Оптико-механическое устройство для дифференцирования графиков

 

Вт:есоюэндд илтексхе- и "к "чнкд бкбвкетека MBA

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНЙ (11) 452002

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22}Заявлено 15.01.73 (21) 1&79217/18-24 (51) М. Кл. G 06g 3/08 с присоединением заявки )4—

Гасударственный квинтет

Саввтв Мнннатрав СССР аа делам иеабрвтенвй:, н атнрытнй: . (32) Приоритет

Опубликовано 30.11.74 Бюллетень № 44 (53) УДК

681. 335. 713(088. $}

Дата. публикования описания 14 О4 75

В,.В. Гарнов и М. Д. Федосеев (72) Авторы изобретения (71}Заявитель Ордена Ленина институт физики Земли им. О. I. Шмидта AH СССР (54} 01 П И КО МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ДИФФЕРЕННИРОВАНИЯ ГРАФИКОВ

- Изобретение относится к приборам для обработки и анализа непрерывных кривых.

В настоящее время при обработке графических зависимостей широкое применение находит настольный портативный прибор для интегрирования графиков — планиграф, аналогичные же при>боры для дифференцирования графиков отсутствуют.

Известны оптико-механические устроиства дл я мач е мати чес кой обработки графиков, содержащее опорную направляющую планку, в продольном пазу которой на подшищ>иках установлена каретка, и тангенсный механизм, выполненный в виде >. >пиал ьного сч ержня, соединенного»»<..ред-ством »си с верхней частью каретки; центр оси размещен на рабочеи кромке масшчабной линейки, снабженной подвижным индексом и установленной на верхней

i <> >ц»в>>й части опорной планки.

I !редлагаемое устройство отли чается от известных тем, что в него введен оптический дискриминаеор, выполненный в виде прямоугольной призмы со срезанным верхним ребром, которая устд овлена в напраь ляющих, закрепленных на скользящем зажиме, кинематически связанном через поперечный стержень и дополнительный

5 скользящий зажим с радиальным стержнем тангенсного механизма. При этом узел оптического дискриминатора снабжен лупой, которая установлена на оси, закрепленной на корпусе оптического дискриминатора.

Это позволяет упростить процесс дифференцирования графиков и увеличить точность работы устройства.

Предлагаемое устройство схематически

1а изображу>о на фиг.1; на фиг.2 показан оптический дискриминатор в действии.

Устройство содержит опорную планку 1, в продольном пазу 2 которой на подшипниках ;1 установлена каретка 4, тангенсный механизм, выполненный в виде радиального стержня 5, соединенного посредством оси 6 с кареткой 4, и масштабную линейку 7, снабженную подвижным индексом

8. Кроме того, устройство содержит опти452002

Крепление прямоугольной призмы 10 обеспечивает положение призмы, при котором осьО7Я, проходящая через верхнее ее ребро, при любом положении оптического дискриминатора 9 перпендикулярна к радиальному стержню 5. На оптическом дискриминаторе 9 укреплена лупа 15, имеющая возможность поворачиваться вокруг оси 16 и занимать два

55 ческий дискриминатор 9, выполненный B виде трехгранной призмы 10 с частично срезанным верхним ребром, которая установлена в направляющих 11, закрепленных на скользящем зажиме 12, который 5 кинематически связан через поперечный стержень 13 и другой скользящий 14 с радиальным стержнем 5 тангенсного меха-, низма, причем оптический дискриминатор снабжен лупой 15, которая осью 16 1О связана с корпусом оптического дискриминатора 9.

Конструктивно устройство выполнено из опорной направляющей планки 1, которая является статическим (неподвижным) элементом прибора. В центре планки 1 имеется направляющий продольный паз.2

По пазу перемешается свободно плавающая каретка 4. Опорным элементом каретки являются подшипники 3, два из которых имеют пружинный поджим. На каретке закреплена масштабная линейка 7 с, делениями и подвижным индексом 8. На ! верхней стороне каретки укреплена ось

6, центр которой совпадает с геометрическим полюсом P. Полюс является центром вращения радиального стержня 5. !

Центр оси (полюс Р) совпадает с внешним обрезом масштабной линейки 7. зо

Радиальный стержень 5 имеет возможность поворота вокруг оси 6 на угол

А=

= 18Оо. На радиальном стержне 5 под углом ф =90 укреплен поперечный

1 стержень 13 при помощи скользящего З5 зажима 14, который позволяет производить перемещение этого стержня вдоль радиального стержня 5. Конструкция скользящего зажима 14 обеспечивает фиксирование поперечного стержня 13 под 40 углом Я =9Oо к радиальному стержню 5, На поперечном стержне 13 закреплен оптический дискриминатор 9, который имеет возможность перемешаться вдоль поперечного стержня 13. Оптичес- 45 ким дискриминатором 9 (разделителем) служит прямоугольная призма 10, верхнее ребро которой частично срезано. положения. При рабочем положении лупа

15 размещена над прямоугольной призмой, при нерабочем смещена в сторону.

На фиг. 1 показан случай, когда лупа смещена в сторону.

Устройство работает следующим образом.

Аналогично планиграфу оно устанавливается на чертеж (график). При этом направляющая планка 1 должна быть параллельна оси абсцисс графика, а центр вращения радиального стержня 5 и передний срез масштабной линейки 7 должны совпадать с осью абсцисс. При перемещении каретки

4 вдоль планки 1 это совпадение должно сохраняться на всем протяжении оси абсцисс.

Движением каретки 4, поворотом радиального стержня 5 и перемещением поперечного стержня 13 призма 10 оптичес кого дискриминатора 9 устанавливается на исследуемый участок графика так, чтобы кривая, проходящая под призмой 10, не имела разрыва (фиг. 1 и фиг.2,б). Это положение соответствует случаю, при ко тором радиальный стержень 5 перпендикулярен к нормали для данного участка графика; в этом случае нормаль@ совпадает с осью ИIЬ, и следовательно, радиальный стержень 5 параллелен касательной на исследуемом участке графика. Тангенс наклона этой касательной может быт определен при помоши тангенсного механизма, как отношение отрезка Д к заранее выбранному в соответствйи с необходимым масштабом и отмеченному при помощи индекса 8 отрезку ДХ масштабной линейке. Сохраняя значение

ЯЯ постоянным для всех участков кривой, получим значение Д для различных участков в выбранной масштабе.

Из определения производной имеем (ДЦЛЯ

При Л 3 "- CGA-86 можно записать дх = к где k — некоторое постоянное число. . В этом случае (((А . Это значение координаты производной переносят параллельно оси абсцисс до пересечения с абсциссой исследуемого участка, отмечают точку К. Так определяют и фиксируют производные для всех исследуемых участков графика. Отмеченные графи452002

6 чески значения производных соединяют и получаю> график первой производной ! (W) /

Если лгасштаб величины 4 выбрать так, чтобы K -1, результат ди>1ференцирования будет выражен в масштабе графика.

При значениях Ь -.О, 1; 0,01; 0,001 масштаб по оси ординат отличается в

10, 100 или 1000 раз от масштаба построения исследуемого графика по оси ординат.

Результаты графического дифференцирования нисходяших ветвей кривых строятся на этом же графике, но очевидно, что их значения необходимо брать с отрицательным знаком.

Величина производной, которую можно получить посредством усг»1>ойства, лежит в пределах от 0 при Q — О до максимальных величин, определяемых пракг тическим значением которые можно отло жить по оси ординат. Ддя графиков, нанесенных на стандартных листах миллиметровой бумаги, максимальные значения ф составляют около 85о.

30 .л(ействие оптического дискриминатора 9 заключается ь том, что при наложении прямоугольной призмы 10 с частично сре» запным верхнем ребром на кривую (фиг.2, а) наблюдается разрыв кривой в случае, если ребро призмы 10, совпадаюшее с

Г осью PfN, пе будет нормально кривой на исследуемом участке. В случае совпадения ребра призл>ы 10 и oc«P1 с нормальк>, Я Я к кривой разрыва не 40 на блюда етс я.

Величина разрыва Z, исходя из геоме>рических нос гроепий, >.»»ке > бы гь онепена как

45 с (— 1) 11. где d — высота гризмы 10, 50

/ — показатель преломления, — угол между положением нормали и рс-бра призмы 10.

Оптический д»>. криминатор 9 очень чувствителен к точности установки. Разрешаюшая способность глаза позволяет различить интервал между точками не менее

0,1 мм. При оценке поперечного разрыва линий точность совмешения линий значительно возрастает и достигает значений

0,01-0,02 мм.

Принимая для дискрилгинатора Д вЂ” 10мл>, Д, = 1,5 и > = 0,02 мм, получаю г значение угла С = 20, что дает относительную ошибку в определении угла наклона касательной для углов, близких к с 45о, менее 1 >о. Точность установки может быть при необходимости значительно повышена, если при устапоьке оптического дискриминатора 9 на кривой использовать лупу 15, которая повышает остроту зрения и позволяет значительно уменьшить значение разрешаемой величин»>

Е, а следовательно, и значение f>

Максимальная кр»визна дяфферепг«ру -мого графика ). при использовании оптического дискриминатора 9 ограничиьутся размерами призмы (ее основанием ), для оптического дискриминатора 9 с прямоугольной призмой 10 / ;>.". . / J . АЬы обеспечения возможности дп4>1 «рч>пирования графиков с большей кривизной часть ьерхнего ребра призл>ы .!.0 срезана, что позволяет дифферепцпроьать участки кривой с р л

Конструкция прибора позволяет дифференцировать один и тог ;e t рафик при положении ради»льно о с>.ержня 5 в различных четвертях (Г и Л) относительно полюса Р, ч го две> возможность выявить ошибки в кинел>атических звеньях, имею»>их различные знаки ошибок в этих четвер гях, и устрапиг>. »х в процессе юстировки или учесть при раб»ге.

llредл>ет»зобрeтени я

Оп i ики-л>ехан»песк»е устройство для диффе1п-.нипрования i рафиков, содержашее опо1>пу>о папраьля>о>чую планку, в г>1>одал ном пазу когорс>й па подшипниках устан >влена каре гка, и I eø епсньш л ехани.зл>, выполнегппяй в виде радиального стер.сня, соединении>го посредством 0(и с кареткой, центр оси разл>ешен на рабочей кромке л>асп>>абной линейки, снабженной подвижньп индексом и установленной на верхней торцовой части опорной планки, отличак>шееся тем, что, с целью упрошения процесса дифференцирования и увеличения точности

452ОО2 работы устройства, в него введен оптический дискриминатор, выполненный в виде прямоугольной призмы, которая установлена в направляюших, закрепленных на,скользяшем зажиме, кинематически связан:ном через попереЧный стержень и дополнительный скользяший зажим с радиальным стержнем тангенсного механизма.

С0cl и "eëь К) ° КОзпов ехред Г.Дворина Корректор Л.денисова

Редак ор И.Орлова

Заказ ©Я, 624

lIçë, м !Я1 т раж

Подписное

1!1н днрнязне «Г1атент», Москва, (-59, Бережковская наб., 24

11111П 1! !! Государственного комитета Совета Министров СССР но дедам изобретений и открыл нй

Москва, 113035, Рауьнская наб., 4