Устройство для измерения направления и скорости течения Советский патент 1986 года по МПК G01P5/07 

Изобретение относится к приборо - строению и может быть использовано для измерения составляющих скорости течения с движущегося носителя.

Цель изобретения - унификации выходных сигналов и расширение ЕЮЗ- можностей использования в многоканальных измерительных системах с це трализованньп опросом каналов, а таже снижение энергопотребления.

На фиг.1 показана структурно-кинматическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы сигналов в устройстве.

Устройство содержит пропеллерную вертушку 1, на горизонтальной оси 2 которой жестко посажена флюгарка 3 и генератор 4 постоянного 1 ока, причем шюгарка 3 размещена в одной плскости с постоянным магнитом 5, установленным на одной из лопастей ветушки 1. На раме 6 по ортогональным осям расположень электроиндукционны датчики 7-10, выходя которых подключены к коммутатору 11, соединенному с вычислительным устройством 12. Вертушка 1 служит для восприятия пр

дольной составляющей V, вектора V скорости течения, флюгарка 3 - поперечных (горизонтальной Vy и вертикальной V ) составляющих вектора течения. Генератор постоянного тока 4 вырабатывает напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения оси 2. 7-10 фиксируют моменты времени прохождения их постоянным магнитом 5, и при своем срабатывании посылают управляющие импульсы в коммутатор 11, в котором ключи Kg при срабатывании подключают запо- минаюище конденсаторы С - С к выходу генератора 4 на время, достаточное для полного заряда конденсаторов мгновенным напряжением на выходе генератора. Это время примерно в три раза превышает постоянную времени электрической цепи, в которую входят обмотка генератора и конденсатор,

Принцип работы устройства следующий .

При движении носителя на вертушку I и флюгарку 3 действует встречный поток, который имеет значение V по модулю и составляющие по осям V ,, V и V (фиг.). Если поперечные составляющие скорости V

и V.

У „ 2 равны нулю, то воздействуя на флюгарку, они модулируют скорость вращения об

щей оси 2. Допустим, что V 0, а V О (фиг.2а). В верхней полуокружности направление движения флюгарки 3 по часовой стрелке совпадает с

направлением Vk, а в нижней полуок- ру йности эти напряжения противоположны. Вследствие этого мгновенная скорость оси вращения 2 увеличивается в верхней полуокружности, достигая максимального значения в момент пересечения плоскости флюгарки с датчиком 8 и минимального - с датчиком 10, Поскольку изменение угловой скорости оси 2 пропорционально напряжению, вырабатываемому генератором, то в момент t будет максимальное значение генерируемого напряжения,

а в момент - минимальное.

Очевидно, что составляющая не оказывает влияния на-флюгарку в моменты времени t и t,, , если кон

струкция на оси вертушки безинерцион- на. В случае инерционности конструкции эти моменты времени сдвинутся на некоторую величину задержки, и их привязка будет соответствовать середине, интервала времени заряда конденсаторов. Аналогично в моменты времени t и t, от составляющей V-j,yO осуществляется положительная модуляция угловой скорости оси 2 в левой полуокружности и отрицательная - в правой (фиг.2б).

Установим аналитическую связь мгновенной угловой скорости оси 2 в моменты, времени t,,, t , t, и t с составляющим V; и Vy скорости течения.

Поскольку Vy ,V. пропорциональны угловой скорости гфащения J оси уст- pofiCTBa 2, а напрусжение, вырабатываемое генератором 4, пропорционально

CL).

то можно записг1ть и„ AV. + BV

и. AV

ВУ.

у

(1) (2)

X у

где А и В - некоторые коэффициенты, числовые значения которых постоянны дпя данной конструкции и находятся экспериментально.

Сложим выраженне ем (2) , тогда

(1)

с выражени х

JLl 2А

(3)

55

Из вырая ения (1) вычитают выражение (2), тогда

V,

Ui - и.

.В

(4)

Аналогично

V .

г 2В

Устройство работает следующим образом.

Под действием избегающего потока с вектором скорости V вращается со скоростью, пропорциональной составляющей V, вертушка 1, мгновенная скорость которой за счет флюгарки 3 изменяется под воздействием боковых составляющих течения Vy, V.. В моменты прохождения флюгаркой электроиндукционных датчиков 7, 8, 9 и 10 осуществляется кратковременное подключение через коммутатор 11 выхода генератора 4 на запоминающие конденсаторы Cg вычислителя 12.

При этом в момент времени t, (фиг.2а) сигналом с датчика 7 замыкается кратковременно ключ К., и-положи тельньй полюс генератора 4, подается на конденсатор С, который заряжается до напряжения U,, пропорционального мгновенной сумме составляющих U и и, т.е.

и , AV + BV.

Напряжение U запоминается на конденсаторе С .

В момент времени t,., сигналом с датчика 8 замыкаются ключи К , К и К и положительный полюс генератора подается на выводы б цепочек конденсаторов V и V, а отрицательный - на среднюю точку в цепочки конденсаторов V . При этом конденсаторы Cj и Cj заряжаются и запоми- нают напряжение И/, равное

и, AV - BVy . В момент времени t сигналом с

датчика 9 замыкается ключ К и полоьжительныи полюс генератора подается

на вывод б и цепочки конденсаторов Vj. При этом конденсатор С, заряжа- ется и запоминает напряжение U, и, AV - BV,.

в момент времени t сигналом с датчика 10 замыкаются ключи Kg, К и К, и положительный полюс генератора подается на вывод а цепочки конденсаторов V и вывод в цепочки конденсаторов V,, на вывод а которой подается отрицательный полюс генератора .

При этом конденсаторы С и Cg заряжаются и запоминают напряжение и AV, - 3Vy.

Таким образом, на цепочках конденсаторов формируются и запоминаются напряжения, значение которых на выводах а и б пропорциональны 5 значениям составляющих V, V и V в соответствии с выражениями 3, 4 и 5.

10

Формула изобретения

Устройство для измерения направления и скорости течения, содержащее установленную в неподвижной раме пропеллерную вертушку, в одной лопасти которой закреплен постоянный магнит, флюгарку,.расположенную на одной оси 5 с вертушкой и лежащую в одной плоскости с постоянным магнитом, четыре индукционных датчика, установленных на раме попарно в вертикальной и горизонтальной плоскостях симметрично

20 оси вертушки, соединенных через коммутатор с вычислителем, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью унификации входных сигналов и расширения возможностей использования в много- канальных измерительных системах, в него дополнительно введен генератор постоянного тока, установленный на оси с вертушкой, при этом коммутатор выполнен из восьми ключей, а вы числитель - в виде трех цепочек последовательно соединенных запоминающих конденсаторов, причем первьй выход генератора соединен с входами первого, второго, третьего, четвер5 того, пятого, шестого и седьмого

ключей, второй выход генератора соединен с входами третьего и восьмого ключей и средними точками второй и третьей цепочек запоминающих конден0 саторов, выход первого ключа соединен с входом третьей цепочки, выход второго ключа соединен с выходом вто- .рой цепочки конденсаторов, выходы - третьего и седьмого ключе объедине5 ны и подключены к средней точке первой цепочки конденсаторов, выход четвертого ключа соединен с выходом пергой цепочки конденсаторов, выход пятого ьшюча соединен с выходом треть0 ей цепочки конденсаторов, выход шестого ключа соединен с входом второй цепочки конденсаторов, выход восьмого ключа подключен к входу первой цепочки конденсаторов, причем выходы

5 горизонтально расположенных индукционных датчиков соединены с управляющими входами соответственно первого и пятого ключей, выход одного из индукционных датчиков, расположенного э вертикальной плоскости, соединен с управляющими входами шестого, седьмого и восьмого ключей, выход другого - с управляющими входами второго.

1276994б

третьего и четвертого ключей, а входы и выходы первой, второй и третьей цепочек запоминающих конденсаторов соединены соответственно с выходами 5 вычислителя.

Изобретение может быть использовано для измерения составляюпщх скорости течения с движущегося носителя . Цель изобретения - унификация выходных сигналов, расширение возможностей использования в многоканальных системах с централизованным опросом каналов и снижение энергопотребления. Под действием набегающего потока с вектором скорости V вращается со скоростью, пропорциональной составляющей V , вертушка 1, мгновенная скорость которой за счет флюгарки 3 изменяется под действием боковых составляющих течения V , V. В момент прохождения флюгаркой 3 элек троиндукционных датчиков 7, 8, 9 и 10 осуществляется кратковременное подключение через коммутатор II выхода генератора 4 на запоминающие конденсаторы С вычислителя 12. На конденсаторах С формируются и запоминаются напряжения, значения которых на выводах а и б пропорциональны значениям составляющих V, ч V 2 ил. X и fut.f

Ui

(J)

v t.

У, 4

II А«

,--о

Vz 5

U.- f(}

jL

t t, tj t

Фиг.1

Редактор в.КЬвтун Техред л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 6661/37 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д.4/5

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