Фотоэлектрический измеритель ветра

 

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕТРА, содержащий ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с. ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника , подключенного к регистратору импульсов , светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения направления ветра и упрощения его конструкции, светонепроницаемая пластина жестко закреплена на флюгарке , а со стороны хвостового опересл ния, на пути луча между источником света и модулятором установлена светонепооницаемая заслонка. О1 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Эщ G 01 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3604180/18-10 (22) 26.04.83 (46) 07.08.84. Бюл. ¹ 29 (72) Б.Н. Федотов (53) 532.574(088.8) (561 1. Авторское свидетельство СССР № 84, 206, кл. С 01 Р 5/06, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 1023240, кл. С 01 P 5/06, 1982 (прототип). (54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕТРА, содержащий ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с ветроприемником, фо— топреобразователь скорости вращения

„„SU„„1107056 A в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения направления ветра и упрощения его конструкции, светонепроницаемая пластина жестко закреплена на флюгарке, а со стороны хвостового оперения, на пути луча между источником света и модулятором установлена светонепроницаемая заслонка.

1107056

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что модулятор со светлыми и темными полосами выИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в метеорологии для измерения скорости и направления ветра. 5

Известен фотоэлектрический измеритель скорости ветра, содержащий ветроприемник в виде лопастного винта и флюгарки, пересчетную схему в 10 виде диска со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с лопастным винтом, и фотопреобразователь скорости вращения, выполненный в виде оптически связанных с диском 15 источника света и двух фотоприемников, подключенных к регистратору им-. пульсов, в котором с целью повышения точности измерения направления ветра введены две ортогональные светонепроницаемые пластины, разнесенные по высоте и расположенные между дисками и фотоприемниками и две кинематически связанные шестерни, при этом первая шестерня закреплена на оси вращения флюгарки, а вторая жестко соединена со светонепроницаемыми пластинами Г1 3.

Недостаток устройства — возрастание погрешности при переходе пластин

30 через диаметральную плоскость корабля.

Так, например, если направление ветра совпадает с диаметральной плоскостью корабля, а отклонение в обе о стороны достигает 20, то осредненное направление курсового угла ветра равно не Оо а 10о т.е. погрешность достигает 10 о

Наиболее близко к предлагаемому

40 устройство, содержащее ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически

45 связанного с ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в ( виде оптически связанных с модулято- . полнен в форме конусной поверхности совмещенной вершиной с осью вращения ветроприемника. ром источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света 52J.

Недостатками известного устройства являются сравнительно низкая точность измерения направления ветра, обусловленная наличием кинематических связей в узле направления и существованием передаточного числа (1:4) используемых шестерен, а также сложность конструкции, обусловленная наличием второй светонепроницаемой пластины, двух шестерен, кинематически связанных с флюгаркой, и второго фотоприемника.

Цель изобретения — повышение точности измерения направления ветра и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что"в фотоэлектрическом измерителе ветра, содержащем ветроприемник в виде нереверсивного датчйка скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположЕнную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света, светонепроницаемая пластина жестко закреплена на флюгарке, а со стороны хвостового оперения, на пути луча между источником света и модулятором уста1107056 новлена светонепроницаемая заслонка.

При этом модулятор со светлыми и темными полосами выполнен в форме конической поверхности, совмещенной

5 вершиной с осью вращения ветроприемника.

На чертеже представлен фотоэлектрический измеритель ветра, продольный разрез.

Измеритель содержит источник 1 света, расположенный в подставке прибора 2 и снабженный колпачковым отражателем 3 с установленным по оси щели штоком 4, на котором укреплен от15 ражатель 5, направляющий световой поток на пластину 6, жестко скрепленную с осью 7 вращения флюгарки 8. Ось 7 вращения флюгарки 8 проходит внутри трубки 9, являющейся осью вращения нереверсивного датчика 10, с которой скреплен конус 11, на внутренней полости которого нанесены светлые и темные полосы. Ширина щелевого отверстия колпачкового отражателя 3 соответст25 вует ширине отражателя 5, ширина которого превышает ширину пластины 6.

Размер светлых отражающих полос, нанесенных на конусе 11 в месте отражения светового потока, существенно меньше ширины этого потока (в 510 раз). Ширина же темных полос долж— на быть такой, чтобы исключить попадание светового потока более чем на одну светлую полосу, например суммар-З ная ширина светлой и темной полос вдвое больше ширины светового потока.

Поэтому при любом направлении потока при прохождении полос через ось светового пучка на фогоприемник 12, 40 например фотодиод, поступает два световых импульса (до и после прохождения пластины 6, которые и являются мерой скорости потока V а длительность тени является мерой угла раз- 4> ворота от устанавливаемого с помощью шагового мотора исходного направления.

Колпачковый щелевой отражатель 3 и жестко соединенный с ним с помощью штока 4 отражатель 5 выполнены с возможностью поворота на контролируемый угол посредством, например, шагового мотора 13. С осью 7 флюгарки 8 жестко скреплена установленная со сто-55 роны ее хвостового оперения заслонка 14, перекрывающая световой поток, направляемый на фотоприемник, в слу чае установки направления, обратного измеряемому.

Электрические импульсы, формируемые фотоприемником 12, поступают по линиям связи в регистратор (не показан) .

Измеритель ветра работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 света через щелевое выходное отверстие колпачкового отражателя 3 направляется на отражатель 5, от которого он направляется на пластину 6, жестко скрепленную с осью 7 вращения флюгарки 8 и далее на конус 11, на котором имеются светлые и темные полосы. Период затемнения, зависящий от угла разворота (и положения пластины 6), характеризует величину составляющей вектора скорости на ось, перпендикулярно осевому сечению щелевого выходного отверстия колпачкового отражателя 3, т.е. VCoa(, где V — скорость, à cL — угол отклонения от исходного направления (на корабле это курсовой угол ветра). При переходе пластиной 6 диаметральной плоскости корабля (направления, принятого за нуль отсчета) и перпендикулярного ему направления наступает неоднозначность отсчета направления (при неизменности изменения направления поворота ветра и при вращении в обратную сторону картина изменения величины составляющей не меняется) .

Поэтому целесообразно устанавливать исходное направление, близкое к осредненному направлению (V Cosg=0,7 V) .

В этом случае необходимо посредством, например, шагового мотора щелевой отражатель устанавливать таким образом, чтобы осредненное направление было близко к 45 . Количество импульсов, формируемых с помощью фотоприемника 12, характеризует скорость потока. Просуммировав величины составляющей за некоторый отрезок времени, например, как и в известном устройстве с помощью синхронного двигателя, с барабаном которого в моменты затемнения фрикционно связываются одни диски, а в моменты формирования световых импульсов — другие диски, суммируют интервалы времени путем подключения дисков к барабану синхронного двигателя осредняем Ч Cos aL за этот промежуток времени.

Имея величину V Cos K и Ч, определяем Созс(и величину о(. Если устано1107056

Составитель 10, Snaeos

Ренлктор А. КозориЭ ТехрРд П.Коцюбняк Корректор А.Тяско

Заказ 5751/31 1 нраж 823 Подписное

l1IIIIIIllIl Государственного комитета СССР по делам изо(>рстений и открытий

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

1и. на r Ilill I "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вить пластину 6 перпендикулярно изображенному на чертеже, то получим составляющую sinK Принципиально это ничего не меняет. Возможно вычисление обеих составляющих при наличии второго фотоприемника. Но, поскольку в дальнейшем осуществляются вычисления направления, достаточно иметь одну составляющую. Отсутствие двух шестерен, одна из которых связана с флюгаркой, и второго фотоприемника упрощает конструкцию и повышает . точность измерения направлений ветра вследствие замены кинематических свя. зей оптическими, а также тем, что погрешности. измерений не увеличиваются в четыре раза за счет передаточного числа 1:4, отсутствующего в предлагаемом измерителе. Поворот же щелевого колпачкового отражателя позволяет избавиться от погрешностей, возникающих в известном измерителе при направлениях ветра, когда совпадает направление ортогональных пластин с диаметральной плоскостью корабля.