Устройство для измерения скорости ветра

 

оаословнаи

Жтантм о тснмичеснм

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАЙИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

/ (11) 568022 (81) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено22.01.76 (21) 2315713/10 (51) М. Кл.

Ñ 01 P 5/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.08.77, Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 15.09.77

Государственный номнтет

Совета Министров СССР но делам изобретеннй и открытий (53) УДК 621.128 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. П. Афиногенов и М. В. Попов

Ордена Трудового Красного Знамени главная геофизическая обсерватория.им. А. И. Воейкова (71) Заявитель . (54) YCTPOACTBO РЛЯ ИЗМЕ ИНИЯ .КОРОСТИ ВЕТРА

Изобретение относится к области мете,орологического приборостроения и предназначено для определения параметров ветра, (средней н мгновенной скорости н т.п.), Кроме того, оно модсет быть использовано и для определения параметров движения жидких и газообразных сред (скоростей морских тече» ний, скорости потока в трубопроводе и т.п.)

Известны приборы такого типа частотные и фаэовые (или временные) с использованием о одноканальной и двухканальной систем ф и (31

Однако отмечается невысокая чувствительность и устойчивость в работе и, кроме того, необходимость иметь в двухканальной системе два независимых излучателя с соответ- 15 ствуюшими раздельными блоками преобразования сигналов, усиления и т.п.

Известные импульсные ультразвуковые уса родства для измерения скорости ветра, основанные на временном (фазовом) методе изме-20 рения, обладают более высокой чувствительностью и более высокой устойчивостью при работе в сильно турбулиэнрованных средах. Однако они имеют низкую точность и отличаются нелинейностью измерений 1.2), 25

Известно также импульсное ультразвуко вое устройство для измерения скорости ветра, основанное на временном (фазовом) мето де измерения, содержащее ультразвуковой генератор, соединенный с излучателем через ключ, управляемый мультивнбратором, прием« ники, связанные с усилителями-формировате лями, н триггерные схемы для измерения раз. ности времени (или фаэ) при прохождении акустическими сигналамн промежутка среды от излучателя до приемников в первом и втором каналах (3).

Пель изобретения - повышение точности и линейности измерения, Это достигается тем, что устройство. снабжено функпиональными преобразователями временного интервала (или фазы) в число импульсов, состоящими из последовательно соединенных ключа, счетчика импульсов и схемы И, запирающей ключ пос ле заполнения счетчика,,генератором > счетных импульсов, выход которого соединен с входами ключей функциональных преобразователей, отпнрающие входы которых подключены a выходу мультнвибратора, а запирающие - к выходам усилителей-формирователей соответст56 з вуюших приемников, а также схемой .иэмере- Таким образом, счетные импульсы,от гения, состояшей из последовательно соединен- нератора 7 проходят.на счетчики соответстиых генератора измерительных импульсов, Вую9пих функдиональиых преобразователей пе ключа и счетчика, логической схемой, откры;риоди ески В течение промежутков времени ваюшей ключ схемы измерения в те ение цро- .5 распространения акустических сигналов межутка времени, когда один из счетчиков от излучателя к приемнику 1G и g - к при э заполнен, а другой нет, а также схемой оп- емнику 11. ределения знака измеряемой скорости, сос-, За один период работы мультивибратора тояшей из триггера знака и ключа, выход ко в счетчик 8 проходит и а 1 t а в торого соединен с э входом триггера знака, 10 cseTHHK 9

2 .2 2 пРичем выходы счетчиков фУнкдиональных ча О а генер „ора 7 Д состав е ,преобрмователей соединены с соответствую- .„, ф„ „, п

2 шими входами логической схемы и ключа схе; п,9ляюшие различать нулевое и мы определения знака, а счетный вход ключа н остояние счетчи Ов, На чертеже схемы измерения подключен к выходу гене- эти сиги „ы обозначены а и а .С выходов ратора измерительных импульсов. соответствующих счетчиков 9ТН сиГналы ПО» даются на входы схем И 14 и 15 и погическ

На чер еже BpegcTB eHB блок»схема ус кой схемы, 16. На BTopbIe Входь| схем И, ройства. даны сигналы шины начальной установки.Коь

Устройство имеет мультивибрато 1- ключ 0 да любой иэ счетчиков 8 и 9 приходит в

2, ультразвуковой генеРатоР 3 излучатель процессе счета в нулевое состояние, соответ

4 акустических колебаний, к"ночи 5 " 6 Фу"к" ствующий сигнал (а1, а 2 ) с его выхода пиональных нреобраэователеи, Генератор 7 проходит через схему И на запирающий вход счетных импульсов, счетчики 8 и 9 импупI соответствующего клоча 5 или 6. Поэтому сов функциональных преобразователей прн- с приходом любоГо иэ счетчикОВ в нулевое

25 емники 10 и 11 акустических колебаний, сОстояние ключ s сООтВетстВуюшем канале усилители-формирователи 12 и 13, схемы запирается и счетные импульсы на счетчик

Я 14 и 15 фУнкционапьных IIPeo6P»osBте- больще не приходят, лей, логическую схему 16, ключ 17 схемы Если емкость счетчиков равна Я, то измерении генеРатОР 8 иэмеРптепьных им для полного заполнения их (чачиная от ну30 пульсов, счетчик 19 cxeMüI иэмерени-" " „"" левого состояния) затрачивается время.

2О схемы Определения знака и триггep 21 и 1 И вЂ” — для счетчика 8, СМФМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ GHBKB, п fo 1

Йепрерывно работающий мупьтнвибратор

1 периодически открывает и закрывает ключ К

2 .который в открытом состоянии пропускаt.

О 3 2l ет высокочастотные колебания от генератора 3 на изб атель 4. 7аким образом, иэ- где 0 -. частота мупьтивибратора. лучатель периодически пось9лает в среду акус Если выразить разность Q$ a 1 - ф че тический импульс >с Высокочастотным эапоп- М Реэ скорость ветра р используя соотно» нением. Одновременно с выхода мультивибра" . щения тора сигнал поступает на входы ключей 5 и

Й - Ч И = 9

L 4

С - Ч С9Y

6 и открывает их. С этого момента высокочастотные колебании с выхода генеРатора 7 где .I, - Расстояние между иэл чателем и через открытые ключи идут на счетчики им4$ пульсов 8 и 9 функциональных преобраэоваС - скорость распространения ультрателей Временного интервала в число импульзвука в неподвижном воздухе, то

СОВ.

Й /i i 2Й

Акустический сигнал, распространяясь t t ) Ë f в среде, через некоторое время (t и t )

50 достигает црнемников 1О и 11 соответствен- Таким образом, разность Ь t пропорпионо. Электрические сигналы с выходов прием- напьна, скорости Ветра Ч и не зависит от ников поступают на усилители-формировате- Cли 12 и 13, которые вырабатывают короткие 3ТВ разность В пропессе работы схемы импульсы, совпадающие по времени с перед- образуется следующим образом. ф н ом акустчческого сигнала у сооТ- В исходном состоянии В счетчиках 8 и 9 ветствуюшего приемника. С выходов усили- записан нуль. теле -формнрователеГ и р р рователей кор"кце и упьсь1 идут При в юче и схемы первый же „з сч льных преобразователей ых HMIIQIIbCOs C sI,IgOgB IeHepBTOpB 7 и закрывают их. @ дит счетчики иэ нулевого состояния, в свя558022 зи с чем иа их выходви сигнал пропадает (a> а О). Далыце осушествляется счет до заполнения счетчиков.

Логическая схема 16, иа входы которой поступают сигналы а, а с выходов счетчи ков 8 и 9, реализует функщпо

Импульс начальной установки может по» даваться вручную или автоматически с необ- ходимой периодичностью.

Число импульсов 8 пропорционально измеряемой скорости Va„n путем соответству юшего подбора параметров (Q, и

) может выражать эту скорость а о а желаемых единицах. В частности, может ока ч Т, -"fa и f i if, (1о частота генератора 3}, В этом случае Нож но изъять генераторы 7 и 18, подавая в со ответствуюшие цепи сигналы с выхода гевера. уора 3 и мультивибратора 1.

V(a„a )a с! Ф5 О

Этот сигнал с выхода логической cxeklH Ho ступает иа ключ 17 схемы измерения и запирает его. Ключ 17 открывается, когда один из счетчиков 8 или 9 приходит в иуде вое состояние. Начиная с этого момента и до прихода в нуль второго счетчика, ключ

17 остается открытым на время л1

Формула изобретения

Яй й- - 2 1 1Л 42

3а это время от генератора 18 через ключ

17 на счетчик 19 схемы измерения постугн - Ыоfz

Для определения знака Ч, служит схема, состояшая из ключа 20 и триггера зна- gg ка 21. При начальной установке триггер знаР+ У ка устанавливаетс f в состояние

Если первым s нулевое состояние приходит счетчик 9, то сигнал а с его выхода запирает ключ 20. При этом триггер:знака остается в состоянии +". Если же первоначально в состоянии "0" окажется счетчик 8, что происходит, когда проекция вектора скорости ветра на направление излучения направлена от излучателя к приеьлику 10, то в с игнал а с выхода счетчика 8 проходит че1 рез открытый ключ 20 и устанавливает .триггер знака 21 в состояние "-". В таком состоянии схема находится до очередного им» пульса начальной установки. После этого 55 весь цикл повторяется. За это время значение V может быть считано со счетчика 9

19 и тритера знака схемы измерения виэуальн е ьно с помошью индикаторных ламп передано в другие блоки для последуюшего преобразования. ьо импульсов

25 ф1 едварительно при начальной установке счет » ðe a чик 19 был выведен в нулевое состояние).

Число импульсов N пропорционально измеряемой средней скорости ветра У и . путем соответствуюшего подбора параметров @ (Й, l,, т" ) .может выражать эту скорость в желаемых единицах.

Таким образом, к моменту, когда оба счетчика 8 н 9 окажутся в нулевом состоянии и ключ 17 схемы измерения закроется,у счетчик 19 окажется в состояния "с с

Устройство для измерения скорости Рет ра, содержащее ультразвуковой генератор, со единенный сизлучателем через ключ, управ ляемый мультивибратором, и приемники, сое диненные с усилителями-формирователями, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения линейности измерений оно снабжено функциональными преобразователями временного интервала или фазы в число импульсов, состояшими иэ по следовател но соединенных ключа, счетчика имцульсов и схемы И, генератором счетных импульсов, выход которого соединен с вхо дами ключей функциональных преобразовате» лей, отпираюшие входы которых подключены к выходу мупьтивиоратора, а запираюшие к входам усилителей-формирователей соответствуюших приемников, схемой измерения, сос толщей из последовательно соединенных генератора измерительных импульсов, ключа и счетчика, логической схемой для откръаачия ключа схемы измерения в течение промежут ка времени, когда один из счетчиков заполнен, а другой нет, а также схемой онределе нпя знака измеряемой скорости, состоящей из триггера знака и ключа, выход которого соединен со входом триггера знака, причем выходы счетчиков функциональных преобразователей соединены с соответствуюшими входами логической схемы и кшоча схемы определения знака, а счетный вход ключа схемы измерения подключен к выходу гено

pampa измерительных импульсов.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1, Патент США М 3,527,309,кл,73 194,, 1 970

2. Патент ФРГ М 1.234.076е кле 42ов 1 б)

1970 . °

3. Катыс Г, П. Системы автоматического контроля попей скоростей и расход ж", Наука, М., 1 96 5,С.З 1 0 .

56Я022

Составитепь С. Непомнищаа

Редактор О. Фюпапнеа Техред А. демьинова орректор Л. Небопа

Заказ 2794/34 Тираж 1101, Подписное

ЦНИИПИ ocygapcm6aaoro комната Casern Maaacrpos CCCP ио делам изобретений и открытий

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

Филиаи ППП Патент, г. Ужгород, уи. Проектнаи, 4