Устройство для измерения турбулентныхпереносов

Союз Советск ихСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н 1853584ао делам наабретений и откратнЯи ф С. е 1. Персии, Н. А. Псникахина н Л. А. ШенанннскМ, р,;,.,Ч ах а;. ГНан, Главная геофизическая обсерватория имени А, Й .Ьрейикова" "-"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПЕРЕНОСОВ Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и предназначено для пульсационных измерений.Известны устройства для пульсационных измерений скорости ветра, содержащие фазовый акустический анемометр 11.5Однако в этом устройстве диапазон анемометра составляет только +90 О; при выходе за диапвзони как и в других подобных схемах, происходит скачок (с од 1 о ного края диапазона на другой)а при этом даже редкие выбросы приводят к грубым ошибкам в результате,Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения турбулент 15 ных переносов тепла и влаги, содержащее акустический датчик вертикальной составляющей скорости ветра с излучателем и приемниками, датчики температуры и влажности с выходом в виде напряжения и блок регистрации 21.Недостатком этого устройства также является возникновение неустранимых ошибок при значениях пульсаций ветра (выб е росах), выходящих за шкалу фазового ане ь мометРа 180 Си что свЯзано с неоднозначностью шкалы,Целью изобретения является уменьшение погрешностей измерений. Это достигается тем, что устройство снабжено подключенными к приемникам акустического датчика формирователями с пороговыми схемами на выходе, преобразователем фазового сдвига сигналов Ф в одну из двух последовательностей импульсов со скважностьюР - 1 или 16-Ф и связанной с ним трнгерной схемой выявления изменения порядка следования выходных импульсов датчика скорости ветра, подключенными к формиромтелям, а также подсоединенными к преобразомтелю и источнику опорного напряжения ключами и связанными с ними операционными усв лителями, При этом к двум из ключей подсоединены датчики пульсаций температуры и влажности, а вьпсод усилителя канала ветра цепью инерционной обратной связи3 853584 фоговой схемы одно- че управляющих сигналов подключение напряжения, поступающего на сигнальный входможет быть снабже- К ключа 9, к сопротивлениям 1 и Р, наыходвм операцион- инвергирующем и неинвертирующем входахльтрами, соединенны- операционного усилителя 14. 1 фи наличии5гистрирующего блока. на одном из выходов (А или В) преобраавлена схема описы- зователя управляющей последовательностиимпульсов на соответствующем входе опеит измеритель вкус- рационного усилителя (инвергирующем дпяприемники 2 и 2, 10 сигнала А или неинвергирующем - для сигпературы и влажнос- нала В) появляегся последовательность,ели выходных сигна- импульсов той же скважности, с амплигу 5, 6, преобразо-, дой, определяемой напряжением на сиг/ига Р сигналов ане- нальном входе ключа 9, Сигнал на другомух последовагельнос входе усилителя равен нулю, Конденсаторыпьсов, триггерную С. и С осуществляют фильграциюпоспедоменения порядка вательности прямоугольных импульсов иимпульсов анемомет- уменьшают требования к динамическимчение 9, КС-фильт- свойствам усилителя.1, регистрирующую 20 Схемы 7, 9 и 14 анемометра осущестрционной обратной вляют чегырехквадратное умножение сигные усилители 14, налов, задаваемых сдвигом фаз 1 анемоналов анемометра метра и напряжениями на сигнальных вхосхем (триггеров дах ключей,разующих перемен Дпя исключения грубых ошибок, связвнколах приемников ных с выбросами пульсаций вергикапьнрйнапряжения прямо- компоненты эа границы диапазона :180 ормировагелей корог- спужит схема 8 (и аналогичная схема вего фронта 6 и 6, канапе горизонтальной компоненты), Схе.состоит из тригге 30 ма 8 включает схему задержки (на маских схем И, Триг- лый интервал И, превышающий дпительпо двум входам им- ность импульсов на выходах 6 и 6) две1мировагелей 6 и 6, логические схемы И и триггер,соединен с входом парго из формирователей,Устройство такжено подключенными к вных усилителей РС-фими с коммутатором реНа чертеже предстввемого устройства.Устройство содержтических колебаний 1,датчики пульсаций темти 3 и 4, формироватлов анемометра 5,6 иватель 7 фазового сдвмометра в одну из двтей управляющих импусхему 8, выявления иэследования выходныхра, ключи на перекл 1 оры 10, коммутатор 1систему 12 цепь инесвязи 13 и операционФормирователи сигсостоят иэ пороговыхШмидта) 5 и 5 преобные напряжения на вь2 и 2 анемометра вугольной формы, и фоких импульсов переднПреобразователь 7ра Т и других логичегер Т опрокидываетсяпульсами с выхода форНа выходе триггера имеет место последовательносгь прямоугольных импульсов 35со скважностью, определяемой сдвигомфаз Р импульсов на выходах 6 и 6(О ( Ф ( 360), На выходах А и В преобразователи 7 схемами И формируютсясигналы. Один из них равен нулю а второй представляет последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, опредепяемой абсолютной величиной сдвигаФ переднего фронта импульса на выходетриггера Шмидта 5 по отношению к заднему фронту импульса на выходе 5(Р:%- Р ), При Ч ) О импульсы посгупают на выход В, при 9 ( О - на выход А.Аналогично построена схема для друГой (горизонтальной) компоненты скоростИ 50ветра (Ц ), (на чертеже показаны толькоее выводы А и В ),Выходные сигналы А,В (и инверсные сигналы А, В) преобразователя поступают пе управляющие входы ключей на переключение 9, Схема 9 содержит два ключа на переключение (на полевых триодах Т 4, Т и Т Т, ), осуществляющие при поавВ нормальномрежиме работы импульсы на выходах С и Д в схеме 8 отсутствуют, При переходе фазы Р через значение, близкое к О или 360 О, изменяется порядок следования импульсов на выходах 6 и 6. Импульс с выхода Д или С через схему ИЛИ опрокидывает триггер Т. Триггер Т индицирует выход фазы за границы диапазона (сигнал неоднозначности), Импульсы Д и С могут быть использованы также для расширения динамического диапазона фазового анемометра за границы +180 .На сигнальные входы ключей 9 в каналах формирования напряжений, пропсрционапьных вертикальной и горизонтальной компонентам пульсаций ветра Ю и 0 подается опорное напряжение Оо . Дпя получения произведения Т%, 9,ЦФ Ф 1 и Ьф (квналы, поток тепла, поток влаги, поток количества движения, диспер сия вертикальной и горизонтальной компонент) на сигнальные входы соответственно подаются напряжения с датчиков пульсаций5 8535 температуры 3 и влажности 4 и с выходов операционных усилителей каналов Ж и ЦТак как при измерениях пульсаций компонент ветра необходимо сключенве (огра богка) постоянной составляющей этих ком-понент, го в устройстве выход операционного усилителя 14 канала ветра 4/ ( и аналогично ц ) через цепь инерционной от- рицательной обратной связи 13 соединен со входом пороговой схемы 5, где сумми О руегся с переменным напряжением с приемника 2 .3Лля нахождения,средйих, значений потоков необходимо ингегрировайие произведений (,Ф, 7%, ОМ, Для нахождения ку-. сочно-скопьэящих средних значений потоков, а также дисперсий и математических ожиданий в устройстве использованы ЦС- фильтры 10 с большими постоянными времени (порядка 30 С), подключенные к коммутатору 11 с регистрирующей системой 12, содержащей аналого-цифровой преобразователь и сумматор. Формула изобретения. 1. Устройство для измерения турбулентных переносов, содержащее акусгичес- иЯ датчик вертикальной и продольной ком-ЗО понент скорости ветра с излучателем и приемниками, датчики пульсаций температуры и влажности, а также регистрирующий блок с коммутатором, о т л и ч а ю -84 6щ е е с я тем, что, с целью уменьшенияпогрешности измерений, оно снабжено подключенными к приемникам акустическогодатчика скорости ветра формирователями спороговыми схемамв на входе, преобразователем фазового сдвига сигналов 4 водну иэ двух последовательностей з.иимпульсов со скважностью Ф-Ж влв Ж-Фи связанной с ним гратерной схемой выявления изменения порядка следованиявыходных импульсов датчика скорости ветра, подключенными к формирователям, атакже подсоединенными к преобразователюи источнику опорного напряженвя управляемыми ключами и связанными с ними операционными усилителями, прв этом к двумвэ ключей подсоединены датчики щаьса-ций температуры в влажности, а выходусилителя канала ветра связан с входомпора оной схемы одного вэ формирователей,2, Устройство по п, 1, о г л в ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено пошииьченнымв к выходам операционных усилвте 4:лей ЯС-фвльтрамв, соедвнеинымв с коммутатором регистрирующего блока,Источники информации,прийягые во внимание при эксяергвзе1. Авторское свидетельство СССР% 300828, кл, Ь 01 Р 5/00, 1970,2. Сб. Комплекс аппаратуры для измерения турбулентных потоков в приземном слое атмосферы, ЛГвдрометеовэдат, 1976, с, 68,ВНИИПИ 5667/22 Тираж Под писно АППП Патент, г. Ужгоро Фнл 853584 уд, Проект