Устройство для измерения анизотропии пульсаций векторного поля Советский патент 1985 года по МПК G01P5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерений физических свойств воздушной и водной сред. Известно устройство для определения анизотропии воздзпиной среды, содержащее преобразователи коррелометр и вычислители Qj. Однако это .устройство может ис пользоваться только для измерений в горизонтальном сечении поля. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения анизотропии пульсаций случайного физического поля, содержащее преобразователь пульсаци поля, соедине-нный с ним коррелометр и регистратор 2J . Недостатками известного устройства являются низкая точность измере ВИЙ. обусловленная неоднородностью скалярного поля, и сложность конструкции, связанная с необходимостью использования четырех преобразователей.. Цель изобретения - повьшение точности измерений и упрощение конструк ции . Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь пульсаций поля, соединенньй с ним коррелометр и регистратор j введены измеритель среднеквад ратичных значент сигналов, блок вычисления главных дисперсий и блок вычисления углов, а преобразователь пульсаций поля выполнен в виде датчи ка пульсаций векторного поля, причем к выходам преобразователя подключены :вхо,цы коррелометра и входы измерителя среднеквадратичных значений сигналов к выходам которогоподключены входы блоков вычисления главных дисперср й и вычисления углов, к которым также подключены выходы коррелометра, при этом выходы блока вычисления главных дисперсий и блока вычисления углов подсоединены к регистратору. На фиг. 1 показана анизотропия поля в измеряемой системе координат; на фиг. 2 - блок-схема устройства. На фиг. 1 ОХ, ОУ и 02 - оси прямо угольной системы координат. Начало координат точка О - точка, в которой производят измерение анизотропии поля 0| 5 0,1 главные оси анизотропии поля, произвольно расположенные относительно осей ОХ, ОУ и OZ. В дан ном примере направление оси 02 совпадает с направлением оси 0. Эллипс с центром 3 точке О представляет собой линию равной плотности распределения вероятностей компонент вектора пульсаций скорости в. плоскости, совпадающей в данном примере с плоскостью ХОУ (эллипс рассеивация). ОА dx, OB 6у. и ОС d,j - среднеквадратичные значения соответственно горизонтальных (продольной и поперечной) и вертикальной компонент вектора пульсаций скорости. ОЛ g и ОБ d| - главные среднеквадратичные значения горизонтальных компонент вектора, равные соответственно боль шой и малой полуосям эллипса рассеивания, ОС Cjy- главное среднеквадратичное значение компоненты вектора, совпадающее со среднеквадратичным значением 6.д Углы лОА и АОБ dyn т зтлы между направлениями осей ОХ и ОУ системы координат, в которой производят измерение анизотропии поля 5 и направлениями главных осей OS и Qig анизотропии поля. Предлагаемое устройство (фиг, 2) содержит преобразователь 1 пульсаций поля скорости, измеритель 2 средне-, квадратичных значений сигналов, блоки 3-5 измерения среднеквадратичньк значений сигналов, коррело- метр 6, блоки 7-9 измерения коэффи-. циентов взаимной корреляции между парами входных сигналов, блок 10 вычисления главных дисперсий, блок 11 вычисления углов, регистратор 12. Входы блоков 3-5 измерителя 2 связаны соответственно с одним из выходов преобразователя 1. Пара входов каждого из блоков 7-9 коррелометра 6 соединена только с одной парой выходов преобразователя 1. Вы-л ходь блоков соединены с входами блоков 10 и 11, выходы которых яв-ляются входами регистратора 12, В качестве преобразователя 1 может быть спользован известньй трехкомпонентный термоанемометр. В каждом из блоков 2-4 производятся вычисления по формуле J5-U)clt, где Sj (t) сигнал на одном из выходов преобразователя 1 пропорциональный одной ортогональных компонент вектора пульсаций скорости; ; X, УД; Т - интервал временного усреднения. Коррелометр 6 в общем случае (пр измерении в объемной среде) содержи три блока 7-9 измерения коэффициентов взаимной корреляции между парам сигналов преобразователя 1, В каждо из блоков 7-9 выполняются вычислени по формуле 5;lt), Блок 10 представляет собой вычис литель, который для каждой плоскост измерения в поле определяет углы между направлениями осей системь координат, в которой производят измерения, и направлениями главных осей (или их проекциями на плоскост первой системы координат) по формул ,. 6.| Блок 11 представляет собой вычис литель, который для каждой плоскост измерения в поле определяет главные дисперсии ортогональных компонент вектора пульсаций скорости, по формуламJ.2 j2 2 5i,-j-tR jd d sin26t-4( i ( Оц О сое 5inXj- R; d;dj5;nQci;jtd Gos 6t,- i, M-,. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1, размещенный в некоторой точке О среды, преобразуе пульсации поля скорости в этой точк в электрические сигналы, один из которых 5у (t) соответствует продоль ной компоненте, направленной вдоль оси ОХ, второй 5у(-Ь) - поперечной компоненте, направленной вдоль оси ОУ, и третий 5(t) - вертикальной ком 80 поненте вектора, направленной вдоль оси 6г.. Коэффициенты пропорциональности при преобразовании компонент должны быть одинаковыми. В противном случае они должны учитываться в формулах (1).- (5) при вычислениях. Полученные сигналы поступают на входы измерителя 2 (коррелометра), В измерителе 2 в блоках 3-5 вычисляются по формуле (1) среднеквадратичные значения входных сигна Jx S С) 1| а в блоках 7-9 коррелометра 6 по формуле (2) коэффициенты B3aiiMHoE корреляции между всеми парами входных сигналов. Полученные на выходах блоков 2-9 величины поступают в вычислители 10 и 11. В вычислителе 11 для каждой плоскости измерения в поле по формуле (3) рассчитываются углы, определяющие направления осей ОХ, ОУ и 0 относительно направления главных осей , , и анизотропии поля. Для случая, когда направление осей 02 и OZ совпадают (фиг, 1), определяют по формуле (3) углы iiyu , отличающиеся на угол 5L . Остальные углы равны нулю (так как оси О ир совпадают). В вычислителе 10 для каждой плоскости измерения в поле рассчитываются по формулам (4) и (5) главные дисперсии ортогональных компонент вектора пульсаций скорости, совпадающих с направлениями главных, осей анизотропии поля (на фиг. 1 показаны главные среднеквадратичные значения (jg у 2 Г равные корню квадратному из соответствующей главной дисперсии, причем Cj 6 так А i, как в выбранном примере направления осей 02 совпадают) . Рассчитанные в блоках 10 и 11 величины полностью характериз тот анизотропию поля. Главные дисперсии определяют оси эллипсоида разной плотности распределения ортогональных компонент вектора пульсаций скорости (на фиг. 1 показан эллипс равной плотности распределения для одной плоскости ХОУ, эллипсы в других плоскостях для упрощения чертежа -не показаны). При равенстве главных дисперсий поле изотропно. При их неравенстве поле анизотропно. Анализируя соотношения главных дисперсий можно определить соотношения размеров осей у :азанного эллипсоида и, следовательно, степень анизотропии. При этом наибольшая дисперсия (на фиг. 1 среднеквадратичное значение бк) соответствует наибольшей оси указанного эллипсоида. Направле ния главных осей указанного эллипсоида по отношению к направлениям соответствующих осей системы координат, в которой производят измерен анизотропии в поле, определяются величинами углов, рассчитанных в вычислителе 10. Таким образом, по выходным велич нам вычислителей 10 и 11 можно судит о наличии анизотропии .поля, ее степени и ориентации главных осей анизотропии поля в пространстве. 806 В случае использования в качестве преобразователя пульсаций поля датчика ортогональных компонент вектор пульсаций поля можно путем поочередкого вращения датчика вокруг каждой оси выбранной системы координат получить с выхода коррелометра равные нулю значения измеряемых коэффициентов взаимной корреляции, которые соответствуют совпадению осей системы координат с главными направлениями анизотропии случайного физического поля. Таким образом, изо.бретение повышает точность измерения анизотропии поля и отличается большей простотой исполнения по сравнению с известными устройствами.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ПУЛЬСАЦИЙ ВЕКТОРНОГО ПОЛЯ, содержащее преобразователь пульсаций поля, соединенный с ним коррелометр и регистратору, -отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений-и упрощения конструкции, в него введены изг-еритель среднеквадратичных значений сигналов, блок вычисления главных дисперсий и блок вычисления углов, а преобразователь пульсаций .поля выполнен н виде датчика пульсаций векторного поля, притем к выходам преобразователя подключены входы коррелометра и входы измерителя среднеквадратичных значений сигналов, к выходам которого пoдкJnoчeны входы блоков вычисления главных дисперсий и вычисления углов, к которьм также подключены выходы коррелометра, при этом выходы блока вычисления главных дисперсий и блока вычисления углов подсоединены к регистратору.