Указатель отклонения скорости движения подводного или надводного плавсредства от заданного значения

Авторы патента:

G01P5/26 - путем измерения непосредственного воздействия потока текучей среды на свойства, обнаруживаемые оптической волной

Владельцы патента RU 2287831:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в стабилизаторах скорости движения различных подводных объектов (ПО). Сущность изобретения заключается в том, что на две волоконные катушки волоконно-оптического интерферометра (ВОИ) направляется гармоническая звуковая волна, частота которой подбирается таким образом, чтобы для данного значения скорости движения ПО звуковая волна приходила на них в одной фазе. Тогда выходной сигнал ВОИ будет равен нулю. Техническим результатом является получение на выходе устройства выходного сигнала, пропорционального величине отклонения скорости движения ПО от заданного значения, направляемого на регулятор скорости движения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в стабилизаторах скорости движения подводных и надводных самодвижущихся плавсредств.

Известны устройства аналогичного назначения, измеряющие фазовым акустическим способом скорость движения потока жидкости относительно неподвижного объекта или скорость объекта относительно жидкости. [Патент Великобритании №2099146, кл. G 1 G (G 01 P 5/00), 1982; Патент США №3575049, кл. 73-194 (G 01 P 5/00), 1971; Патент ФРГ №3429099, кл. G 01 P 5/00, G 01 P 21/00, 1986; Патент ФРГ №2429822, кл. G 01 F 1/66, 1976].

Недостатком известных аналогов является отсутствие на их выходе сигнала, пропорционального величине отклонения скорости движения объекта от заданного значения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является спидометр для измерения скорости движения подводного объекта (ПО), содержащий генератор гармонических колебаний (ГГК), подключенный к гидроакустическому излучателю (ГИ), два приемника звука, расположенные на известном расстоянии от ГИ, усилитель, фазовый дискриминатор и регистратор скорости движения ПО. /Патент США №3349614, кл. 73-181 (G 01 P), 1967/.

Данный спидометр может выполнять роль указателя отклонения скорости движения ПО от заданного значения и поэтому выбран за прототип.

Недостатком прототипа является, как и у аналогов, отсутствие на его выходе сигнала, пропорционального величине отклонения скорости движения ПО.

Техническим результатом, появляющимся от внедрения изобретения, является получение на выходе устройства выходного сигнала, пропорционального величине отклонения скорости движения ПО от заданного значения.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный указатель отклонения скорости движения ПО от заданного значения, содержащий ГГК, подключенный к ГИ, два приемника звука, расположенные на известных расстояниях от ГИ, усилитель, фазовый дискриминатор и регистратор скорости движения, дополнительно содержит полосовой фильтр и нуль-индикатор, а фазовый дискриминатор выполнен в виде волоконно-оптического интерферометра (ВОИ), включающего в себя источник когерентного света, оптически согласованный через две волоконные катушки с фотоприемником, при этом волоконные катушки ВОИ выполняют функцию двух приемников звука, а ГГК и полосовой фильтр выполнены перестраиваемыми по частоте, причем выход фотоприемника через последовательно соединенные усилитель и полосовой фильтр подключен к нуль-индикатору, выход ГГК дополнительно подсоединен к регистратору скорости движения, а синхровыход - к управляемому входу перестраиваемого полосового фильтра.

При этом волоконные катушки ВОИ могут быть выполнены с возможностью изменения расстояния между ними.

А в одной из волоконных катушек ВОИ установлено фазосдвигающее устройство.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена оптикоэлектронная схема указателя.

Указатель отклонения скорости движения ПО от заданного значения содержит ГГК1, подключенный к ГИ2. Напротив ГИ2 на известном расстоянии друг от друга установлены волоконные катушки 3, 4 ВОИ, включающем в себя также источник 5 когерентного света и фотоприемник 6. Выход фотоприемника 6 подключен через последовательно соединенные усилитель 7 и перестраиваемый полосовой фильтр 8 к нуль-индикатору 9.

Волоконные катушки 3, 4 выполнены с возможностью измерения расстояния между ними вдоль направления распространения акустической волны 10.

В одной из волоконных катушек ВОИ, например в волоконной катушке 4, может быть установлено фазосдвигающее устройство 11.

Выход ГГК1, выполненного перестраиваемым по частоте, подключен к регистратору 12, в качестве которого может использоваться частотомер, отградуированный в единицах скорости. Синхровыход ГГК1 соединен с управляемым входом перестраиваемого полосового фильтра 8.

Элементы 2, 3, 4 указателя расположены в воде, остальные элементы и блоки указателя установлены внутри ПО за его обшивкой 13.

Указатель работает следующим образом.

Предварительно перед эксплуатацией прибора расстояние между волоконными катушками 3, 4 и частоту ГГК1 подбирают такими, чтобы для заданной скорости ПО звуковая волна 10 приходила на волоконные катушки 3, 4 в одной и той же фазе.

При этом первоначальную разность фаз интерферирующих лучей в ВОИ с помощью фазосдвигающего устройства 11 задают равной 90°.

Амплитуду звуковой волны 10 задают такой, чтобы ВОИ не выходил за пределы своего квазилинейного преобразования.

Во время эксплуатации на выходе фотоприемника 6 будет иметь место нулевой сигнал, если скорость ПО не будет выходить за заданное значение. При отклонении скорости ПО от заданной на выходе фотоприемника 7 появится гармонический выходной сигнал на частоте ГГК1, поступающий через усилитель 7 и полосовой фильтр 8 на нуль-индикатор 9 и на регулятор скорости движения ПО (на чертеже не представлен). При этом регулятор скорости выравнивает скорость движения ПО до первоначально заданного значения.

Значение скорости движения ПО можно изменять путем изменения частоты ГГК1. При этом автоматически изменяется и частота полосового фильтра 8. А регистратор 12 при этом укажет значение скорости движения ПО для заданного расстояния между волоконными катушками 3, 4 ВОИ.

Таким образом, на выходе указателя фиксируется непосредственно отклонение скорости движения от заданного значения, направляемое на регулятор скорости движения ПО.

1. Указатель отклонения скорости движения подводного или надводного плавсредства от заданного значения, содержащий генератор гармонических колебаний, подключенный к гидроакустическому излучателю, два приемника звука, расположенные на известных расстояниях от излучателя, усилитель, фазовый дискриминатор и регистратор скорости движения, отличающийся тем, что дополнительно содержит полосовой фильтр и нуль-индикатор, а фазовый дискриминатор выполнен в виде волоконно-оптического интерферометра, включающего в себя источник когерентного света, оптически согласованный через две волоконные катушки с фотоприемником, при этом волоконные катушки интерферометра выполняют функцию двух приемников звука, а генератор гармонических колебаний и полосовой фильтр выполнены перестраиваемыми по частоте, причем выход фотоприемника через последовательно соединенные усилитель и полосовой фильтр подключен к нуль-индикатору, выход генератора дополнительно подсоединен к регистратору скорости движения, а синхровыход - к управляемому входу перестраиваемого полосового фильтра.

2. Указатель по п.1, отличающийся тем, что волоконные катушки волоконно-оптического интерферометра выполнены с возможностью изменения расстояния между ними.

3. Указатель по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический интерферометр дополнительно включает фазосдвигающее устройство, установленное в одной из волоконных катушек.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости и расхода различных жидкостей, в том числе оптически непрозрачных, например, нефти, сточных и технических вод, водопроводной воды в трубах большого диаметра, в открытых каналах и морях в экстремальных условиях эксплуатации.

Оптическая система лазерного доплеровского измерителя скорости // 2243568

Изобретение относится к области лазерных средств измерения и может найти широкое применение в разных областях науки и техники: метеорологии, физике атмосферы, экологии, при определении параметров полета летательных аппаратов, в частности при необходимости измерения скорости газовых потоков, определения вектора скорости ветра, сдвига ветра и прочее.

Способ измерения скорости потока жидкости или газа // 2212670

Интерферометр (варианты) // 2209406

Способ формирования счетного объема для измерения скорости микронных и субмикронных дисперсных частиц // 2184379

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения скорости дисперсных частиц, и может быть использовано в химической и плазмохимической технологиях.

Следящий фильтр-процессор для обработки сигналов лазерного доплеровского измерителя скорости // 2177159

Способ измерения скорости и перемещения исследуемой среды // 2150707

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости и перемещения исследуемой среды в самых разных областях науки и техники.

Доплеровский анемометр // 1672380

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в лазерной доплеровской анемометрии для автоматического измерения скоростей различных потоков.

Оптический измеритель скорости // 1382184

Изобретение относится к измерительной технике. .

Измеритель скорости // 1345120

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в гидрои газодинамике, океанологии, промышленной технологии. .

Оптическое устройство и способ определения параметров многофазного потока // 2353906

Оптический расходомер для измерения расхода газов и жидкостей в трубопроводах // 2377573

Изобретение относится к лазерным двухточечным оптическим расходомерам и предназначено для использования преимущественно при транспортировке природного газа

Оптический времяпролетный велосиметр // 2385461

Способ оперативного дистанционного определения скорости и направления ветра // 2404435

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для оперативного дистанционного определения скорости и направления ветра

Способ и лидарная система для измерения турбулентностей атмосферы, осуществляемого на борту летательных аппаратов, а также в аэропортах и на ветровых электростанциях // 2405172

Изобретение относится к измерениям турбулентностей атмосферы с помощью лидарной системы, в частности на борту летательных аппаратов

Способ лазерного дистанционного оперативного определения скорости и направления ветра // 2465607

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для оперативного дистанционного измерения скорости и направления ветра

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации // 2498319

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать потоки жидкости и газа. Изобретение основано на совместном использовании ЛДА и PIV. Устройство включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две CCD камеры с частотным разрешением от 8 до 16 Гц, расположенные под углом 30÷120° друг к другу и под углом 15÷60° к оси канала за ротором, оптические призмы, процессор обработки изображений, лазерный анемометр с оптическим зондом, выполненный на аргоновом лазере и процессоре обработки доплеровских сигналов, и персональный компьютер. Способ включает проведение измерений с помощью ЛДА в двух и более точках нестационарного вихревого потока за ротором ветро- или гидроагрегата для определения временного интервала, освещение потока лазерным ножом, фиксирование изображений засеянных частиц двумя CCD камерами и запись через заданный временной интервал, статистическое осреднение мгновенных полей скорости для n=2÷16 моментов времени внутри полного периода пульсаций вихревой структуры Т выборкой полей скорости, полученных с временной задержкой t=0, T, 2Т, … и (m-1)T, где m - число измерений мгновенных полей скорости для статистического осреднения. Технический результат - существенное уменьшение случайной ошибки измерения и практически полное устранение систематической ошибки, связанной с нестационарными изменениями структуры потока. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарного гидропотока и устройство для его реализации // 2523737

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать кинематические характеристики гидропотоков. Способ, основанный на совместном использовании лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА) и цифровой трассерной визуализации (PIV), включает установку CCD камер под углом, вычисленным с помощью корректирующего модуля пробоотбора взвеси калибровочных частиц, определение временного интервала между сериями изображений, фиксирование и запись изображений засеянных частиц и статистическое условное осреднение мгновенных полей скорости, при этом внесение корректировок в параметры пороговой чувствительности CCD камер осуществляют в продолжение исследований при уменьшении регистрируемых событий на 10% или более, либо через каждые 3 часа. Устройство включает ЛДА, процессор обработки доплеровских сигналов, две CCD камеры, две оптические призмы, процессор обработки изображений, персональный компьютер и корректирующий модуль пробоотбора взвеси калибровочных частиц, содержащий цилиндрическую кювету для размещения образца рабочей жидкости, лазерный излучатель, шесть или более фотоприемников, установленных вокруг цилиндрической кюветы. Изобретение способствует повышению эффективности проведения измерений характеристик нестационарного гидропотока за счет адаптивного учета изменения оптических свойств исследуемой среды и тем самым повышению эффективности использования измерительного оборудования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения скорости течения крови // 2610559

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения скорости течения жидкости с рассеивающими свет частицами. Способ включает в себя освещение потока жидкости одновременно двумя пучками лазерного излучения и определение спектра мощности P12(f) отраженного сигнала. Затем поток жидкости освещают каждым пучком лазерного излучения в отдельности и определяют спектр мощности P1(f) и P2(f) отраженных сигналов при освещении соответственно первым и вторым пучком излучения. Выделяют из спектра мощности частотные компоненты P'12(f), соответствующие рассеянию света на частицах, освещенных одновременно двумя пучками лазерного излучения: P'12(f)=P12(f)-P1(f)-P2(f). Из выделенных частотных компонент определяют частоту fd максимума спектра мощности. Скорость течения жидкости вычисляют по формуле u=λ0/(2n sin(α/2)cosβ)fd, где λ0 – длина волны лазерного излучения, n – показатель преломления среды, в которой измерен угол α между лазерными пучками, β – угол между направлениями скорости крови u и разностного волнового вектора K, где K=ki1-ki2, где ki1 и ki2 – волновой вектор соответственно первого и второго пучков лазерного излучения. Технический результат заключается в обеспечении высокого соотношения сигнал/шум при измерении скорости течения сильно рассеивающих жидкостей и точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ измерения поля скоростей в газовых и конденсированных средах // 2621466

Способ измерения поля скоростей в газовых и конденсированных средах, в котором структурированное зондирующее поле в исследуемой среде формируют в виде параллельных световых плоскостей на длинах волн, соответствующих цветовой чувствительности пикселей фотоматрицы, движущихся в этих плоскостях. Изображения световых плоскостей одновременно формируют на фотоматрице в телецентрической проекции. Эмуляцию динамической пространственной фильтрации выполняют на пикселях, световая чувствительность которых согласована с длиной волны соответствующей световой плоскости. Получают корреляционные функции попарных изображений световых плоскостей. Поле нормальных к световым плоскостям компонент скорости определяют как пространственное распределение отношения попарного расстояния между световыми плоскостями к интервалам между экстремумами в соответствующих корреляционных функциях. Технический результат заключается в получении информации о пространственном поле скоростей частиц в исследуемой среде. 4 ил.