Устройство для решения краевых задач

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ, содержащее сегнетоэлектрическую пластину, на двух противоположных гранях которой нанесены два электропроводящих слоя, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены источник радиочастотного напряжения, блок задания граничных условий, выполненный в виде источника теплового излучения, блок регистрации, вьшолненный в виде источника света и фотоприемника, и преобразователь температуры в оптический сигнал, верхний электропроводящий слой соединен с первым выводом источника радиочастотного напряжения, второй вьюод которого подключен к нижнему электропроводящему слою, термически связанному с источником теплового излучения, источник света оптически связан через преобразователь температуры в оптический сигнал с фотоприемником . СО tsp 06 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(sl) G 06 G 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3610875/24-24 (22) 24,06.83 (46) 07. 04. 85 . Бюл. И - 13 (72) Ю.И.Балкарей, Л.Л.Голик, М.И.Елинсон, В.Н.Неменущий и В.Г.Тестов (7 1) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 681.333 (088,8) (56) 1. Мацевитый Ю.Н. Электрическое моделирование нелинейных задач технической теплофизики. К., "Наукова думка", 1977, с. 31.

2. Авторское свидетельство СССР

В 625215, кл. G Об G 7/48, 1974 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ

КРАЕВЫХ ЗАДАЧ, содержащее сегнето электрическую пластину, на двух проÄÄSUÄÄ 1149283 А тивоположных гранях которой нанесены два электропроводящих слоя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник радиочастотного напряжения, блок задания граничных условий, выполненный в виде источника теплового излучения, блок регистрации, выполненный в виде источника света и фотоприемника, и преобразователь температуры в оптический сигнал, верхний электропроводящий слой соединен с первым выводом источника радиочастотного напряжения, второй вывод которого подключен к нижнему

В электропроводящему слою, термичес- З ки связанному с источником теплового излучения, источник света оптически связан через преобразователь температуры в оптический сигнал с фотоприемником.

Эм

1149283

Изобретение относится к аналого- вой вычислительной технике и предназначено для моделирования одновременных, неоднородных и нестационарных процессов в системах с диффузией при наличии нелинейных источников.

Известно устройство для решения нелинейных задач, содержащее модели, выполненные на сетках из резистивных элементов — омических резисторов, t0 . терморезистрров, фоторезисторов (1) .

Недостатки этого устройства — оно сложно по конструкции и, главное, с

его помощью невозможно решать задачи, описывающие процессы в средах с нелинейными распределенными источниками.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для решения краевых задач, содержащее сегнетоэлектрическую пластину, на двух противоположных гранях которой нанесены два электропроводящих слоя, которые соединены с двумя электродами j2) .

Недостатком этого известного уст ройства является то, что оно имеет низкую точность и не позволяет решать иараболические задачи с нелинейными источниками

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в..устройство, содержащее 35 сегнетоэлектриче скую пластину, на двух противоположных гранях которой нанесены два электропроводящих слоя, введены источник радиочастотного напряжения, блок задания граничных 40 условий, выполненный .в виде источника теплового излучения, блок регистрации, выполненный в виде источника света и фотоприемника, и преобразователь температуры в оптический сиг- 5 иал, верхний электропроводящий слой соединен с первым выводом источника радиочастотного напряжения, второй вывод которого подключен к нижнему электропроводящему слою, термически 50 связанному с источником теплового излучения, источник света оптически связан через преобразователь температуры в оптический сигнал с фотоприемником. 55

На фиг» 1 представлена блок-схема ,ппредлагаемого устройства; на фиг. 2 — конструкция блока регистрации, на фиг. 3 — конструкция блока задания граничных условий.

Устройство содержит сегнетоэлектрическую пластину 1, электропроводящие слои 2, источник 3 радиочастотного излучения, блок 4 регистрации, блок 5 задания граничных условий, преобразователь 6 температуры в оптический сигнал.

Блок 4 регистрации содержит источник 7 света и фотоприемник 8.

Блок 5 содержит источник 9 теплового излучения.

Устройство работает следующим образом.

Под действием радиочастотного поля источника 3 в каждом физическом малом элементе объема. сегнетоэлектрической пластины 1 возникает тепловой источник Р(Т), который является нелинейной функцией температуры, особенно при приближении к температуре фазового перехода. Следовательно, реализуется система с распределенным нелинейным тепловым источником.

Отдельные элементы среды связаны между собой диффузией тепла вдоль пластины. Толщина пластины выбираетсН значительно меньшей длины температуропроводности(8=(ю„, ) ", где

Х вЂ” коэффициент температуропроводности, с, — постоянная времени остывания пластины, поэтому распределение температуры пластины в поперечном направлении с достаточной точностью можно считать постоянным.

В этом случае распределение температуры вдоль пластины описывается уравнением — - Р(Т)-Д(т-Т )+хч Т (1)

ЯТ

Bt где А — коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Т вЂ” температура окружающей

2 среды, 9< — оператор Лапласа в плоскости системы.

В зависимости от амплитуды радиочастотного поля (в случае, если амплитуда последнего постоянна, необходимо последовательно подать меняющееся постоянное напряжение}, а также начальной температуры Т источник P(T) может иметь вид "колокола" или "ступеньки". Источники такого вида наиболее часто встречаются в прикладных задачах. Таким образом, конкретное распределение

3 .11492 температур на плоскости предлагаемой системы является одним из частных решений параболического уровня с нелинейным источником.

Распределение температуры в плоскости системы визуализируется блоком

4 регистрации. Для визуального температурного поля удобно использовать в качестве преобразователя 6 жидкокристаллические покрытия, нанесен- 10 ные на электропроводящий электрод верхней грани сегнетоэлектрической пластины. Схема такого варианта блока регистрации представлена на фиг фиг.2, сегнетоэлектрическая пластина 1, электропроводящий слой 2, слой жидкого кристалла 6, источник

7 (параллельного пучка белого) счета, регистрирующий фотоприемник 8 (фотографическая пластина, глаз и 20 т.д.).

Использование холестерических жидких кристаллов позволяет получить цветную картину, характеризующую распределение температуры с точностью до десятых долей градуса.

Для получения картины распределения температуры можно также использовать термооптические свойства материала сегнетоэлектрика (значитель30 ная зависимость двулучепреломления от температуры, которая особенно сильна при температурах, близких к фазовому переходу). В этом случае в качестве преобразователя 6 используется кристалл сегнетоэлектрика.

Начальные условия задачи задаются исходным распределением температур отдельных участков пластины сегнетоэлектрика. Это удобнб осуществить несколькими путями, например с помо40 щью неоднородного греющего освещения (фиг.3) или контактного локального подогрева и др. На фиг. 3 представлены источник 9 теплового излу-чения с маской. Для случая, изобра45 женного на фиг. 3, оптимальным вариантом является тот, когда электропро83 4 водящий электрод прозрачен для теплового излучения. Однако если тепловое излучение частично поглощается электродом, неточность задания начального распределения температуры из-за растекания тепла вследствие теплопроводности по электроду мала, так как

его толщина значительно меньше толщины материала пластины.

Аналогичным образом,т.е. задавая нужное распределение температуры, можно задавать.различные граничные условия.

Одним из наиболее интересных решений уравнения (1) является распространение нелинейных стационарных волн переключения системы из одного устойчивого состояния в другое, которое можно наблюдать в рассматриваемой модели. Начальные и граничные условия могут задаваться с помощью фигурных электродов. Подачей напряжения Oi на участок пластины инициируется плоская волна, которая в процессе распространения по участку пластины (0 - u ) взаимодействует с двумя круговыми неоднородностями. В области неоднородности источник тепла включен, U> = О. Материалом сегнетоэлектрика в этом опыте служила пластина триглицинсульфата. Визуализация осуществлена с помощью нематического жидкого кристалла.

Модулируя по нужному закону во времени внешнее напряжение, источник Р(Т) можно сделать явно зависящим от времени и, таким образом, дополнительно расширить число моделируемых задач.

В настоящее время устройства, моделирующие параболические уравнения с нелинейными источниками,отсут" ствуют. Моделирование производится на 3ВМ и в случае рассмотрения неоднородных задач сопряжено с серьезными трудностями, так как требуются очень большие обьемы памяти и большие времена счета.

1149283

Фиг. 2 юг.J

Редактор В.Данко

Заказ 1901/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

f

Составитель В.Рыбин

Техред И. Гергель Корректор М.Демчик