Устройство для измерения направления и скорости течения

 

Изобретение может быть использовано для измерения составляюпщх скорости течения с движущегося носителя . Цель изобретения - унификация выходных сигналов, расширение возможностей использования в многоканальных системах с централизованным опросом каналов и снижение энергопотребления . Под действием набегающего потока с вектором скорости V вращается со скоростью, пропорциональной составляющей V , вертушка 1, мгновенная скорость которой за счет флюгарки 3 изменяется под действием боковых составляющих течения V , V. В момент прохождения флюгаркой 3 элек троиндукционных датчиков 7, 8, 9 и 10 осуществляется кратковременное подключение через коммутатор II выхода генератора 4 на запоминающие конденсаторы С вычислителя 12. На конденсаторах С формируются и запоминаются напряжения, значения которых на выводах а и б пропорциональны значениям составляющих V, ч V 2 ил. X и fut.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5)) 4 (0) Р 5/07

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3683225/24-10 (22) 02.01.84 (46) 15.12.86. Бюл. N - 46 (71) Морской гидрофизический институт АН УССР (72) В.А.Гайский, А.В.Клименко и Г.А.Сафонов (53) 532.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 670891, кл. С 01 P 5/07, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1008661, кл . (: 01 P 5/07, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ (57) Изобретение может быть исполь зовано для измерения составляющих скорости течения с движущегося носителя. Цель изобретения — унификация выходных сигналов, расширение возможностей использования в многока. нальных системах с централизованным опросом каналов и снижение энергопотребления. Под действием набегающего потока с вектором скорости Ч вращается со скоростью, пропорциональной составляющей Ч, вертушка 1, х мгновенная скорость которой эа счет флюгарки 3 изменяется под действием боковых составляющих течения V Ч„.

В момент прохождения флюгаркой 3 элен троиндукционных датчиков 7, 8, 9 и

10 осуществляется кратковременное подключение через коммутатор ll выхода генератора 4 на запоминающие конденсаторы С, — С вычислителя 12. На конденсаторах С, — С формируются и запоминаются напряжения, значения которых на выводах а и б" пропорциональны значениям составляющих V„, Ч и

Ч. 2ил, 7

12769944

Изобретение относится к приборо" строению и может быть использовано для измерения составляющих скорости течения с движущегося носителя.

Цель изобретения — унификация вы- 5 ходных сигналов и расширение воэможностей использования в многоканальных измерительных системах с централизованньп опросом каналов, а также снижение энергопотребления. 1О

На фиг ° 1 показана структурно-кинематическая схема предлагаемоro устройства; на фиг.2 — диаграммы сигналов в устройстве.

Устройство содержит пропеллерную вертушку 1, на горизонтальной оси 2 которой жестко посажена флюгарка 3 и генератор 4 постоянного тока, при1ем флюгарка 3 размещена в одной плоскости с постоянным магнитом 5, установленным на одной из лопастей вертушки 1. На раме 6 по ортогональным осям расположены электроиндукционные датчики 7-10, выходы которых подключены к коммутатору 11, соединенному

25 с вычислительным устройством 12.

Вертушка 1 служит для восприятия родольной составляющей V вектора V скорости течения, флюгарка 3 — поперечных (горизонтальной Ч и верти- ЗО кальной V ) составляющих вектора теZ чения. Генератор постоянного тока вырабатывает напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения оси 2. Датчики 7 — 10 фиксируют момен-ты времени прохождения их постоянным магнитом 5, и при своем срабатывании посылают управляющие импульсы в коммутатор 11, в котором ключи KК при срабатывании подключают запо- pQ

8 минающие конденсаторы С, — С к выходу генератора 4 на время, достаточное для полного заряда конденсаторов мгновенным напряжением на выходе генератора. Это время примерно в три <5 раза превышает постоянную времени электрической цепи„ в которую входят обмотка генератора и конденса".гор, Принцип работы устройства сле-. дующий. 5О

При движении носителя на вертушку

1 и флюгарку 3 действует встречный поток, который имеет значение Ч по модулю и составляющие по осям V„,, V u V (фиг.l). Если поперечные

У составляющие скорости Ч„и V не равны нулю, то воздействуя на флюгарку, они модулируют скорость вращения обПоскольку Чх,Ч пропорциональны угловой скорости вращения > оси устройства 2, а напряжение, вырабатываемое генера"гором 4, пропорционально о), то можнс записать

U„%V, + ВУ (1)

АЧх В у (2) где А и  — некоторые коэффициен гы, числовые значения которых постоянны для данной конструкции и находятся экспериментально.

Сложим выражение (1) с выражени— ем (2), тогда

U + U

Ч (3)

2А

Из выражения (! ) вычитают выражение (2), тог,ца

V, В (4) щей оси 2 Допус и что VÕ=Î а

Ч 0 (фиг.2а). В верхней полуокружности направление движения флюгарки

3 по часовой стрелке совпадает с направлением Ч, а в нижней полуокружности эти напряжения противоположны. Вследствие зтоro мгновенная скорость оси вращения 2 увеличивается в верхней полуокружности, достигая максимального значения в момент пересечения плоскости флюгарки с датчиком 8 и минимального — с датчиком

10. Поскольку изменение угловой скорости оси 2 пропорционально напряжению„ вырабатываемому генератором, то в момент будет максимальное

2 значение генерируемого напряжения, а в момент t — минимальное.

Очевидно, что составляющая Ч / 0 не оказывает влияния на,флюгарку в моменты времени t и t>, если конt. струкция на оси вертушки безинерционна. В случае инерционности конструкции эти моменты времени сдвинутся на некоторую величину задержки, и их привязка буцет соответствовать середине интервала времени заряда конденсаторов. Аналогично в моменты времени t и t от составляющей V ) О осуществляется положительная модуляция угловой скорости оси 2 в левой полуокружности и отрицательная — в правой (фиг.26).

Установим аналитическую связь мгновенной угловой скорости оси 2 в моменты времени t, (:, t u t c составляющим Ч„ и Ч„ скорости течения.

1276994

Аналогично

V =

Пь (5)

2В

Устройство работает следующим образом. 5

Под действием избегающего потока с вектором скорости !7 вращается со скоростью, пропорциональной составляющей V, вертушка 1, мгновенная скорость которой за счет флюгарки 3 изменяется под воздействием боковых составляющих течения V V.. В моменты прохождения флюгаркой электроиндукционных датчиков 7, 8, 9 и 10 осуществляется кратковременное подклю!

5 чение через коммутатор 11 выхода генератора 4 на запоминающие конденсаторы С, — С6 вычислителя 12.

При этом в момент времени (фиг.2а) сигналом с датчика 7 замыка- 1 ется кратковременно ключ К, и положительный полюс генератора 4 подается на конденсатор С„, который заряжается до напряжения U пропорционального мгновенной сумме составляющих U„ и U,,т.е

Б „ = AV2 + В7

Напряжение U запоминается на кон1 денсаторе С

В момент времени t сигналом с

2 датчика 8 замыкаются ключи К, К. и

К„ и положительный полюс генератора подается на выводы "б" цепочек конденсаторов V„ V, а отрицательный — на среднюю точку в цепочки 35 конденсаторов V . При этом конденсаторы С и С> заряжаются и запоминают напряжение U равное

U = AV — BV <о

В момент времени t сигналом с

3 датчика 9 замыкается ключ К и поло5 жительный полюс генератора подается на вывод "б" и цепочки конденсаторов

Ч . При этом конденсатор С заряжается и запоминает напряжение U

U = AV — BV з х Z

В момент времени t сигналом с

1 датчика 10 замыкаются ключи К, К7 и К и положительный полюс генерато- gg ра подается на вывод а цепочки конденсаторов V„ и вывод в" цепочки конденсаторов V на вывод "а которой подается отрицательный полюс генератора. 55

При этом конденсаторы С и С заряжаются и запоминают напряжение

AVх

Таким образом, на цепочках конденсаторов формируются и запоминаются напряжения, значение которых на выводах "а" и "б" пропорциональны значениям составляющих Vx VY H V в соответствии с выражениями 3 4 и 5.

Формула изобретения

Устройство для измерения направления и скорости течения, содержащее установленную в неподвижной раме пропеллерную вертушку, в одной лопасти которой закреплен постоянный магнит, флюгарку,.расположенную на одной оси с вертушкой и лежащую в одной плоскости с постоянным магнитом, четыре индукционных датчика, установленных на раме гопарно в вертикальной и горизонтальной плоскостях симметрично оси вертушки, соединенных через коммутатор с вычислителем, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью унификации входных сигналов и расшйрения возможностей использования в многоканальных измерительных системах, в него дополнительно введен генератор постоянного тока, установленный на оси с вертушкой, при этом коммутатор выполнен из восьми ключей, а вычислитель — в виде трех цепочек последовательно соединенных эапоминаюших конденсаторов, причем первый выход генератора соединен с входами первого, второго, третьего, четвертого, гятогс, шестого и седьмого ключей, второй выход генератора соединен с входами третьего и восьмого ключей и средними точками второй и третьей цепочек запоминающих конденсаторов, выход первого ключа соединен с входом третьей цепочки, выход второго ключа соединен с выходом вто- рой цепочки конденсаторов, выходы третьего и седьмого ключей объединены и подключены к средней точке первой цепо ки конденсаторов, выход четвертого ключа соединен с выходом nepraé цепочки конденсаторов, выход пятого ключа соединен с выходом третьей цепочки конденсаторов, выход шестого ключа соединен с входом второй цепочки конденсаторов, выход восьмого ключа подключен к входу первой цепочки конденсаторов, причем выходы горизонтально расположенных индукционных датчиков соединены с управляющими входами соответственно первого и пятого ключей, выход одного из ин5 1276994 Ь дукционных датчиков, расположенного третьего и четвертого ключей, а вхов вертикальной плоскости, соединен с ды и выходы первой, второй и третьей управляющими входами шестого, седь- цепочек запоминающих конденсаторов мого и восьмого ключей, выход друго- соединены соответственно с выходами го — c управляющими входами второго, вычислителя.

Редактор В.КЬвтун Техреду.Сердюкова

Корректор Г.Решетник

Заказ 6661/37 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4