Устройство для измерения и регистрации средней скорости и направления ветра Советский патент 1961 года по МПК G01P5/01 G01D1/02 G01P11/00 G01P13/00 

Существующие устройства для измерения и регистрации средней скорости и направления ветра, содержащие два ультразвуковых ветроприемника с взаимно-нерпендикулярными осями направления распространения ультразвука, пересчетные схемы и блоки осреднения, построены на принципе осреднения не вектора, а его модуля, что при больших флуктуациях углов направления ветра приводит к значительным ощибкам измерения. Кроме того, с помощью этих устройств не представляется возможным одновременно измерять и регистрировать среднюю скорость и направление ветра за данный промежуток времени.

В предлагаемом устройстве для обеспечения возможности одновременной регистрации средней скорости и направления ветра за данный промежуток времени каждый из блоков осреднения через соответствующий линейный вращающийся трансформатор электрически связан с синусно-косинусным вращающимся трансформатором. Напряжение на одной из выходных обмоток этого трансформатора нронорционально средней скорости ветра, а угол поворота его ротора пропорционален среднему направлению ветра. Кроме того, для обеспечения возмол ности производства измерений с движущегося объекта между блоками осреднения и линейным вращающимся трансформатором ветроприемника, ориентированного по направлению движения, установлен механический дифференциал, а на выходе цепи выработки среднего направления ветра-другой механический дифференциал.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит два ультразвуковых ветроприемника с взаимно-перпендикулярными осями направления распространения ультразвука, пересчетные схемы и блоки осреднения.

№ 140249 2

На выходе каждого из ветроприемников / и // получаются величины, пропорциональные проекциям вектора скорости ветра Vx и Vy на оси координат X У. Эти величины получаются в виде частоты биений за счет сдвига фаз между колебаниями ультразвуковой частоты на излучающих и приемных пластинах. Частота биений, средуцированная при помощи пересчетных устройств блока ///, подается на соответствующие осредняющие устройства блока IV, предназначенные для осреднения величин Vx и Vy за интервал времени т.

Осредненные значения и f-cy на выходе осредняющих устройств получаются в виде соответствующих пропорциональных углов. Однако, для удобства дальнейшего геометрического сложения и Уту при помощи электрических счетно-решающих устройств, угловое значение О-слг и преобразуется при помощи линейного вращающегося трансформатора (блок V) в пропорциональные значения напряжения:

С/. /(a). /.f(.;.) JJy f{a}, ,}

Для получения осредненного вектора скорости ветра необходимо произвести геометрическое сложение t/.x и Uy, с целью получения, в конечном счете, модуля -УТ; осредненного вектора и его аргумента (р-с

Сложение Ux и Uy осуществляется на синусно-косинусном вращающемся трансформаторе СКВТ (блок V). На входные обмотки подаются напряжения Ux и Uy. Поворачивая ротор до тех пор, пока на одной из выходных обмоток напряжение не будет равно нулю, получим напряжение на второй выходной обмотке, пропорциональное У г, а угол поворота ротора СКВТ будет равен р.

Для автоматизации процесса выработки -УТ и рг, выходное напряжение с одной обмотки СКВТ подается на вход маломощной следящей системы, выход которой механически соединен с ротором СКВТ. Двигатель будет поворачивать ротор СКВТ до тех пор, пока на обмотке, включенной на входе следящей системы, напряжение не будет равно нулю. При этом угол поворота ротора СКВТ равен аргументу вектора 9- 3 напряжение на второй выходной обмотке СКВТ будет пропорционально модулю среднего вектора v (см. блок V/).

Если необходимо получить модуль У в виде механического перемещения (угла поворота), то, используя еще одну следящую систему и линейный вращающийся трансформатор ЛВТ (см. блок VI), можно получить величину Ут в виде угла поворота ротора ЛВТ. Таким образом, угол поворота ротора СКВТ в блоке VI равен аргументу -Vt среднего вектора скорости ветра, а угол поворота ротора ЛВТ этого же блока пропорционален модулю ту этого же среднего вектора скорости ветра.

Имея значения 9- и г в виде механических перемещений, легко осуществить регистрацию их значений в функции от времени в прямоугольных координатах, т. е. достаточно просто построить регистратор средней скорости и среднего направления ветра.

Особо полезным окажется метод векторного осреднения скорости ветра при измерениях ветра на движущихся объектах (корабле, самолете и др.). В этом случае необходимо оси координат, по которым раскладывается вектор мгновенной скорости ветра, ориентировать так, чтобы одна из осей (например, ось у-ов) была направлена вдоль движения корабля (самолета), а другая ось (х-ов)-перпендикулярно движению корабля (самолета).

Для получения истинного значения среднего вектора скорости ветра необходимо составляющую V-y алгебраически сложить со скоростью движения корабля или самолета (например, при помощи механического дифференциала). Составляющую относительной скорости ветра УК за счет собственного хода корабля можно получить от лага.

1т:у v истинное.

Для осуществления этого алгебраического действия между блокам:и /V и V составляющей w-ry необходимо поставить механический дифференциал (на чертеже между блоками /У и V дифференциал изображен пунктиром). На одну крайнюю его часть следует подавать величину V-,у а на другую - УД. (скорость корабля).

Кроме того, для получения истинного направления ветра необходимо значение аргумента (направление ветра) алгебраически суммировать с курсом корабля д. Это суммирование также целесообразно производить на механическом дифференциале, поставленном на выходе блока VI в цепи выработки Значение 7к может быть получено от гирокомпаса. (На чертеже дифференциал для введения курса корабля д, в выработанную величину 9- для получения 9t истинное показан пунктиром на выходе блока VJ).,;

Предмет изобретения

1.Устройство для измерения и регистрации средней скорости и направления ветра, содержащее два ультразвуковых ветроприемника с взаимно-перпендикулярными направления распространения ультразвука, пересчетные схемы и блоки осреднения, отличающеес я тем, что, с целью обеспечения возможности одновременной регистрации средней скорости и направления ветра за заданный промежуток времени, каждый из блоков осреднения через соответствующий линейный вращающийся трансформатор электрически связан с синусно-косинусным вращающимся трансформатором, напряжение на одной из выходных обмоток которого пропорционально средней скорости ветра, а угол поворота его ротора пропорционален среднему направлению ветра.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности производства измерений с движущегося объекта, между блокам:и осреднения и линейным вращающимся трансфор.матором ветроприемника, ориентированного по направлению движения, установлен механический дифференциал, а на выходе цепи выработки среднего направления ветра установлен другой механический дифференциал.

- 3 -№ 140249

Tt + к - истинное.

///

;V«

Vtiit ,VTyucm