Фотоэлектрический измеритель ветра Советский патент 1984 года по МПК G01P5/06 

2. Измеритель по п.1, о т л и ч ающи йс я тем, что модулятор со светлыми и темными полосами выполнен в форме конусной поверхности совмещенной вершиной с осью вращения ветроприемника.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕТРА, содержащий ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с. ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения направления ветра и упрощения его конструкции, светонепроницаемая пластина жестко закреплена на флюгарке, а со стороны хвостового опересл ния, на пути луча между источником света и модулятором установлена светонепооницаемая заслонка. О1 О5

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в метеорологии для измерения скорости и направления ветра. I. Известен фотоэлектрический измеритель скорости ветра, содержащий ветроприемник в виде лопастного винта и флюгарки, пересчетную схему в виде диска со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с лопастным винтом, и фотопреобразователь скорости вращения, выполненный в виде оптически связанных с диском источника света и двух фотоприемников, подключенных к регистратору импульсов, в котором с целью повышения точности измерения направления ветра введены две ортогональные светонепроницаемые пластины, разнесенные по высоте и расположенные между дисками и фотоприемниками и две кинематически связанные шестерни, при этом первая шестерня закреплена на оси вращения флюгарки, а вторая жестко соединена со светонепроницаемыми пластинами Cl. Недостаток устройства - возрастание погрешности при переходе пластин через диаметральную плоскость корабля. Так, например, если направление ветра совпадает с диаметральной плос костью корабля, а отклонение в обе стороны достигает 20°, то осредненноенаправление курсового угла ветра равно не , а 10°, т.е. погрешность достигает 10°. Наиболее близко к пpeдлaгaeмo fy устройство, содержащее ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорос ти потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света L2. Недостатками известного устройства являются сравнительно низкая точность измерения направления ветра, обусловленная наличием кинематических Связей в узле направления и существованием передаточного числа (1:4) используемых шестерен, а также сложность конструкции, обусловленная наличием второй светонепроницаемой пластины, двух шестерен, кинематически связанных с флюгаркой, и второго фотоприемника . Цель изобретения - повьш1ение точности измерения направления ветра и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, ЧТОв фотоэлектрическом измерителе ветра, содержащем ветроприемник в виде нереверсивного датчика скорости потока и флюгарки, пересчетную схему в виде модулятора со светлыми и темными полосами, кинематически связанного с ветроприемником, фотопреобразователь скорости вращения в виде оптически связанных с модулятором источника света и фотоприемника, подключенного к регистратору импульсов, светонепроницаемую пластину, расположенную между модулятором и фотоприемником, формирователь направленного пучка света в виде отражателя со щелевым отверстием и привод, кинематически связанный с формирователем направленного пучка света, светонепроницаемая пластина жестко закреплена на флюгарке, а со стороны хвостового оперения, на пути луча между источником света и модулятором устасветонепроницаемаяновлена заслонка. При этом модулятор со светлыми и темными полосами выполнен в форме конической поверхности, совмещенной вершиной с осью вращения ветроприемника. На чертеже представлен фотоэлектрический измеритель ветра, продольный разрез. Измеритель содержит источник 1 света, расположенный в подставке при бора 2 и снабженный колпачковым отра жателем 3 с установленным по оси щели штоком 4, на котором укреплен отражатель 5, направляющий световой по ток на пластину 6, жестко скрепленну с осью 7 вращения флюгарки 8. Ось 7 вращения флюгарки 8 проходит внутри трубки 9, являющейся осью вращения нереверсивного датчика 10, с которой скреплен конус 11, на внутренней полости которого нанесены светлые и те ные полосы. Ширина щелевого отверсти колпачкового отражателя 3 соответствует ширине отражателя 5, ширина которого превышает ширину пластины 6. Размер светлых отражающих полос, нанесенных на конусе 11 в месте отражения светового потока, существенно меньше ширины этого потока (в 510 раз) . Ширина же темных полос долж на быть такой, чтобы исключить попадание светового потока более чем на одну светлую полосу, например суммар ная ширина светлой и темной полос вдвое больше ширины светового потока Поэтому при любом направлении потока при прохождении полос через ось светового пучка на фогоприемник 12, например фотодиод, поступает два све товых импульса (до и после прохождения пластины 6, которые и являются мерой скорости потока V, а длительность тени является мерой угла разворота от устанавливаемого с помощью шагового мотора исходного направления. Колпачковьй щелевой отражатель 3 и жестко соединенный с ним с помощью штока 4 отражатель 5 выполнены с воз можностью поворота на контролируемый угол посредством, например, шагового мотора 13. С осью 7 флюгарки 8 жестко скреплена установленная со ст РОНЫ ее хвостового оперения заслонка 14, перекрывающая световой поток, направляемый на фотоприемник, в слу11чае установки направления, обратного измеряемому. Электрические импульсы, формируемые фотоприемником 12, поступают по линиям связи в регистратор (не показан; . Измеритель ветра работает следующим образом. Световой поток от источника 1 света через щелевое выходное отверстие колпачкового отражателя 3 направляется на отражатель 5, от которого он направляется на пластину 6, жестко скрепленную с осью 7 вращения флюгарки 8 и далее на конус 11, на котором имеются светлые и темные полосы. Период затемнения, зависящий от угла разворота (и положения пластины 6), характеризует величину составляющей вектора скорости на ось, перпендикулярно осевому сечению щелевого выходного отверстия колпачкового отражателя 3, т.е. VCose(, где V - скорость, а о - угол отклонения от исходного направления (на корабле это курсовой угол ветра). При переходе пластиной 6 диаметральной плоскости корабля (направления, принятого за нуль отсчета) и перпендикулярного ему направления наступает неоднозначность отсчета направления (при неизменности изменения направления поворота ветра и при вращении в обратную сторону картина изменения величины составляющей не меняется). Поэтому целесообразно устанавливать исходное направление, близкое к осредненному направлению (V Cosot 0,7 V) . В этом случае необходимо посредством, например, шагового мотора щелевой отражатель устанавливать таким образом, чтобы осредненное направление было близко к 45. Количество импульсов, формируемых с помощью фотоприемника 12, характеризует скорость потока. Просуммировав величины составляющей за некоторый отрезок времени, например, как и в известном устройстве с помощью синхронного двигателя, с барабаном которого в моменты затемнения фрикционно связываются одни диски, а в моменты формирования световых импульсов - другие диски, суммируют интервалы времени путем подключения дисков к барабану синхронного двигателя осредняем V Cos d за этот промежуток времени. Имея величину V Cos оС и V, определяем CoscL и величину оС.. Если устано5 11070566

вить пластину 6 перпендикулярно изоб-вследствие замены кинематических свяраженному на чертеже, то получим. зей оптическими, а также тем, что составляющую sinoi. Принципиально этопогрешности измерений не увеличиваютничего не меняет. Возможно вычисле-ся в четыре раза за счет передаточноние обеих составляющих при наличии5 го числа 1:4, отсутствующего в предвторого фотоприемника. Но, посколькулагаемом измерителе. Поворот же щелев дальнейшем осуществляются вычисле-вого колпачкового отражателя позволяния направления, достаточно иметьет избавиться от погрешностей, возодну составляющую. Отсутствие двух никающих в известном измерителе при шестерен, одна из которых связана ° направлениях ветра, когда совпадает с флюгар-кой, и второго фотоприемни- .направление ортогональных пластин с ка упрощает конструкцию и повьшаетдиаметральной плоскостью корабточность измерения направлений ветраля.