Устройство для дистанционных измерений параметров ветра

2 О 6924 Союз Советских Социалистических Республикоритет Комитет по дела зооретений и открыти при Совете Министров Опубликовано 08.Х 1.1967. БюллетеньДата опубликования описания 20.П,19 б 8 1 и С,С РЬ Авторыгзобретен Шапиро А, Юрчук,О. А. ВолковаЛ, Златин, А. А, Гуляев, М, Я Гершензон, Ю, В, Ермаков, ВМогильнер, Л, А. Шестопалов, и В. И. Дмитриев К, Н, МануйлС. М. РыжиковЯ. Суражский,гического вательский институт гидрометео приборостроенияаявител аучно-исс Я ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙАРАМЕТРОВ ВЕТРА СТРОИСТВО Известны устройства для измерения пара. метров ветра, содержащие блок ветроприемников с флюгаркой и винтом, импульсные преобразователи и измерительный блок.Предложенное устройство отличается от известных тем, что оно имеет два дополнительных бесконтактных импульсных датчика, подвижная часть которых укреплена на горизонтально расположенной шестерне конической пары, связь 1 вающей эти датчики с осью 1 винта, Блок ветроприемников снабхксн индикатором положения флюгарки в виде магнитного полукольца, укрепленного на корпусе блока, и неподвижной контактной пары, Измерительньй блок имеет логическую схему с 1 распределителем, электрически связанным с импульсными датчиками и контактной парой для автоматического выбора начала отсчета УГЛОВ В ЗЯВИСИМОСТИ ОТ СОСТОЯНИЯ КОНТаКТНой пары. Кроме того, этот блок снабжен связан ным с опорным датчиком скорости генератором импульсов, выход которого подключен к счетчику импульсов, Все это позволяет повысить тоность измерения устройства, его надежность, я также измерять срсднсс направ ление ветра и автоматически представлять направление ветра в связи с его скоростью.Г 1 а фиг. 1 показана констр,ктивняя схсмя блока встроприсмнпков; на ф 11 г. 2 - структура измерительного блока устройства. 3 Винт 1 блока ветроприемников, вращающийся вокруг горизонтальной оси 2 вместе с флюгаркой 3, может также вращаться вокруг неподвижной вертикальнои стойки 4.1-1 а оси 2 и стойке 4 смонтирована пара конических шестерен 5 и 6 с передаточным отношением, причем шестерня б может вращаться вокруг стойки 4 как зя счет вращения винта, так и при повороте флюгарки 3. На оси 2 и стойке 4 смонтированы три бесконтактных импульсных датчика, состоящих из подвижных 7, 8 и фиксированных 9 - 1 частей. При этом подвижная часть 7 и фиксированная часть 9 составляют опорный датчик скорости ветра, вырабатывающий опорные импульсы 10 с), а подвихкная часть 8 совместно с фиксированными частями 10 и 11, рясполохкенньмп на Одпой окружности под 180 один относительно другого, - первый и второй дополнительные датчики, вырабатывающие соответственно импульсы С 1 и С 2.1-1 а корпусе блока встроприемнпков в строго определенном полокении (относительно дополнительных датчиков) закреплен индикатор положения флогяркп, состоящий из герметпзированной контактной пары 12 и постоянного полукольцсього магнита 13.Измерительный блок устройства (см. фиг. 2) содерхкит формирователь 14, преобразующий фазовый сдвиг между импульсами ОС, С 1, С 2 в перепады напряжения, длительность которых равна указанному сдвигу; распределитель 15, коммутирующий на вход формирователя 14 импульсы С 1 или С 2 в зависимости от состояния контактов контактной пары 12 индикатора положения флюгарки; генератор 16, модулирующих импульсов; отметчик 17 времени; регулируемый делитель 18 частоты; модулятор 19 измерительных перепадов, сформированных узлом 14; коммутатор 20, управляемый распределителем 15; клапан 21, управляемый распределителем 15; схему 22, осуществляющую счет числа импульсов ОС за интервал времени, периодически вырабатываемый отметчиком времени 17, и запоминающая наибольшее из сосчитанных чисел; счетчик 28 числа импульсов ОС; счетчики 24 26 чисел импульсов.Коммутатор 20 подключает вход модулятора 19 ко входу счетчиков 24 или 25 в зависимости от состояния распределителя 15.Клапан 21 пропускает импульсы генератора 16 на вход счетчика 26 числа импульсов в одном из состоянии распределителя 15.Устройство работает следующим образом.Под влиянием набегающего потока винт приводит во вращение ось 2, вместе с которой вращаются жестко закрепленные на ней коническая шестерня 5 и подвижная часть 7 опорного датчика положения, Коническая шестерня передает вращение конической шсстерне б и закрепленной на ней подвижной части 8 дополнительных датчиков. Шестерня 6, а с ней и подвижная часть 8 этих датчиков, кроме того, может поворачиваться и под действием поворота флюгарки 8. Таким образом, коническая шестерня б может вращаться за счет двух независимых суммирующихся воздействий, При прохождении подвижных частей 7 и 8 над фиксированными частями 9 датчиков генерируются импульсы напряжения. Таким образом, при вращении конических шестерен 5 и 6 генерируется три серии импульсов: ОС, С 1 и С 2, Частота следования импульсов каждой серии одинакова и пропорциональна мгновенной скорости ветра. Регулировкой мо 5 кно добиться 1 акого полокения, что при исходном пол 05 ке 11 ии флОгарки 8 50 55 60 импульсы ОС и С 1 совпадают по фазе. При повороте флюгарки на угол 1 относительно исходного положения шестерня б с подвижной частью 8, помимо сс непрерывного вращения от винта, дополнительно повернется на тот же угол ср (так как передаточное отношение 1: 1), Вследсгвис этого серия импульсов С 1 получит фазовый сдвиготносительно серии импульсов ОС, Этот сдвиг равен углу поворота флюгарки 8 относительно неподвижной части прибора, т. е. измененгпо направления ветра.Взаимное полохкение контактной пары 12 и постоянного полукольцсвого магнита И индикатора положения флюгарки обеспечивает замкнутое положение контактов пары 12 при 510 15 20 25 30 35 40 45 нахождении флюгарки в секторе 270 - 0" - 90 и разомкнутое - в секторе 2 О - 180 - 90. Может быть выбрано и др 5 гое взаимное полажение элементов индикатора,Импульсы ОС, генерируемые опорным датчиком, импульсы С 1 и С 2, а также состояние контактов 12 индикатора передаются в измерительный блок устройства (см. фиг. 2).Схема измерения среднего направления построена с учетом того факта, что отыскание направления как среднеарифметического ряда измерсний возможно только для мгновенных значений, отличающихся друг от друга не более чем на 180 (при обходе в определенном направлении), В частности, недопустимым в процессе осреднения является и переход текущих значений направления чсрсз начало отсчета углов, Для исключения влияния последнего обстоятельства на достоверность результата при автоматическом осреднснии направления ветра применяется такой прием: в тех случаях, когда вероятность перехода текущего направления за интервал осредн ения относительно велика, осуществляется автоматический перенос начала отсчета на 180". Иными словами, когда направление лежит в секторе 270 - 180 - 90, измерение ведется при помощи импульсов С 1, т. е. углы отсчитываотся от 0. Если жс текущее направление находится в секторе 270 - 0 - 90, измерение углов производится с помощью импульсов С 2 (сдвинутых, как указывалось, относительно импульсов С 1 на 180), что равносильно переносу начала отсчета на 180,В начале каждого оборота винта, т, е, при появлеп 1 и очередного импульса ОС распределитель 15 производит выбор начала координат в соответствии с излохкснным принципом, а именно; если контакты 12 разомкнуты, на вход формирователя 14 с импульсного выхода распределителя 15 пропускается очереднои импульс С 1, т, е, за начало принимается 0, в противном случае на вход формирователя будет пропущен импульс С 2, т. е. за начало будет принято 180.Выработанпыс В формирователе 14 перепады напряжения, длительность которых равна временному сдвигу между импульсами ОС и С 1 или С 2, модулируются в модуляторе измеритсльн.х перспадов 19 импульсным напряжением, поступающим от генератора 16. Иа выходе модулятора перепадов получаются импульсы, число которых пропорционально суъ 1 м 11 рной (за Врем 51 измерсн 5 я) длитслъности входных псрспадов напряжения, т. е. искомой величине.Если за начало отсчета принят 0, управляощим сигналом с потенциального выхода распрсдс:Ителя 15 коммутатор 20 устанавлиВастся В положс 5 ис, когда ВыхОд ъодул 51 тора 19 подк 5 почсн ко входу счетчика 24 числа импульсов. Этим жс сигналом запрещается прохождение импульсов генератора 16 через клапан 21. При переносе начала отсчета указанный сигнал переключает выход модулято.ра 19 измерительных перепадов на вход счетчика 24 числа импульсов, Од 1 оврсэСнпо с этим жс сигналом рыз 1 эсшястс 5 прохождение модулирующих импульсов через клапан 21 на вход счстчика 26, являющихся в данном случае временными отмет 1 исази, т 51 к к 1 с ч 11 сло этих импульсов, сосчитанное в счетчике 26, определяет время, в течение которого существовал сдвиг начала отсчета,Если в заданном интервале осрсдпспия Т в течение времени Т отсчет производится с помощью импульсов С 1, а в течение времени Т - с помощью С 2, то числа, накопленные в счетчиках 24 - 26 импульсов, будут однозначно определять (в некотором масштабе) соответственно величины, по которым может быть найдена искомая величина среднего направления,Информация, накопленная в счетчиках 24 - 26, закодировала в форме, удобной для передачи по каналам связи ввода в ЦВМ, а также для визуального съема показаний.Схема измерения среднего направления ветра обладает следующими особенностямп,Если интервал Т осреднения выбран таким, что за время 1 текущие значения ветра не могут отличаться друг от друга более чем на 180, то отпадает необходимость в коммутаторе 20, клапане 21, схеме 22 и счетчике 26 импульсов и в последующих вычислениях.В этом случае начало координат автоматически устанавливается распределителем 16 в начале интервала осреднения и остается неизменным в течение всего цикла Т осреднения, Результат получается непосредственно в счетчике 24 числа импульсов.Для получения величины среднего направления ветра перепады напр 5 эсения в формироватсле 14 модулцруются частотой заполнения, которая пропорциональна текущей скорости ветра,Такую частоту заполнения можно получить, например, путем преобразования импульсов ОС в напряжение (ток) и вторичного преобразования этого напряжения в частоту, пропорциональную текущей скорости ветра.Преобразование импульсов ОС в пропорциональное напряжение (ток) осуществляется преобразователем 27, которыц может быть выполнен, например, по схеме частотно-емкостного преобразователя,Вторичное преобразование напряжения в частоту Осуществлястс 51 ГСП 1 срятором 16 ъОдулирующих сигналов, который может быть выполнен, например, по схеме смкостного преобразователя с периодическим интегрированиемисм.При этом выражение для среднего направления ср,р имеет вцд: гдс , и У, - значение времен и скоростей,имеюцих место при направлении сс 1,р, - средняя за интервал Т скорость вет 5 10 15 20 25 30 35 ра; парямсгр, входящцй В состав ветровых цзмс 1 эснцй.Такое прсдсгаилсццс направления ветра и связи со ссоростьо зпя штс;ьно полнее отражаст фцзику переноса масс ВОЗдуха, чем и приборы япалогпчного типа.В случае и ооходпмостц наличия Выхода на у 1 сазываощи 1 (цлц запцсывающцй) прцбор к выходу форэИрова 1 сл 51 14 через срцльтр нижних частот подкспочастся прибор, цзмср 5 пощцй (регцстрцрующий) силу тока, я трсбуемая с Гепець 001 эедпсп 1 ия Опрсдсл 51 ется Всличип 051 пост 051 нной В 1 эсмснц фцльт 1 эс 1.Средняя за штсрвял Т,р, скорость истра определяется (и пссот 01 эом 12 сштаос) 1 сак 1 эсз;1 ьтас подсчс 12 Иела 3 Пусьсои ОС и;ц С 1, С 2, поступившцх за время ,р,. Такой подсчет Осущест 13 ляетс 51 счст 1 ик 031 2/, кот 01 э 031 у П 1 эсдшестиуст рсгулцруезьш дслцгель 1 с 5 частоты.1133 енспие его коэсрфццисцтя деления осуществляется одним пз 11 звесп ых способов, 1 эсГ ЛИ 1 ЭОВКОП КОЭСрфсц 11 СНЭ 2 ДСЛЕПП 51 уп 1 ть 1- Васгс 51 1 э 2301 эос аэродипами 1 сских хя 1 эяктсрпсти 1 с Винтов Ветро 1 рисэп 1 сои. 1 сЗультат ПЗл 1 сВепцц х)эацитс 51 В с 1 стчисс В 1 соде, п 1 эиГОдцом как для Вгода в канал связи, так ц для Визуального съема показаниц. П 1 эи псооходцмости получения выхода па у 1 сазывасощи 11 прибор к выходу регулируемого де.штеля 18 ЧВСТОТЫ ПОДСЛ 1012 ЕТСЯ СООГВСТСТВУ 10 ЩИ 11 ЭЛС.К- тромехапичессий счетчик,1 сы щая скорость Ветра определяется как резульгат осредненця ее мгновенных значении за достаточно малый промежуток времени (2 - 5 сек.),Максимальная скорость определяется как наибольшсе зц 21 сцце Гссугссцх ск 01 эостсЙ В интервале няблюдспця.Опрсдслс;шс текущей скорости мохкет быть процзвсдсцо Одпцм цз известных способов аналого-цифрового преобразования, и в 12 стпост и, спос 00031, 2 цалсэгц;1 ым Опцсапно.1 у Выше для ОП 1 эсдслсцця срсдпеЙ скосэос Гц Вст 1 эа. Оп 1 эедслепие ъаксцм 2.1 ьпой скосэос 1 П Вс 1 ра, сиод 51 щссся В даНом слчае к сраВ 1 сшпо двух чисел (предшествующего и цасгоящсго зна;сний текущей скорости) и запомцпыншо большего цз них, может быть также рсалцзовяно любым пз многочисленных методов ццсрровой техники В форме, пригодной ДЛ 51 ПЕРСДСц ПО Ка 112 ЛЯМ СВЯЗИ и ДЛЯ В 113 У- ального отсчета.Прц нсобходцмостц в выходе на указывающцц (311 пцсывасгщпй) прибор ко входу импульсов ОС илц С 1, С 2 подключается преобразователь частота - ток (например, частотомср кондснсагорного типа), нагрузкой которого и является указывающий цли записывяющцц прибор. Степень осрсднснця в этом сл 1 яс Э стянавливается нядлсжящцэ Выбор 031 пост 051 ннОЙ В 1 эс.с 1 П фпльт 1 эа, 2 для зяпоМИНВНИ 51 МВКСЦМ 2 ЛЫОГО ЗНС 1 ЧСНЦ 51 ТОКЯ (Мансимяльняя ск 01 эость) 3 Ожет быть Гсрпсиена так называемая фикс-стрелка либо другое2 О 6924 Предмет изобретения Составптеоь С. В, Непомияша 11Н, А, Дкарагетти Тс:(ред А. А. Камышникова Корректоры С. П. Усови В. В. Крылов сдакто; Подписпори Совете Ми п 1 стров ССС 1.1 аказ 4700.9 Тираж 530Ц 11 Р 114 ПИ Когпнтста по делам пзобрстсп 1 й и открытийМосква Центр, пр. Серова,Ппппрафпя, пр. Сапунова, 2 устройство, выполняющее аналогичные функции. 1. Устройство для дистанционных измерений параметров ветра, содержащее блок ветроприемников с флюгаркой, жестко связанной с корпусом блока, и винтом, на оси которого укреплена подвижная часть опорного бесконтактного импульсного датчика скорости, а также измерительный блок со счетчиками импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и падежности устройства 15 путем бесконтакгного преобразования значения направления ветра в фазовый сдвиг между сериями импульсов, оно снабжено двумя дополнительными бссконтактпыми импульсными датчиками, подвижная часть которых укреплена па горизонтально расположенной шестерне конической пары, связывающей эти датч 1 ки с осью винта,2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что, с целью измерения среднего направления ветра, блок встроприемников снабжен индикзт 01 эом поло)кения флюгарки В Виде магнитного полукольца, укрепленного на корпусе блока, и неподвижной контактной пары, а измерительный блок - логической схемой с распределителем, электрически связанным с импульсными датчиками и контактной парой для автоматического выбора начала отсчета углов в зависимости от состояния контактной пары.3, Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью автоматического получения связи направления ветра со скоростью, измерительный блок снабжен связанным с опорным датчиком скорости генератором импульсов, выход которого подключен к счетчику импульсов.