Тепловой меточный вариометр Советский патент 1986 года по МПК G01P5/18 

гер 18 остаётся в положение О.Триггер I1 управляет работой счетчика 13, Число импульсов тактового генератора 14, пропорциональное длительИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вертикальной скорости летательного аппарата, и может быть использовано в качестве элемента пилотажно-навигационных систем или как автономный прибор.

Целью изобретения является повышение точности измерения вертикальной скорости.

На фиг.1 представлена структурно- функциональная схема предлагаемого вариометра; на фиг.2 - временные диаграммы; на фиг. 3 - схемы информационного канала.

Вариометр содержит проточную дифференцирующую камеру 1, первый 2 и второй 3 информативные каналы,нагнетатель 4, опорный генератор 5 нагнетателя, первый 6 и второй 6 само- балансирующиеся мосты, генератор 7 импульсов тока, первый 8 и второй 8 компараторы, первый 9 и второй 91 управляемые источники опорного напряжения , первый 10 и второй 10 управляемые инверторы, первый 11 триггер, программируемый делитель 12 частоты, первый 13 и второй 13 счетчик, генератор 14 тактовых импульсов .арифметическое логическое устройство 15, логический элемент ИЛИ 16, выходной преобразователь 17, второй триггер 18, капилляр 19 информативного канала, кон.тактныё площадки 20 проволочные терморезисторы 21.

Нагнетатель 4, информативный канал 3, дифференцирующая камера 1 и информативный канал 2 соединены последовательно, образуя замкнутый пневматический контур, в котором за счет работы нагнетателя осуществляется постоянный переток воздзгха (на чертеже по часорой стрелке). Привод нагнетателя 4 осуществляется от опорного генератора 5, На выходе генерато- .ра 7 импульсов тока последовательно.

ности импульса компаратора 8, формируется на счетчике 13 , который управляется логическим элементом ИЛИ 16. 3 ил.

5

0

5

0

5

0

1

включены по одному проволочному тер- море зистору с первого и второго ин- i формативных каналов (соответственно 2 и 3), расположенному первым в капилляре по ходу потока. Вторые по ходу потока терморезисторы информа- тивных каналов 2 и 3 включены соответственно в самобалансирзпощиеся мосты 6 -и 6 . Выходы самобалансирующихся мостов подключены к первому и через соответствующий управляемый источник 9 и 9 опорного напряжения - к второму входу соответствующего ком- паратора 8 и 8 . Выход первого компа- ратора подключён к входу первого уп- |равляемого инвертора 10., .а также к первому кодирующему входу программируемого делителя 12 частоты и первому входу элемента ИЛИ 16. Выход второго компаратора 8 подключен к входу второго управляемого инвертора 10 , а также к второму кодирующему входу программируемого делителя 12 частоты и второму входу элемента ИЛИ 16, Выходы управляемых инверторов 10 и 10 связаны с входом первого триггера И, а выход первого управляемого инвертора 10, кроме того,- с входом второго триггера 18. Второй триггер 18 переключается только по импульсу положительной полярности и определяет знак выходной величины (+ или -). Первый триггер 11 переключается по переднему фронту пульса (или импульсу положительной .полярности со входного дифференциатора) , его выход связан с управляющими входами первого 10 и второго .10 1-шверторов. Генератор 14 тактовых импульсов подключен к входу первого ,

счетчика 13 и через пpoгpaммиpye aш дёли тёль частоты - входу второго счетчика 13 . Управляющий вход первого счетчика 13 подключен к выходу первого триггера 11, а управляющий вход второго счетчика 13 - к выходу логического устройства 15, выход ко, 3 торого подключен к выходному преобра зователю 17 вариометра.

Тепловой меточный вариометр работает следующим образом.

Нагнетатель А преобразует электрический сигнал с опорного генератора 5 в пневматический (расход воздуха через замкнутый пневматический контур). При нулевой вертикальной скорости, когда статическое давление Р не изменяется, расход воздуха через информативные каналы 2 и 3 одинаков и выходной сигнал вариометра, равен нулю. При положительной вертикальной скорости, когда статическое давление уменьшается, объемный расход через информативный канал 2 складывается из опорного расхода, создаваемого нагнетателем 4 и информативного расхода, пропорционального вертикальной скорости и создаваемого за счет дифференцирующих свойств проточной камеры 1. Расход через информативный канал 3 в любом, случае остается равным опорному.Таким образом, разность расходов через информативные каналы.2 и 3 пропорциональна вертикальной скорости.

За счет работы генератора импульсов тока производится импульсный нагрев проволочек информативных каналов 2 и 3, расположенных первыми по потоку, и формируются тепловые метки - локальные области перегретого воздуха, которые смещаются вместе с потоком по капиллярам к приемным проволочкам, включенным в самобалансирующиеся мосты 6 и 6 . При прохождении тепловых меток в информативных каналах 2 и 3 через приемные проволочки-терморезисторы на выходе самобалансирующихся мостов появляется импульс напряжения, максимум которого соответствует моменту прохождения меткой базового расстояния (расстояние от излучающей до приемной проволочки). В .соответствии с предыдутн им импульсом на источниках 9 и 9 опорного напряжения формируется уровень срабатьгоания соот- ветствзтощего компаратора по первому входу. Опорное напряжение может соответствовать, например, 0,7-0,9 максимума предыдущего импульса. Для обеспечения высоких метрологических характеристик вариометра, особенно в диапазоне околонулевых скоростей, целесообразно формировать опорное

15

20

25

477604

напряжение, исходя из условия постоянства длительности импульса на выходе компаратора. При достижении нап- . ряжения на выходе самобалансирующе- 5 го моста опорного уровня компаратор срабатывает, формируя прямоугольный импульс, средняя по времени точка которого соответствует моменту прохождения меткой базового расстоя- 10 ния.

Допустим, что вертикальная скорость положительна, статическое давление уменьшается и расход через информативный канал 2 оказывается больше, чем через информативный канал 3. Тогда метка в информативном канале 2 первой достигает приемного терморезистора и импульс на выходе компаратора 8 появляется раньше, чем на выходе компаратора 8. Импульс с компа- . ратора 8 без изменений проходит через управляемый инвертор 10 на- триггер 11. По переднему фронту импульса триггер 11 переходит в состояние 1, переключая управляемый инвертор 10 в режим инвертирования. Импульс с компаратора 8 поступает на триггер 11 инвертированным, поэтому переход триггера в состояние О происходит по заднему фронту импульса компаратора. Триггер 11 управляет работой счетчика 13, число импульсов на котором после одного такта измерения пропорционально интервалу времени от 5 переднего фронта импульса с компаратора 8 до заднего фронта импульса с компаратора 8, т.е. времени пролета меткой базового расстояния плюс длительность импульса с компаратора. 0 Число импульсов тактового генератора 14, пропорциональное длительное- ти импульса :компаратора 8,формируется на счетчике 13, который управляется логическим элементом ИЛИ 16. 5 Счетчик 13 отсчитывает импульсы, поступающие с тактового генератора 14 через программируемый делитель 12 частоты, когда выход элемента ИЛИ 16 в состоянии 1, т.е„. когда проходит 0 импульс С первого 8 или второго 8 компаратора.

Программируемый делитель 12 частоты осуществляет деление на 2 или , на 4 в зависимости от сигнала на ко- 5 дирующем входе. Если 1 только на. одном из кодирующих входов, то осу- ,ществляется деление на 2, если 1 на обоих кодирующих входах, осуществляется деление на 4. Таким образом, на счетчике 13 формируется код, пропорциональный добавке ко времени пролета меткой базового расстояния, как при разнесенных по времени импульсах компараторов, так и при перекрьгааю- цихся (при околонулевых вертикальных скоростях). На арифметическом логическом устройстве 15 производится вы читание кода счетчиков 13 и 13 , сигнал на его выходе прямо пропорционален измеряемой вертикальной скорости. Выходной преобразователь может быть выполнен в виде дешифратора с ячейками памяти и индикатором или логического устройства и служит для индикации,.согласования вариометра с бортовыми вычислительными устройствами или коррекции методических погрешностей вариометра. Знак вертикальной скорости определяется состоянием триггера 18. Если вертикальная скорость положительна, первым приходит на триггер 11 и проходит неинвертированным на триггер 18 им пульс с компаратора 8, при этом триггер 18 переходит в состояние 1. Если первым на триггер 11 приходит импульс с компар атора 8 , то импульс с компаратора 8 неинвертируется и не воспринимается триггером 18 (триггер 18 остается в положении О). Тактирование элементов и устройств может осуществляться от функциональ- ных импульсов или отдельного тактирующего устройства, объединенного, допустим, с выходным преобразователем. Так, сброс счетчиков 13 и 13 , а также при ведение в О триггера 18 может осуществляться импульсом с генератора тока, т.е. в начале нового такта измерения. Запуск может ; осуществляться по заднему фронту им- .пульса триггера П.

Информативный канал (фиг.З) состоит из капилляра 19, четырех контактных площадок 20 и двух проволо- чек-терморезисторов 21. Капилляр 19 может быть выполнен, например, из стеклянной трубочки с внутренним диаметром 0,8-1 мм с отполированными торцовыми поверхностями, на которые напыляются в виде секторов четыре контактные площадки - по две симметрично относительно оси капилляра на каждом торце. При этом контактные площадки по возможности дрлж

5 0 5 0 Q 5

0

ны быть симм етричнь и относительно ш:оскости, перпендикулярной оси капилляра и делящей его пополам. К каждой паре контактных площадок 20 привариваются проволочки-терморезисторы 21 так, что на каждом торце оказывается по одному терморезистору. Проволочки располагаются диаметрально, т.е. по диаметру окружности, образованной внутренней поверхностью капилляра на. срезе торца. При такой установке проволочка проходит через ось капилляра и образуемая мета оказывается симметричной относительно оси с максимумом температуры, приходящимся благодаря отводу тепла на контактные площадки, именно на ось. капилляра. Проволочка-терморезистор на другом торце располагается аналогично первой, причем в одной плоскости с ней (на виде слева вторая проволочка не видна за первой в просвет окна капилляра). За счет такого взаимного расположения проволочек удается наиболее эффективно использовать тепловую энергию метки при регистрации.

Ф о рмула изобре те н и я

Тепловой меточный вариометр, содержащий опорный генератор, подключенный к нагнетателю, схему обработки сигнала, проточную дифференцирующую камеру, связанную с полостью статического давления через первый информативный канал и через последовательно включенные второй информативный канал и нагнетатель, а также два терморезистора и два самобалансирующих моста, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены два терморезистора, подключенных к генератору импульсов тока, два компаратора, два управляющих источника опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, два управляемых, инвертора, программирующий делитель частоты, два триггера, элемент ИЛИ, арифметическое логическое устройство, два счетчика и выходной преобразователь, причем выход первого и второго самобалансирующих мостов подключены к первому входу и через соответствзтощий управляемый источник опорного напряжения - к вторым входам соответственно первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен через первый управляемый инвертор с первым и вторым триггерами, а также с первым кодирующим входом программируемого делителя частоты и первым входом элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен с кодирующим рходом программируемого делителя частоты, вторым входом элемента ИЛИ и через второй уп- . равляеь1Ый инвертор - с тгервым триггером, выход которого подключен к ,. входам управления первого и второго инверторов, а генератор тактовых им- пульсов подключен к первому счетчику и через программируемый делитель частоты - к второму счетчику, вход управления первого счетчика подклю5 чен к выходу первого триггера, а вход управления второго счетчика - к выходу элемента ИЛИ, выходы счетчиков через арифметическое логическое устройство связаны с выходным

to преобразователем, второй вход которого соединен с выходом второго тригера, при этом .информативные кана- ЛЫ вьтолнены в виде капилляров оди. наково о внутреннего диаметра и длины

15 i а дополнительные терморезисторы рас- : положены на торцах каждого капилляра.

Фие.2

W 21

tij

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет повысить точность измерения вертикальной скорости. Разность расходов через информационные каналы 2 и 3 пропорциональна вертикальной. скорости, если она положительна, вым приходит на триггер 11 и проходит неинвертированным на триггер 18 импульс с компаратора 8, при этом триггер 18 переходит в состояние 1, а если первым на триггер 8 приходит импульс с компаратора 8 , то триг(Л Ч --J ЕЭЗ (Vy)

Редактор Н„Швыдкая

Составитель Ю.Мручко Техред Н,Вонкало

Заказ 4118/43 Тираж 778 . Подписное ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

фиг. J

Корректор О.Луговая