

В ходе построения траектории в плоско"т:1

EOZ путь, пройденный частицей, фиксируется датчиком пути 82. Сипнал с выхода датчика пути 82 подается на !Bxcak,приращения àргумента интепратора времени 85. Напряжен t=

Г1 с Bbixopа усилителя мощности 17 подается па вход вычислителя 84. Напряжеи11г, про1 псрциональное,; —, с выхода вычисл:1теля У2т,(1

84,поступает на вход интегрируемой функции интегратора, времени 85. Сигнал, пропсрц:Iîнальный времени пролета частицы с выхода интегратора времени 85 проходит на входы приращения аргумента лптеграторов скорости 86 и перемещения 87.

Потенциалы,,снимаемые 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

55 тель мощности 18. Напряжение с выхоäà уси I! òå.1я мощности 18 поступает ва вход интегрируемой функции и нтегратора скорости

86. Напряихгнпе (Е,,dt с выхода интегра.

О тора скоростл 86 проходит на вход интегрируемой функции интегратора .перемещения 87.

Сигнал у = (ydt с выходного устройства 11но тегратора перемещения 87 выполненного, например, на шаговом д в1ггателе 22, ось котороrO ate taHHiIBCiItiH,CBSt3BH3 C 30I33OB0H головкой

4 и датчиком перемещения 28,по коорд41нате у, управляет перемещением зондовой голо1вки

4 в направлении косрд1шаты у, а сиппал с выхода датчика первмещенпя 28 П01дается на другой вход двухкоординатногo самописца 89.

Таким ооразом c,ïoìoùüþ записывающей каретки вычерчпвается траектория В плоскости EOZ, а па самописце (двухкоордпнатном) вычерчивается траектория в плоскости YOZ.

Устройство для,построе11пя траектории, содержащее электролптпчеокую ванину, координатный узг,1, па котором укреплена зондовая головка и статор перлового поворотного трансформатора, блок:I вычитания, усилители мощности и второй поворотный трансформатор, отлича101Чееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, oно содержит интеграторы времени, скорости и перемещения, усилитель, датчик 11 дзуъкоордпнатный самописец,,причем зондовая го.10" а выполнена в виде It!TbipbttoB, два шты рька, .Iгрп&1ъд11к лярHbIx поверхпост:I электролита, соедпне::1ы через первые блок зыч11танпя и у плптель мощности с интегратором скорости, соедпне11ным с пнтггратором,IIEp ñ!ÐHIBIIHÿ, выход которого подкл1очен к псполпптел но»у двигателю координатного узла, механически ".Oåë4!1!pHíoro с зонде вой,головкой, центра пьпый штырек которой через второй усилитель мощности подключен соотзетствеьи1о и .второму поворотному трансформатору, соединенному с усилителем,,и через вычислитель к и .1тепратору времени, Первый зыход которого подкл10чен ко входам интеграторов скорости и перемещения, а второй выход — к датчику опредглг11ия пути, а остальные штырьки зо11довой головки, соотзетствующпе коор дпнатным осям, через второй и третий блоки вычитания и соовветсгвечно третий и четвертый усилители,подключены к статорным обмоткам первого поворотного трансформатора.

397929

С оста витель Е. Тимохи на

Техред Т. Курилко

Корректор 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, 0К-35, Раншская наб., д. 4/5