ФЛЮГЕР РАДИОПЕРЕДАЮЩИЙ И ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕГО Российский патент 2007 года по МПК G01P1/00 

Изобретение относится к средствам контроля скорости и направления ветра и предназначено как для бытового применения, так и для оснащения маяков, метеостанций и других объектов.

Известен анемометр ручной индукционный АРИ-49 (1), позволяющий измерять усредненное значение скорости ветра в наземных условиях в пределах от 2 м/сек до 30 м/сек. Аналог содержит чашечный ветродвижитель, корпус с размещенной в нем магнитоиндукционной системой /МИС/, шкалой и стрелкой. Скорость вращения ветродвижителя наводит ЭДС в МИС и вихревые токи в кольце, размещенном между ротором и магнитом МИС. С кольцом жестко соединена стрелка, перемещающаяся по шкале указателя скорости. Недостатками аналога (1) являются отсутствие возможности контроля направления ветра и отсутствие беспроводной передачи информации на размещенную в комфортных условиях приемную аппаратуру.

Также общеизвестны различные конструкции флюгеров, имеющих декоративный внешний вид и устанавливаемых на крышах зданий. Корпус флюгера имеет возможность легкого перемещения относительно указателя сторон света, жестко закрепленного на вертикальной опоре корпуса. Ориентация корпуса флюгера по ветру обеспечена плохообтекаемым хвостовиком. Некоторые из флюгеров оснащены указателями скорости ветра в виде плоского паруса, соединенного горизонтальной осью с корпусом. При штиле парус висит отвесно, при сильном ветре плоскость паруса занимает почти горизонтальное положение. По положению паруса наблюдатель судит о скорости ветра.

Недостатком прототипа является отсутствие дистанционной беспроводной передачи информации о скорости и направлении ветра, что не позволяет оперативно контролировать эти параметры окружающей среды в комфортных условиях.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение оперативного контроля скорости и направления ветра в комфортных условиях путем радиопередачи информации на приемную аппаратуру при сохранении традиционных функций и привлекательного внешнего вида флюгера.

Для достижения цели в конструкцию введен индукционный анемометр в виде микроэлектрогенератора, к ротору которого присоединен плохообтекаемый ветродвижитель, в корпус флюгера введен кодовый датчик азимута, коммутатор, AM передатчик и счетчик тактов, управляющий работой коммутатора и включением AM передатчика. Кроме того, выходное напряжение микроэлектрогенератора преобразуется в код скорости ветра и используется также для подзарядки первичного источника питания устройства.

Внешний вид флюгера приведен на Фиг.1, на Фиг.2 показан вариант размещения в корпусе флюгера кодового датчика азимута, на Фиг.3 изображена структурная схема флюгера, на Фиг.4 приведена структура приемной части устройства, на Фиг.5 показан вариант конструкции датчика азимута, а на Фиг.6 изображена структура устройства световой и звуковой сигнализации о текущем астрономическом времени, которое может быть введено в состав флюгера для повышения его потребительской привлекательности.

Устройство Фиг.1 содержит декоративный корпус 1, в хвостовой части которого размещен анемометр в виде микроэлектрогенератора 2 с ветродвижителем 3, защищенный обоймой 4, соединенной с корпусом 1 жесткими траверсами 5. Корпус 1 подвижно закреплен на вертикальной оси 6 через подшипник /на Фиг.1 не показан/ и может свободно перемещаться по азимуту. Самоустановка корпуса 1 по ветру обеспечивается за счет парусности элементов 3 и 4 устройства. Вертикальная ось 6 жестко присоединена к основанию 7, конструкция которого зависит от места установки флюгера (конек крыши, например) и оснащена указателями сторон света (N, S, V, Z). Азимутальное положение корпуса 1 преобразуется в код с помощью преобразователя 8 (см. Фиг.2), который жестко связан с корпусом 1 элементами 9. Корпус соединен с осью 6 через подшипник 10, а с преобразователем 8 взаимодействует кодовая маска 11, неподвижно закрепленная на оси 6. Взаимное положение элементов 8 и 11 преобразуется в кодовую комбинацию Na, несущую информацию о направлении ветра/азимуте вектора ветрового потока/. Выходной сигнал Uв электрогенератора 2 преобразуется в кодовую комбинацию Nв инвертором 12. Кодовые выходы элементов 8 и 12 подключены к входам коммутатора 13, преобразующего параллельные коды Na и Nв в последовательный время - импульсный код Nc. Адресные входы коммутатора 13 подключены к выходам младших разрядов счетчика 14. Время действия каждого значения кода Nc равно периоду частоты тактового гененратора 15. Выход коммутатора 13 подключен к входу амплитудного манипулятора 16, обеспечивающего 100% модуляцию несущей частоты fн автогенератора 17.

Амплитудно-манипулированные ВЧ колебания с выхода модулятора 16 подаются на усилитель мощности 18, к выходу которого подключен в качестве передающей антенны корпус 1 флюгера. Напряжение питания элементов 8, 12...18 передатчика подается через ключ 19, управляемый с выхода логического элемента 20, формирующего интервал подачи питания от первичного источника 21 (аккумулятор, накопительный конденсатор и т.д.). Например, при 6 разрядном элементе 20, входы которого подключены к старшим разрядам счетчика 14, будет обеспечена пауза tп между двумя соседними включениями передатчика, равная 63 интервалам tи передачи. В антенну за интервал tи будут переданы поразрядно коды Na и Nв. При частоте генератора 15, равной 100 Гц, время передачи tи составит 0,16 сек, а пауза tп=10,08 сек. При 8 разрядном элементе 20 tп=40,8 сек. Выбором паузы между циклами передачи в пределах (5-100) сек обеспечивается незначительное среднее энергопотребление. Например, при потребляемой передатчиком в момент передачи мощности в 1 Вт среднее энергопотребление при tп=40,8 сек составит 0,004 Вт. Как следствие источник 21 может быть достаточно компактным и дешевым (например, аккумулятор 6,3 В, 0,1 А/час или конденсатор 0,5 Ф, 5 В). Все электронные элементы устройства размещены внутри корпуса 1 и допускают многолетнюю необслуживаемую эксплуатацию.

Структура приемной части приведена на Фиг.4. К выходу приемника 23, имеющего антенну 24, подключен датчик наличия несущей частоты 25, к выходу которого через элемент выделения переднего фронта 26 подключен вход начальной установки регистра сдвига 27 с параллельными выходами и вход синхронизации тактового генератора 28. В качестве датчика 25 можно использовать одновибратор с длительностью импульса не менее интервала tи. Информационный вход V элемента 27 подключен к выходу приемника 23. Элементы 25...28 обеспечивают поразрядную запись кодов Na и Nв в элемент 27. К регистровым выходам элемента 27 подключены входы дешифраторов 29 и 30, к выходам которых подключены соответственно индикатор 31 направления ветра и индикатор 32 скорости ветра. Записанные в регистр 27 коды Na и Nв будут сохранены до следующего интервала приема сигналов с флюгера, а индикаторы 31 и 32 обеспечивают практически непрерывное визуальное отображение записанных в регистр 27 значений скорости и направления ветра.

Вариант 4-разрядного кодового датчика азимута 8 с элементом 11 в виде кодовой маски приведен на Фиг.5. Датчик содержит элемент 33 крепления маски 11 к оси 6, на элементе 11 выполнены сегменты 34, которые пропускают излучение от линейки передающих элементов 35 (например, ИК светодиоды) на линейку приемных элементов 36. На выходах элементов 36 формируется код Na, несущий информацию об азимутальном направлении ветра. При 4-разрядных линейках 35 и 36 обеспечивается передача, прием и индикация в элементе 31 (см. Фиг.4) одного из 16 вариантов направления ветра, обозначенных на Фиг.5 по окружности кодовой маски 11.

Наличие в составе флюгера первичного источника 21, возобновляемого от элемента 2, позволяет ввести в корпус 1 элементы звуковой сигнализации текущего времени, изображенные на Фиг.6. К выходу электронных часов 37 подключен формирователь 38 интервалов сигнализации, к выходам которого подключен звуковой синтезатор 39 с оконечным звуковым устройством 40. Начальная установка часов 37 производится с пульта 41 с размещенным в корпусе 1 приемником 42 сигналов дистанционного управления. Дополнительную потребительскую привлекательность предложенному флюгеру обеспечит введение в его структуру и конструкцию синтезатора 43 световых эффектов и оконечного светового устройства 44. Например, части корпуса 1 можно выполнить прозрачными и разместить внутри корпуса элементы устройства 44 в виде цветоизлучателей, засвечиваемых от светосинтезатора 43. Структура и реализация элементов 37...44 общеизвестна и широко используется в аудиовидеотехнике. Дополнительная функция звуковой сигнализации текущего времени и световой сигнализации астрономического времени повышает потребительскую привлекательность флюгера радиопередающего.

В целом предложенное техническое решение сохраняет все традиционные функции флюгера в части визуальной оценки скорости и направления ветра по положению корпуса 1 и по скорости вращения ветродвижителя 3 соответственно. Дополнительно обеспечена радиопередача, прием и визуальная индикация направления и скорости ветра в комфортных условиях, на удалении до сотен метров от места установки флюгера. Введенные в устройство элементы звуковой и световой индикации текущего и астрономического времени повышают потребительскую привлекательность устройства. Число приемных устройств Фиг.6 неограничено. Незначительное время передачи информации и длительные паузы, а также небольшой радиус передачи не приведут к существенной нагрузке радиочастотного диапазона даже при наличии нескольких аналогичных устройств в данной местности.

Источники информации

1. Анемометр ручной индукционный АРИ-49. ГОСТ 7193-74. Паспорт Л6.2.781.001 ПС.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к средствам контроля скорости и направления ветра и предназначено как для бытового применения, так и для оснащения маяков, метеостанций. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данной цели в корпусе флюгера размещены кодовый датчик азимута, микроэлектрогенератор с ветродвижителем, преобразователь ЭДС микроэлектрогенератора в код, AM передатчик, коммутатор и счетчик тактовых импульсов, а также первичный источник питания, подзаряжаемый от ЭДС микроэлектрогенератора через стабилизатор тока. При этом структура приемного устройства обеспечивает на выходе визуальную индикацию скорости и направления ветра. Вариант конструкции флюгера оснащен таймером текущего времени, формирователем интервалов сигнализации, синтезатором и излучателем звуковых сигналов, синтезатором и световым оконечным устройством. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Флюгер радиопередающий, содержащий подвижно закрепленный на вертикальной оси декоративный корпус с плохообтекаемым хвостовиком в виде ветродвижителя анемометра индукционного типа и указатель азимута, отличающийся тем, что в корпус введены кодовый датчик азимута и преобразователь выходного сигнала анемометра в код, кодовые выходы которых подключены через введенный в устройство коммутатор к введенному в устройство амплитудному манипулятору передатчика в составе введенных в устройство усилителя AM колебаний, генератора несущей частоты и передающей антенны, причем включение передатчика и управление коммутатором осуществляется с выходов введенного в устройство счетчика тактовых импульсов.2. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что электрический выход анемометра подключен через стабилизатор тока ко входу подзаряда первичного источника тока, введенного в устройство.3. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что в качестве анемометра индукционного типа использована синхронная микродинамомашина (микроэлектрогенератор).4. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что ветродвижитель анемометра индукционного типа выполнен в виде многолопастного ветрового волеса.5. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что в качестве передающей антенны использован корпус флюгера.6. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что кодовый датчик азимута выполнен в виде жестко закрепленной на вертикальной оси флюгера дисковой n-разрядной кодовой маски и двух n-разрядных цифровых линеек - активной и пассивной, причем дисковая маска размещена между ними, а линейки жестко соединены с корпусом флюгера.7. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что интервал включения радиопередатчика, формируемый счетчиком тактовых импульсов, имеет длительность (0,05-0,5) с, а период следования этого интервала выбран в пределах (5-100) с.8. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что в корпус флюгера введены последовательно включенные приемник сигналов с пульта дистанционного управления, электронный таймер текущего времени, формирователь интервалов сигнализации, звуковой и световой синтезаторы и соединенные с ними звуковой и световой оконечные устройства соответственно.9. Флюгер по п.1, отличающийся тем, что корпус флюгера выполнен частично прозрачным и подсвечивается изнутри элементами светового оконечного устройства.10. Приемное устройство для флюгера радиопередающего, содержащее приемник AM сигналов, отличающееся тем, что в него введены и включены последовательно датчик наличия несущей частоты и элемент выделения переднего фронта, выход которого подключен параллельно ко входу начальной установки регистра сдвига и входу синхронизации тактового генератора, введенных в устройство, информационный вход регистра сдвига и вход датчика наличия несущей частоты подключены к выходу AM приемника, а кодовые выходы регистра сдвига подключены ко входам введенных в устройство первого и второго дешифраторов, к выходам которых подключены входы введенных в устройство индикатора азимута и индикатора скорости ветра соответственно.11. Приемное устройство по п.10, отличающееся тем, что индикатор азимута выполнен в виде диска с обозначением сторон света и с размещенными равномерно по окружности единичными световыми индикаторами.12. Приемное устройство по п.10, отличающееся тем, что индикатор скорости ветра выполнен в виде стилизованной последовательности единичных световых индикаторов, совмещенных со шкалой, градуированной в единицах скорости ветра.