Устройство для градуировки гидрофизических преобразователей

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, может быть использовано в экспериментальной океанологии и метрологии. Цель изобретения - повышение точности градуировки - достигается путем нейтрального контроля величины пульсационных скоростей и поддержания их стабильности во времени. Для этого устройство снабжено плавающей ве-. хой 7, установленной у волнового отражателя 6 в гидроканале 1 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 8. На плавающей вехе закреплена оптическая маска 9 с вертикальным градиентом оптической плотности. Имеются также лазер, апертурная диафрагма, приемная диафрагма, фотоприемник и двухкоординатный регистратор. При колебаниях волнопродуктора 5 в гидроканале создается стоячая волна, взаимодействующая с плавающей вехой Оптическая маска перемещается в вертикальном направлении и модулирует излучение лазера. Полученный сигнал используется для управления работой волной редуктора. 2 з.п. ф-лы. 7 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 12 B 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 х

Фиа 7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1492383 (21) 4671716/21 (22) 31.03.89 (46) 23.05.91. Бюл. М 19 . (72) Ю.Н.Власов, И,Л.Кузнецов, В.А. Ларионов, А.М.Трохан и Ф.П.Шнитман (53) 620, 1.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1492383, кл. G 12 В 13/00, 23.11.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ

ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, может быть использовано в экспериментальной океанологии и метрологии. Цель изобретения — повышение точности градуировки— достигается путем нейтрального контроля. Ы 1651323 А2 величины пульсационных скоростей и поддержания их стабильности во времени. Для этого устройство снабжено плавающей ве-, хой 7. установленной у волнового отражателя 6 в гидроканале 1 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 8. На плавающей вехе закреплена оптическая маска 9 с вертикальным градиентом оптической плотности. Имеются также лазер, апертурная диафрагма, приемная диафрагма, фотоприемник и двухкоординатный регистратор. При колебаниях волнопродуктора 5 в гидроканале создается стоячая, волна, взаимодействующая с плавающей вехой. Оптическая маска перемещается в вертикальном направлении и модулирует излучение лазера. Получен- ) ный сигнал используется для управления работой волной редуктора. 2 э.п. ф-лы, 7 ил.

1651323

50

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, может быть использовано в экспериментальной океанологии и метрологии и является усовершенствованием устройства по авт.св. М 1492383.

Цель изобретения — повышение точности градуировки.

На фиг.1 и 2 изображена схема устройства; на фиг.3 — распределение оптической плотности оптической маски по вертикали; на фиг.4 и 5- варианты выполнения устрой ства;на фиг.6 — прямоугольная диафрагма; ! на фиг.7 — расположение перископических призм, Устройство содержит гидроканал 1 с рабочей жидкостью, самодвижущуюся тележку 2 с закрепленными на ней с помощью державки 3 градуируемым преобразователем 4, средство создания поперечных и продольных пульсационных скоростей в жидкости, выполненное в виде волнопродуктора 5 и волнового отражателя 6, уста новленные на различных концах гидроканала 1. Волновой отражатель 6 может быть выполнен с возможностью смещения вдоль гидроканала 1 относительно вол нопродуктора 5. Державка 3 может быть выполнена с возможностью вертикального смещения. В тележке 2 располагается образцовое средство измерения средней скорости ее перемещения.

Устройство снабжено плавающей вехой

7, установленной в окрестности волнового отражателя 6 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 8, и оптической маской 9, выполненной с вертикальным градиентом оптической плотности (фиг.2) и жестко закрепленной на плавающей вехе 7. Имеется также лазер 10 (фиг.3), апертурная диафрагма 11, приемная диафрагма 12, фотоприемник 13, оптически согласованные с оптической маской 9. Выход фотоприемника 13 подключен (в случае необходимости через усилитель, который на чертеже не показан) к первому входу двухкоординатного регистратора 14, второй вход которого подключен к выходу градуируемого гидрофизического преобразователя 4 (последняя связь на чертеже не обозначена), Устройство (фиг,4) может также содержать коллиматор 15 и прямоугольную диафрагму 16, последовательно установленные перед оптической маской 9, и фокусирующую линзу 17, установленную на фокусном расстоянии от приемной диафрагмы 18, выполненной также прямоугольной (фиг,6).

При этом оптическая маска 19 выполнена с переменным вертикальным градиентом on5

35 тической плотности в виде распределения прозрачных неоднородностей.

Устройство (фиг.5) может также содержать две перископические призмы 20 и 21, приемную диафрагму 22, фотоприемник 23 и дифференциальный усилитель 24, Входы фотоприемников 13 и 23 оптически согласованы через приемные диафрагмы 12 и 22 и перископические призмы 20 и 21 с фокусным пятном фокусирующей линзы 17 (фиг,7).

Перископические призмы 20 и 21 целесообразно выполнять с возможностью вертикального смещения одна относительно другой для настройки оптической системы на максимальную чувствительность. В первом и втором вариантах устройства выходы фотоприемника 13 соединяются с электрическим входом волнопродуктора 5.

В третьем варианте устройства с электрическим входом волнопродуктора 5 соединяется выход дифференциального усилителя 24. При этом обратная связь во всех вариантах устройства дополняется всеми необходимыми стандартными элементами систем автоматического регулирования (регулирующий орган, регулятор и т,п.) для поддержания постоянства работы волнопродуктора во времени, В качестве волнопродуктора 5 можно испольэовать поплавок, закрепленный на валу кривошипно-шатунного механизма, приводимого в возвратно-поступательное движение двигателем постоянного тока, При этом электрическим входом волнопродуктора будет служит управляемый вход блока питания двигателя (не показаны).

Плавающую веху 7 можно выполнить иэ дерева с отверстием s середине, в которое вставлена направляющая 8, например, в виде натянутой струны. Оптическую маску 9 с вертикальным градиентом оптической плотности можно выполнить в виде фотонегатива с различной степенью почернения по вертикали, Оптическую маску 19 с прозрачными неоднородностями с переменным вертикальным градиентом оптической плотности можно выполнить в виде клина с параболическим профилем, у которого изменение оптического пути будет изменяться по вертикали по линейному закону, Устройство используют следующим образом.

Перед началом работы проводят метрологическую аттестацию устройства. Для этого приводят в соответствие поле воспроизводимых скоростей в гидроканале

1, получаемое, например, с помощью образцового двухкомпонентного термоанемометра. с измеряемой с помощью

1651323

55 фотоэлектрической системы 9-13 амплитудой волны (по величине фототока с фотоприемника 13).

Включают волнопродуктор 5 и создают на поверхности жидкости гравитационную волну, С помощью волнового отражателя 6 настраивают колебательную систему на условие получения в гидраканале стоячей гравитационной волны. В данном режиме колебаний в узлах стоячей волны частицы жидкости двигаются в горизонтальном направлении, а в пучностях — в вертикальном.

Поскольку у волнового отражателя находится пучность стоячей волны, то расположенная здесь плавающая веха 7 совершает вертикальные колебания вдоль направляющей 8 по гармоническому закону. Если характер распределения оптической плотности по вертикали маски 9 выбран линейным (фиг,3), то изучение лазера 10 после прохождения оптической маски 9 будет также промодулировано по гармоническому закону. На выходе фотоприемника 13 постоянная составляющая отфильтровывается с помощью фильтра высоких частот (не показан), а переменная составляющая, несущая информацию об амплитуде поверхностной волны. направляется на первый вход двухкоординатного регистратора 14 и через систему автоматического регулирования (не показана) — на управляющий вход волнопродуктора 5 для поддержания стабильности амплитуды воспроизводимых колебаний, а значит, и величин пульсационных скоростей во времени, Включают двигатель тележки 2 и буксируют градуируемый преобразователь 4 вдоль гидрокэнала 1 с постоянной известной скоростью. При зтом на вход преобразователя 4 помимо средней скорости потока одновременно подаются две компоненты (поперечная и продольная) пульсационных скоростей. Выходной сигнал преобразователя 4 записывается на втором входе регистратора 14. Сравнивая сигналы на обоих входах регистратора 14 на различных частотах входного сигнала, задаваемого вол напродуктором 5, строят амплитудно-чэстотну,о характеристику градуируемого преобразователя.

Сравнивая те же сигналы на одной частоте, но различных амплитудах входного сигнала, задаваемых. например, различной глубиной погружения преобразователя 4 или различной интенсивностью работы волнопродукторэ 5, строят амплитудную характеристику градуируемого преобразователя.

Второй вариант устройства (фиг,4) по сравнению с первым отличается повышенной чувствительностью к tçìåpÿåìîé амплитуде поверхностной волны. В данном устройстве используется принцип работы теневого прибора с прямоугольным источником света. У такого прибора при линейном изменении градиента оптической плотности по вертикали получается линейное преобразование перемещения оптической маски 19 (фиг.4) в величину фототока фотоприемника 13. Приемная диафрагма 18 в этом случае выполняет функции ножа Фуко. Прямоугольный источник света в данном варианте устройства получают с помощью лазера 10, апертурной диафрагмы 11, коллиматора 15 и прямоугольной диафрагмы 16.

При работе устройства вертикальные перемещения оптической маски 19 приводят к угловому смещению лазерного луча 26 и смещению фокусного пятна 27 (фиг.4) относительно диафрагмы 18, что приводит к соответствующей амплитудной модуляции величины фототока на выходе фотоприемника 13. В дальнейшем работа происходит так же, кэк и в первом варианте устройства.

Третий вариант устройства (фиг.5) отличается не только дальнейшим увеличением чувствительности устройства, но и устойчивостью к изменению амплитудных факторов, например, к изменению интенсивности генерируемого лазером 10 света.. В данном варианте реализуется дифференциальный способ измерения амплитуды волны и величины пульсационных скоростей, Сфокусированное пятно 28 (фиг.7) от луча 26 направляется на две перископические призмы 20 и 21, между которыми имеется зазор 29. Призмы 20 и 21 могут смещаться относительно оптической оси 00 и настраI ивать оптическую систему на линейное преобразование углового смещения луча 26 пад действием вертикальных колебаний маски

19. Распределение интенсивности света в сфокусированном пятне 28 (в отличие от сфокусированного пятна 27 во втором варианте устройства) подчиняется закону Гаусса (кривая 30). Приемные диафрагмы 12 и 22 настраиваются первоначально через призмы 20 и 21 таким образом, чтобы они были согласованы с точками 31 и 25 на середине квазилинейногоучастка на ветвях гэуссовой кривой 30. При этом нелинейные участки кривой распределения освещенности в середине и нэ краях гауссовой кривой 30 проходят в промежуток между призмами 20 и 21 или задерживаются приемными диафрагмами 12 и22, Угловое смещение луча 26 вызывает у одного фотоприемника уменьшсние, а у другого увеличение сигнала (точка 3 1 на кривой

30 "сползает" вниз, а точка 25 — вверх). При зтом на дифференциальном усилителе 24

1651323 происходит удвоение полезного сигнала и вычитание амплитудных помех. В остальном работа устройства повторяется как в предыдущих вариантах.

Таким образом, в устройстве происходит постоянный контроль величины воспроизводимых вертикальных (а значит, и равных им по величине горизонтальных) пульсационных скоростей объективным путем с помощью высокочувствительной аппаратуры. Кроме того, величина пульсационных скоростей в процессе градуировки все время поддерживается постоянной за счет системы автоматического регулирования. Все зто позволяет повысить точность градуировки.

Формула изобретения

1. Устройство для градуировки гидрофизических преобразователей по авт. св, ¹ 1492383, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности градуировки, оно снабжено плавающей вехой, установленной у волнового отражателя с возможно стью вертикального перемещения, оптической маской, выполненной с вертикальным градиентом оптической плотности и жестко закрепленной на плавающей вехе, а также последовательно установленными и оптически согласованными с оптической маской лазером, апертурной диафрагмой, приемной диафрагмой, фотоприемником и двухкоординатным регистратором, один вход которого соединен с выходом фотоприемника, а другой вход соединен с выходом градуируемого преобразователя.

2. Устройство по n,1,о тл и ча ю щеес я тем, что оно снабжено коллиматором, прямоугольной диафрагмой и фокусирующей линзой, причем коллиматор и прямо5 угольная диафрагма последовательно установлены между апертурной диафрагмой и оптической маской, а фокусирующая линза — на фокусном расстоянии перед приемной диафрагмой, причем приемная диаф10 рагма выполнена прямоугольной, а переменный вертикальный градиент оптической плотности оптической маски образован прозрачными неоднородностями, распределенными в теле оптической маски.

15 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что оно снабжено фокусирующей линзой, двумя перископическими призмами, дополнительной приемной диафрагмой, дополнительным фотоприемником и диффе20 ренциальным усилителем, причем фокусирующая линза установлена за оптической маской на фокусном расстоянии от передних граней перископических призм, перископические призмы ориентированы

25 зеркально симметрично относительно оптической оси лазера и оптически согласованы с приемными диафрагмами фотоприемников, выходы фотоприемников подключены к одному из входов двухкоординатного регистра30 тора через дифференциальный усилитель, а переменный вертикальный градиент оптической плотности оптической маски образован прозрачными неоднородностями, распределенными в теле оптиче35 ской маски.

1651323 нойРОру 5

1651323

Фиг.б

Фиг. 7

Составитель Г. Падучин

Редактор H. Яцола, Техред М;Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ 1609 Тираж 311 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101