Устройство для измерения скорости морских течений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ МОРСКИХ ТЕЧЕНИЙ, состоя.щее . из двухкомпонентного импеллерного датчика скорости течения, магнитного компаса, соединенного через синуснокосинусный формирователь и коммутатор с сумматорами, и двух блоков фиксирования оборотов и направления вращения импеллера, включающий два . магниточувствительных элемента, магнит , закрепленный на оси вращения каждого импеллера, и схему знака, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства в него дополнительно введены два триггера памяти и две пары ключей И, каждая из которых по входу одного из ключей И подключена через элемент ИЛИ блока фиксации оборотов и направления вращения импеллеров к прямым выходам исполнительных триггеров, а другие входы этих ключей связаны с инверсными выходами триггеров памяти , через тактовые входы и прямые выходы которых соединены между собой Ю1ЮЧИ из другой пары, при этом вторые ключи И каждой пары по входу связаны с шиной Сброс синуснокосинусного формирователя, а по выходу - с R-входами исполнительных триггеров и триггеров памяти канала соответствующего импеллера, прямые выходы триггеров памяти через элемент ИЛИ подключены на вход вклкг (О чения магнитного компаса, при этом С одновременно в каждый блок фиксирования оборотов и направления вращения импеллера введены по дополнительному ключу И, через которые выходы обоих магниточувствительных элементов каждого блока рдключены на тактовые входы исполнительных триггеров, а их D-входы соединены с различными выходами схемы знака, а выходы - с ел . управляющими входами коммутатора, j: шричем магниточувствительные элементы расположены вплотную друг к другу э - вдоль окружности вращения магнита.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А ()9) () )) 4(5)) G 01 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649810/24-10 (22) 10. 10.83 (46) 15.04 85. Бюл. ¹ 14 (72) И.С. Ковчин (71) Ордена Ленина Арктический и Антарктический научно †исследовательский институт (53) 532.574(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 468153, кл. С Ol P 5/06, 1974.

2, Патент США № 4 152934, кл. G 01 P 5/06, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИН

СКОРОСТИ МОРСКИХ ТЕЧЕНИЙ, состоящее . из двухкомпонентного импеллерного датчика скорости течения, магнитного компаса, соединенного через синуснокосинусный формирователь и коммутатор с сумматорами, и двух блоков фиксирования оборотов и направления вращейия импеллера, включающий два . магниточувствительных элемента, магнит, закрепленный на оси вращения каждого импеллера, и схему знака, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства в него дополнительно введены два триггера памяти и две пары ключей И, каждая из которых по входу одного из ключей

И подключена через элемент ИЛИ блока фиксации оборотов и направления вращения импеллеров к прямым выходам исполнительных триггеров, а другие входы этих ключей связаны с инверсными выходами триггеров памяти, через тактовые входы и прямые выходы которых соединены между собой ключи из другой пары, при этом вторые ключи И каждой пары но входу связаны с шиной "Сброс" синуснокосинусного формирователя, а по выходу — с R-входами исполнительных триггеров и триггеров памяти канала соответствующего импеллера, прямые выходы триггеров памяти через элемент ИЛИ подключены на вход включения магнитного компаса, при этом одновременно в каждый блок фиксирования оборотов и направления вращения импеллера введены по дополнительному ключу И, через которые выходы обоих магниточувствительных элементов каждого блока рдключены на тактовые входы исполнительных триггеров, а их D-входы соединены с различными выходами схемы знака, а выходы - с ,управляющими входами коммутатора, )причем магниточувствительные элементы расположены вплотную друг к другу

-вдоль окружности вращения магнита °!

О сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство двухкомпонентного импеллерного датчика, содержащего два импеллерных датчика скорости течения, магнитного компаса, соединенного через синусно-косинусный формирователь и коммутатор с сумматорами, и двух блоков фиксирования оборота и направления вращения импеллеров, содержащего два магниточувтствительных элемента и магнит, закрепленный на оси вращения импеллера, и схему знака P2) .

Недостатками известного устройства являются низкая точность изме25

30 рения скорости течения и неоднозначность снимаемого сигнала.

Цель изобретения — повышение

35 точности измерения и упрощение конструкции устройства, нредназначенного для измерения скорости движения воды в океане с помощью системы буйковых станций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения скорости морских течений, состоящее из двухкомпонентного импеллерного датчика скорости течения, магнитного компаса, соединенного через синусно-косинусный формирователь и коммутатор с сумматорами, и двух блоков фиксирования оборотов и направления вращения импеллера, включающий два магниточувствительных элемента, магнит, закрепленный на оси вращения каждого импеллера, и схему знака, дополнительно введены два триггера памяти и две пары ключей И, 55 каждая иэ ксторы>; но входу одного из ключей И подкпклена через элемент

ИЛИ блока <)мк<;.пип .1боротов и наИзобретение относится к гидрометеоприборостроению и может быть использовано при создания средств измерения скорости океанического течения. 5

Известно устройство, содержащее датчик скорости течения, выполненный в виде ротора Савониуса, датчик поло— жения флюгарки и датчик частоты вращения ротора (1„. г1

Недостатком данного устройства является то, что инерционность флюгарки не позволяет точно измерять направление течения в турбулированных верхних слоях океана. 15

Наиболее близким по технической правления вращения импеллеров к прямым выходам исполнительных триггеров, а другие входы этих ключей связаны с инверсными выходами триггеров памяти, через тактовые входы и прямые выходы которых соединены между собой ключи из другой пары, при этом вторые ключи И каждой пары по входу связаны с шинои "Сброс" сину но-косинусного формирователя, а по выходу — с R-входами исполнительных триггеров и триггеров Памяти, прямые выходы которых через элемент И31И поданы на включение магнитного компаса, при этом одновременно в каждый блок фиксирования оборотов и направления вращения импеллера введены по дополнительному ключу И, через которые выходы обоих магниточувствительных элементов каждого блока подключены на тактовые входы исполнительных триггеров, а их D-входы соединены с различными выходами схемы знака, а выходы — с управляющими входами коммутатора, причем магниточувствительные элементы расположены вплотную друг к дру-. гу вдоль окружности вращения магни— та, образуя единый магниточувствительный элемент с четырьмя состояниями.

В результате обеспечения круговой диаграммы направленности определения знаков компонент скорости течения измерение каждой компоненты происходит без инструментальных погрешностей. Одновременное исключение укаэанных погрешностей и потерь информации об этих компонентах при их дальнейшей обработке согласно алгоритму векторного осреднения повышает точность измерения скорости движения воды.

Наряду с этим отказ от измерения в датчике скорости течения сдвоенных импеллеров позволяет достигнуть более простой (по сравнению с прототипом) конструкции устройства в целом.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства для измерения скорости морских течений.

Данное устройство состоит из двухкомпонентного импеллерного датчика 1 скорости течения, магнитного компаса 2, соединенного через синусно-косинусный формпровате. и. 3

1150543 4!

О

30 н3S

Одновременно маг киточувствительные элементы 8, 9 и 8, 9 установ/ / лены попарно вплотную друг к другу вдоль окружности вращения магнитов

1i и 11, образуя попарно единый

Ф магниточувствительный элемент с четырьмя состояниями. При этом каждый из импеллеров 12 и 12 двухкомпонентного датчика 1 скорости течения снабжен цилиндрическим обтекателем

32 и 32 соответственно, диаметр кот рого связан с диаметром импеллера о

55 и коммутатор 4 с сумматорами 5 и 6

В состав устройства также входят

/ два блока 7 и 7 фиксирования оборота и направления вращения импеллера.

Каждый из блоков 7 и 7 включает в

/ себя соответственно по два магнито/ чувствительных элемента 8, 9 и 8, 9

/ по одному магниту 10 и 10, установ/ ленные на осях вращения 11 и 11 импеллеров 12 и l 2, а также по схеI

/ ме знака 13 и 13 . Различные выходы

14, 15 и 14, 15 этих схем соединены соответственно с D-входами 16, / /

17 и 16, 17 исполнительных триггеров 18, 19 и 18, 19, входящих в зти блоки. Кроме того, в их состав входят по дополнительному ключу

И 20 или 20, а выходы этих тригге/ / ров 18, 19 и 18, 19 объединены соответственно на элементах ИЛИ 21 и 21 . Одновременно выходы тригге/

/ ров 18 и 18 соединены с управляющими входами коммутатора 4.

В состав устройства также входят две пары ключей И 22, 23 и 22, 23

I каждая из которых по входу 24 или

24/ первого из ключей И 22 или 22

/ подключена к элементу ИЛИ 21 и 21

/ а другие входы 25 и 25 этих ключей

22 и 22 связаны соответственно с инверсными выходами триггеров памяти 26 и 26/. Тактовые входы 27 и 27 этих триггеров соедикены соответстве но с выходами первых ключей 22 и

22 уже из другой пары. При этом вто рые ключи И 23 и 23 на каждой пары по входу связаны с шиной "Сброс" 28 синусно-косинусного формирователя 3, а по выходу †. с К-входами 29, 30 и 29, 30 исполнительных триггеров.

18, 19, 18, l9 и входами 31 и 31 триггеров памяти 26 и 26, прямые выходы которых поданы на другие вхо/: ды соответственно ключей 23 и 23 а также через элемент ИЛИ на включение магнитного компаса 2. )г)рмулой с1 < D 1, I d, а ег с длина

L ? 0,9 d. При этом импеллер 12

/ или 12 установлен соосно внутри ,) ( обтекателя 32 и 32 на равном расстоянии от его обоих коннов.

Устройство работает следующим образом.

При движении потоков воды через датчик 1 скорости течения происходит вращение его импеллеров 12 и 12/.

Одновременно совершают вращение маг,ниты 10 и 10, жестко закрепленные

/ на их осях 11 и 11 вращения. В результате происходит срабатывание магниточувствительных элементов 8, / /

9 и 8, 9, расположенных в блоках

7 и 7 фиксирования оборота и направления вращения импеллеров.

Ввиду того, что магниточувствительные элементы 8, 9 и 8, 9 по/ / парно расположены вплотную друг к другу вдоль окружности вращекия магнитов 10 и 10,: при определенном положении магнита 10 и 10 имеет

/ место одновременное срабатывание обоих магниточувствительных элементов 8, 9 или 8, 9 . В итоге каждые

/ два рядом расположение магниточувствительные элементы, представляют собой единый магкиточувствительный элемент с четырьмя раздельными состояними. Это позволяет схеме зна/ ка 13 или 13 путем логического анализа сигналов, поступающих с 8, 9 или 8, 9, однозначно определять

/ направление вращения того или иного импеллера 12 или 12 при любых ва/ риациях скорости и направления движения.

Допустим, один из импеллеров 12 или 12 совершил поворот на фиксированную величину угла, в данном л случае равную 2 ", и занял положение, при котором происходит одновременное срабатывание обоих магниточувствительных элементов 8, 9 или

8, 9, Тогда на выходе 14 или 15, либо 14 или 15 схемы знака 13

/ или 13 в зависимости от направле/ ния вращения импеллера 12 или 12 появляется сигнал "1", который далее поступает на входы 16, 16 или

17, 1 7 исполнительных триггеров

18, 18 или 19, 19 . В результате

/ по сигналам с выхода ключа И 20 или 20/происходит установка по тактовым входам 33 или 33/, либо 34 или 34 соответствующего исполни) ель1150543 ного триггера 18 или 18, либо 19 или 19 . С выходов этих испалнительI ных триггеров сигналы поступают далее через элементы ИЛИ 21 и 21 на ( выходе 24 и 24 ключей 22 и 22 5

Дальнейшее прохождение этих сигналов осуществляется только в том слу-, чае, если обработка ранее поступившей информации о совершении импеллером поворота на фиксированную величину угла уже закончилась. Тогда

I ключи 22 и 2? по своим вторым входам 25 и 25 открыты и триггеры памяти 26 и 26 по своим тактовым вхо—

/ дам 29 и 29 устанавливаются в c,осто- 15 яние С/ = "1". При этом установка в это состояние конкретного триггера 26 или 26 зависит от того, каI

/ кой из импеллеров 12 или 12 совершит оборот на фиксированную величину угла. Далее сигнал с выхода триг/ гера памяти 26 или 26 поступает через элемент ИЛИ 35 на включение ! магнитного компаса 2. В результате измеряется компасный угол и тем самым определяется положение датчика 1 скорости течения относительно магнитного меридиана. Па сигналу с выхбда магнитногс компаса 2 синуснокосинусный формирователь 3 вырабатывает две åðHH импульсов с числом импуль:.ов в каждой из них, пропорцио-. нальным синусу и косинусу компасного угла. Далее эти импульсы поступают на коммутатор 4, распределяющий

:их по сумма îðàì 5 и 6 широтной и иеридиональной составляющих среднего вектора скорости течения в соответствии с алгоритмом векторного осреднения, описанным в (2J . При этом сигналы, управляющие работой коммутатора 4, поступают на его уп-. равляющие входы с выходов соответствующих исполнительных триггеров

18,или 18 . Тем "àìûì осуществляется д приведение единичных отрезков пути, пройденных потоком воды мимо датчика 1, к географическим координатам.

По окончании этих серий импульсов о синусно-косинусный формирователь 3 на своем выходе 28 "Сброс" вырабаты— вает сигнал, который, проходя через ключ И 23 или 23, срабатывает триггер памяти 26 или 26 по его R-vxoду 31 или 31,,а также исполнитель/ / ные триггеры 18, 19 или 18, 19 по их R.-входам ?9, 30 или 29, 30

В противном случае, если поворот импеллера на фиксированную величину угла будет совершен до окончания обработки информации с другого импеллера, ключи 22 или 22/ будут закрыты по своим входам 25 и 25/ сигналами с инверсных выходов соответствующих триггеров памяти 26 и 26 до окон/ чания формирования серий импульсов на выходах формирователя 3. Только после появления сигнала "Сброс" на выходе 28 ключ 22 или 22 откроется

/ и переключится соответствующий триггер 26 или 26 . Затем уже проис/ ходит включение компаса 2 и дальнейшая работа всего устройства по приведению единичных отрезков пути, пройденных частицами воды, к географическим координатам согласно указанной последовательности.

Таким образом, информация о совершении импеллером поворота на фиксированную величину угла не теряется, вне зависимости от момента ее появления. Это позволяет фиксировать все перемещения потока воды на единичный отрезок пути. В результате исключаются потери точности измерения при одновременном повороте обоих импеллеров 12 и 12 на фиксированную

/ величину угла. 3а счет этого при синхрониом вращении импеллеров при расположении вектора скорости течения под углом /4 к их осям враще— ния погрешность измерения модуля век— тора скорости будет уменьшена на

407, а аргумента на 45 а

В процессе проведения измерений движение воды может бьггь направлено под углом к осям вращения импеллеров

12 и 12 двухкомпонентного датчика 1 скорости течения. Наличие боковой составляющей скорости оказывает на импеллер тормозящее действие, ухудшающее его компонентные свойства.

Для их улучшения каждый из импеллеров 12 и 12 устанавливается симмет— г ричным образом внутри цилиндрического ! обтекателя 32 и 32, снижающего тормозящее действие боковой составляющей скорости. Экспериментально установлено, что наилучшее приближение диаграммы направленности двухкомпо— нентного датчика. 1 к круговой при требуемом объеме пространственного осреднения скорости течения достигается при следующих соотношениях диаметра 0 и длины Ь обтекателя 32

1150543

7 и 32 и диаметра d импеллера 12 или 12: с1<0 1,1 д, L +0,9d.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается повышение точности измерения в результате исключения потерь информации об обоих компонентах скорости течения при одновременном упрощении конструкции датчика этого устройства за счет от. каза от применения в нем сдвоенных имнеллеров.

1156543

Заказ 2134/33

Тираж 897 Поднисное

ВНИКНИ Государственного коиитета СССР но делам изобретений и откритий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю.Иручко

Редактор М.Дылын ТехредЛ.Иикеа Корректор А.Обручар