Устройство для измерения параметров движения воздушного потока

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, задающий генератор, разрядник, электроды которого размещены в воздушном потоке, приемный электрод, регистратор меток и измерительный блок, причем выход задающего генератора соединен с входом импульсного генератора, соединенного с разрядником и с первым входом измерительного блока, выход приемного электрода соединен с входом регистратора меток, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при воздействии внешних помех, введены преобразователь входного сигнала, формирователь управляющего импульса и блок совпадения, при этом выход регистратора меток соединен с входом преобразователя входного сигнала, выход которого соединен с первым входом формирователя, управляющего импульса, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока, а выход формирователя управляющего импульса соединен с первым входом блока совпадения, второй вход которого соединен с выходом регистратора меток, выход блока совпадения соединен с вторым входом измерительного блока.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости, угла скоса потока газа или жидкости и других параметров потока.
Известно устройство для измерения скорости потока газа или жидкости, реализующее меточный метод регистрации, основанный на внесении в поток метки и измерении интервала времени прохождения этой меткой определенного расстояния.
Известно также устройство для измерения скорости потока газа или жидкости, содержащее источник меток, выполненный в виде разрядника, электроды которого размещены в потоке, соединенный с высоковольтным импульсным источником, узел управления генератором, выполненный в виде задающего генератора, приемный электрод, регистратор меток и измерительный блок. В качестве меток в устройстве использованы искусственно созданные локальные области, имеющие физическое или химическое отличие от потока. Для газового потока могут быть применены ионные метки с явно выраженным электростатическим зарядом.
Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения скорости потока за счет сбоев в работе устройства из-за регистрации приемником частиц, имеющих одинаковое с меткой физическое отличие от потока, так как в потоке могут находиться локальные образования, обладающие такой же физической природой, как и метка. Поэтому такие образования являются помехой и их регистрация приводит к сбоям в работе. Примером может служить использование ионных меток с явно выраженным зарядом для измерения скорости и угла атаки летательного аппарата при наличии в набегающем потоке дождя или снега. Дождевые капли и частицы снега могут нести как отрицательные, так и положительные электростатические заряды. Когда полет происходит в условиях дождя или снега, происходит нарушение работоспособности за счет сбоев в работе устройства из-за регистрации приемниками частиц - внешних помех, - что приводит к снижению точности измерения.
Целью изобретения является повышение точности измерения при воздействии внешних помех.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров движения воздушного потока, содержащее импульсный генератор, задающий генератор, разрядник, электроды которого размещены в воздушном потоке, приемный электрод, регистратор меток и измерительный блок, причем выход задающего генератора соединен с входом импульсного генератора, соединенного с разрядником, и с первым входом измерительного блока, выход приемного электрода соединен с входом регистратора меток, введены преобразователь входного сигнала, формирователь управляющего импульса и блок совпадения, при этом выход регистратора меток соединен с входом преобразователя входного сигнала, выход которого соединен с первым входом формирователя управляющего импульса, второй вход которого соединен с выходом измерительного блока, а выход формирователя управляющего импульса соединен с первым входом блока совпадения, второй вход которого соединен с выходом регистратора меток, выход блока совпадения соединен с вторым входом измерительного блока.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.
Устройство содержит источник меток, выполненный в виде искрового разрядника 1, соединенного с выходом высоковольтного импульсного генератора 2. На вход импульсного генератора 2 подаются импульсы от задающего генератора 3, соединенного с первым входом измерительного блока 4. На второй вход блока 4 подаются импульсы с выхода блока совпадения 5, на второй вход которого подаются импульсы от регистратора меток 6, а на первый - от формирователя 7 управляющего импульса. Вход преобразователя 8 входного сигнала соединен с выходом регистратора меток 6, вход которого подключен к приемному электроду 9. Выход формирователя 7 управляющего импульса соединен с вторым входом блока совпадения 5, выход которого соединен с вторым входом измерительного блока 4, выход которого соединен с вторым входом формирователя 7 управляющего импульса.
Работает устройство следующим образом. Частота создания меток строго фиксирована и определяется частотой задающего генератора 3. Если поток не имеет ускорений, то метка регистрируется с частотой, равной частоте ее создания. Если в потоке имеются случайно распределенные частицы, не являющиеся меткой, но обладающие такими же физическими свойствами как и метка, то они регистрируются и приводят к сбоям в работе устройства. Поэтому, если канал прохождения сигнала от регистратора меток к измерительному блоку закрывать на время между моментами регистрации метки и открывать в момент ожидаемой регистрации метки, то случайные сигналы от регистратора не приведут к сбою в работе устройства. Для учета возможного смещения момента времени регистрации метки за счет ускорения потока канал регистрации должен открываться на время раньше ожидаемого сигнала. Интервал времени определяется из следующих соотношений:
₁= ; ₂= , где ₁ - время перемещения метки на расстояние S между точкой входа метки в поток и приемником без наличия в потоке ускорения;
₂ - время перемещения метки расстояния S при наличии ускорения _макс,
Т - период генерации метки.
Тогда
= ₁- ₂= . (1)
Как видно из соотношения (1), величина обратно пропорциональна квадрату скорости. Регулировать величину можно сигналом, снимаемым с измерительного блока. Уменьшение величины необходимо для сокращения интервала времени, при котором открыт канал прохождения сигнала от приемника к измерительному блоку. Такое уменьшение повышает помехозащищенность устройства и тем самым повышается точность измерения.
Импульсы напряжения U₁ (см. фиг. 2) создают метки с постоянной частотой f₁ и периодом Т= 1/f₁. Эти метки регистрируются и на выходе регистратора меток 6 появляются импульсы U₆. Если в потоке имеются помехи (капли дождя или снега), то с выхода регистратора меток могут сниматься импульсы, аналогичные метке U₆^l . Импульсы U₆ и U₆^lпоступают на вход преобразователя 8 входного сигнала, с выхода которого снимаются импульсы U₇ и подаются на первый вход формирователя 7 управляющего импульса, вырабатывающего импульсы (стробы) U₈, равные длительности 2 . Импульсы U₈ подаются на блок совпадения 5 и в случае временного совпадения импульсов U₆ и U₈ формируется импульс U₅, совпадающий по времени с импульсом U₆. В связи с тем, что импульсы U₆^lпомехи распределены случайным образом во времени, попадание их в строб маловероятно. Ширина строба выбирается равной 2 , это связано с тем, что определялось для ускорения. Аналогично можно определить и для замедления.
При больших скоростях, когда V 2 = S соизмеримо с плотностью распределения частиц потока, являющихся помехами, вероятность попадания их в строб U₈ увеличивается. В связи с этим введена дополнительная связь управления длительностью строба, при которой S = const. Для этого с выхода измерительного блока 6 (схема, преобразующая интервал времени прохождения меткой расстояния S в напряжение) сигнал подается на второй вход, управляющий длительностью генерируемого импульса формирователя управляющего импульса.
Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность измерения параметров движения потока меточного измерителя за счет сокращения сбоев в его работе при условии, если в потоке находятся частицы, по своей природе неотличимые от метки, т. е. внешние помехи.
Использование в данном устройстве схемы защиты от внешних помех обеспечивает выделение ионной метки на фоне внешних помех, повышает точность регистрации момента времени прохождения его базовых расстояний, что позволяет повысить точность измерения параметров воздушного потока при работе устройства в разных метеорологических условиях. Применение предложенного устройства в составе измерителей воздушной скорости и аэродинамических углов обеспечивает высокую надежность измерения и способствует повышению безопасности полета. (56) Авторское свидетельство СССР N 655975, кл. G 01 D 5/18, 1977.
Авторское свидетельство СССР N 814051, кл. G 01 D 5/18, 1979.