Устройство для дистанционного измерения направления ветра Советский патент 1991 года по МПК G01P13/00 

Фиг.

J16191

Изобретение относится к измерй- тельной технике, а именно к метеорологии и предназначено для измерения направления ветра.5

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства;-на фиг.2 - временные диаграммы, пояс- ю няющие работу устройства,.

fHa фиг.2 показаны: а, б - импульсы на выходах генератора, в, г, д - импульсы датчика на входе устройства (ОС, С1, С2), е, ж - импульсы на 15 выходах формирователя импульсов, з - входные импульсы от датчика Контактная пара, и - импульсы на выходе распределителя, к - импульсы на выходе модулятора, л - импуль- 20 сы на выходе анализатора на- правления, м -импульсы на выходе уз- ла управления реверсом счетчика результата, а также промежутки времени: t - t2 поправка вычитаете -, tz - 25 t« - поправка отсутствует, t t - поправка суммируется.

Устройство содержит формирователь

Iимпульсов, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу меж- о ду импульсами напряжения ОС и С1 и

С1 и С2 (ф иг.1), распределитель 2, генератор 3 импульсов стабильной частоты и модулятор 4, модулирующий временные интервалы, пропорциональные ,. фазовому сдвигу между сериями импульсов, импульсами генератора 3, формирователь 5 времени измерения, масштабные делители 6 и 7 частоты |импульсов, схему ИЛИ 8, счетчик 9 40 результата, блок 10 управления реверсом счетчика результата и анализатор

IIнаправления, определяющий в тече- . ние одного периода входных импульсов

,0° Ј Ср 180° или 180° Ср t. 360° . 45

Выходы формирователя 1 импульсов подключены к входам распределителя 2 и анализатора 11 направления, вход распределителя 2 подключен к второму входу масштабного делителя 7 и явля- , ется четвертым входом устройства (Контактная пара). Выход распределителя 2 подключен к первому входу модулятора 4, а второй его вход - к выходу генератора 3, выход которого подключен к первому входу масштабного делителя 7. Выход модулятора 4 подключен к входу масштабного делителя 6, а его выход - к первому входу схе55

. 0

5

5

794

мы ИЛИ 8 и первому входу узла 10 управления реверсом. Выход масштабного делителя 7 подключен к второму входу схемы ИЛИ 8 и второму входу узла 10 управления реверсом счетчика результата . Выход анализатора 11 направле- ния подключен к третьему входу узла 10 управления реверсом счетчика результата, а его выход - к третьему входу счетчика 9 результата, входы 7 которого подключены к выходам формирователя 5 времени- измерения и схемы ИЛИ 8 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Первичный преобразователь (датчик) преобразовывает угол поворота флюгарки, которая устанавливается по ветру, в три серии импульсов: ОС, С1, С2, частоты которых равны и пропорциональны скорости ветра, фазовый сдвиг между сериями ОС и С1 пропорционален измеряемому направлению ветра t , a фазовый сдвиг между сериями С1 и С2 постоянен и равен 18U° (фиг.2в, г, д). Серии импульсов С1, ОС и С2 поступают с первичного преобразователя на входы формирователя 1, где преобразовываются соответственно в последовательности импульсов, частоты которых равны частотам импульсов ОС, С1 и С2, а длительности импульсов на выходах пропорциональны фазовым сдвигам между ОС и С1 (Cf) и между ОС и С2 ((f-(j + +. 180 ) соответственно (фиг.2е, ж).

На вход Контактная пара с первичного преобразователя могут поступать два сигнала, отличающиеся по уровню: уровень 1 поступает, если флюгар ка совершила переход через 0°, а уровень О, если флюгарка совершила переход через 180°. В промежутках между поступлениями сигналов по этому входу на нем сохраняется уровень, соответствующий предыдущему сигналу. На фиг.2з переключение уровня сигнала показано условно, без связи с измеряемым углом, чтобы показать возможные состояния.

- Если на вход Контактная пара с датчика поступает уровень 1, то на выход распределителя 2 поступают импульсы с второго выхода формирователя 1, если уровень О, то поступают импульсы с первого выхода формирователя 1.

Рассмотрим работу устройства, когда на вход Контактная пара поступает уровень О (интервал

Ч

фиг.2). По команде Начало измерения формирователь 5 временного интервала устанавливается в исходное состояние и на его выходе устанавливается сигнал, разрешающий работу счетчика 9 результата. Уровень О на входе Контактная пара запрещает работу масштабного делителя 7 и разрешает прохождение сигналов с первого выхода формирователя 1. В этом случае с выхода распределителя 2 на первый вход модулятора 4 поступают импульсы, длительность которых пропорциональна (О. Модулятор 4 пропускает на выход импульсы стабильной частоты, поступающие с первого выхода генератора 3 в течение длительности импульса, поступающего с выхода распределителя 2. Таким образом, на выходе модулятора 4 формируются пачки импульсов (фиг.2к). Число импульсов в пачке пропорпиональ носр. Количество импульсов, поступающих с модулятора 4, делится в Кл раз масштабным делителем 6 и через схему ИЛИ 8 поступает на счетный вход счетчика 9 результата, который суммирует их в течение выбранного времени t, задаваемого формирователем 5 времени измерения, и по числу, записанному в счетчике 9 результата, судят о величине измеряемого угла.

В этом случае число импульсов N, поступивших в счетчик 9-результата, определяется по формуле

JL.

360К(

. с

1Г

(1)

где

частота импульсов на первом выходе генератора 3 стабильной частоты; Кл - коэффициент деления масш табного делителя 6; tu - выбранное время измерения

(осреднения).

Предлагаемое устройство предназначено для измерения среднего значения направления ветра (например, в гидрометеорологии принято измерять среднее значение за 2 или 10 мин), поэтому t выбирается постоянным и не зависящим от измеряемого угла. Частота импульсов f и коэффициент деления К. л выбираются такими, чтобы выполнялось соотношение

fJ- ь 360 -К| И

и тогда N численно равно Cf .

1,

(2),

9179

Рассмотрим работу устройства, когда перед интервалом измерения на вход Контактная пара поступает сигнал 1 (переход через 0°). В этом случае разрешается прохождение через распределитель 2 импульсов, поступающих с второго выхода формирователя 1. Длительность этих импульсов пропорцио

5

0

нальна фазовому сдвигу между импульсами ОС и С2 (фиг.2ж) -Су, Ц + 180°,

0° 6 С : 180°, и фг 180

л о

0

если

если 360°, где f - измеряемый угол. Длительность импульса, формируемого на выходе распределителя 2 модулируется импульсами генератора 3, поступающими с его первого выхода. На выходе модулятора 4 формируются пачки импульсов, число импульсов в которых пропорционально ( (фиг.2к). Количество импульсов, поступающих с модулятора 4, делится в К а раз масштабным делителем 6 и через схему ИЛИ 8 поступает на счетный вход счетчика 9 результата, который суммирует их в течение интервала t, задаваемого формирователем 5 времени измерения , В этом случае в счетчике 9 результата записывается число

У- f J

N

(3)

0

5

0

так как соотношения f

(.«

KCJ. Htu

выбраны в соответствии с выражением (2), 5 то N ф .

Для того, чтобы число, записанной в счетчике 9 результата, было численно равно истинному значению измеряемого угла Cf , в результат необходимо ввести поправку, равную 180 , если измеряется фазовый сдвиг Vi(p- 180г , и поправку, равную минус 180°, если измерялся фазовый сдвиг 4 (0+180°. С этой целью в течение всего интервала tyодновременно с импульсами, поступающими с выхода модулятора, через схему ИЛИ 8 на вход счетчика 9 результата поступают импульсы поправки со второго выхода генератора 3 стабильной частоты, через масштабный делитель 7. Количество импульсов поправки на его выходе определяется по формуле

п

fc tu

К

№

(4)

где fЈ - частота импульсов на втором выходе генератора 3 стабильной частоты;

К. - коэффициент деления масш табного делителя 7. Значение частоты fu выбирается

равным -г--, a Kq К„. Подстав- ляя в (4) значения f, рассчитанные

по (2), с учетом того, что fl

---, получим

2К

V2-K,

180.(5)

Для введения поправки с необходимым1 знаком служат узел 10 управления реверсом и анализатор 11 направления. На выходе последнего формируется сигнал , если измеряемый угол 0 6 (f Ј Ј:180°, и уровень 1, если измеряемый угол 180° Ј Cf 6360° (фиг.2л).

Узел 10 управления реверсом выполнен таким, что импульсы, поступающие с выхода масштабного делителя 6, проходя через него, устанавливают счетчик 9 результата в режим суммиро- вания независимо от сигнала на выходе анализатора 11 направления. Импульс с выхода масштабного делителя 7 проходя через узел управления реверсом, устанавливает счетчик 9 результа та в режим суммирования, если с выхода анализатора 11 направления поступает уровень 1, и -в режим вычитания, если с выхода анализатора 11 направления поступает уровень О. Импуль- сы, формируемые на выходах генератора 3, сдвинуты по фазе один относительно другого поэтому одновременное появление сигналов на выходах масштабных делителей б и 7 невозможно. Импульс, поступающий с выхода масштабного делителя 6, передним фронтом устанавливает 1 на выходе узла управления реверсом и тем самым устанавливает счетчик 9 результата в режим сумми- рования. Одновременно через схему ИЛИ 8 он поступает на счетный вход счетчика 9 результата и по заднему фронту указанного импульса содержимое счетчика увеличивается на 1. Если поступает импульс с выхода масштабного делителя 7 и с выхода анализатора 11 поступает разрешающий потенциал, то он передним фронтом устанавливает О на выходе узла управления реверсом и устанавливает счетчик результата в режим вычитания. Этот же импульс через схему ИЛИ 8 поступает на счетный вход счет

чика 9 результата и по заднему фронту его содержимое уменьшается на единицу. Если с выхода анализатора 11 поступает сигнал, яапрещающий прохождение сигналов (если угол .измеряется угол Ц и поправку нужно суммировать), то на выходе узла управления реверсом сохраняется 1 и счетчик результата работает в

1

режиме суммирования. Далее процесс повторяется.

Таким образом, каждый импульс, поступающий с выходов масштабных делителей 6 и 7, устанавливает режим работы счетчика 9 результата (суммирования или вычитания), а затем через схему ИЛИ 8 поступает на вход счетчика 9 результата и суммируется или вычитается в зависимости от того, с какого блока он поступил. Одновременное поступление импульсов с блоков 6 и 7 невозможно, так как импульсы на его выходах сдвинуты по фазе на 180° (фиг.2а, б).

Сигнал, поступающий с выхода формирователя 5 времени измерения, разрешает раСюту счетчика в течение выбранного интервала измерения (усреднения) .

Таким образом, одновременно с измерением угла, в результат вводится поправка в 180 с нужным знаком и в счетчик 9 результата поступает число равное измеряемому фазовому сдвигу lf( f i 180° lp).

Однако, если в течение времени измерения угол if изменяется так,что проходит через точку 0, то в этом случае функция (р f (t), где (f - фазовый сдвиг между ОС и С2, терпит разрыв в точке 0° и в результат измерения может быть внесена ошибка до 180° (например, если в началед интервала измерения угол (J) равномерно изменяется до (Jf% 350° в конце интервала измерения, то среднее значение угла

|В H+CfK ю + 350 . 1ЯП tpfp2 2 18°

тогда как истинное значение среднего направления в этом случае равно О7 (360°).

10°и

(

ъ

Ул

916

С целью устранения этой погрешности с датчика одновременно с импульсами серии С1 поступают импульсы серии С2, сдвинутые на 180° относительно импульсов С1, и сигнал Контактная пара, сигнализирующий о переходе флюгарки через 0 или 180 (для устранения аналогичного явления в точке 180°, где терпит разрыв функция ty f (t), где t| 180° фазовый сдвиг между импульсами ОС и С2). Если по входу Контактная пара в течение цикла измерения через время t поступает сигнал перехода через 180°, то в течение t( в счетчик 9 результата поступает часть поправки, пропорциональная t , и измеряется угол ( аналогично описанному. В течение оставшегося времени (t - t) вместо импульсов, длительность которых пропорциональна (V , на вход модулятора 4 с распределителя 2 поступают импульсы, длительность которых пропорциональна у , производится измерение угла (J и запрещается работа масштабного делителя 7 (прекращается введение поправки) - интервал t Ј - Ц на фиг.2. В этом случае на вход счетчика результата поступает число импульсов N, определяемое по формуле

N (лИ. +М it т 180 Чц ч tu Ч

Oj t 180)™-+СИ-- Ч--1)

t ЧЧ

+ 180-- U). tu т

Таким образом, независимо от того , по какому фазовому сдвигу между импульсами (ц или ф) измеряется направление ветра, в счетчик 9 результата записывается истинное значение направления (J и устраняется погрешность измерения в точках О и 180°. Кроме того, если измеряется угон 0°, то в этом случае, поступающий сигнал по входу Контактная пара, подключает к входу модулятора 4 импульсы, длительность которых пропорциональна ф , и измеряется угол 0°+ 180° 180° .В этом случае без910

различно прибавлять поправку в 180 или вычитать, гак как 180° - 180° 0° и 180° + 180° 360°, что эквивалентно. Если измеряется угол 180°, то сигнал, поступающий по входу Контактная пара, подключает к модулятору 4 импульсы, длительность которых пропорциональна Ц,

и поправка не вводится.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного измерения направления ветра, содер- жащсе Формирователь импульсов, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между сериями импульсов и направлению ветра, распре

делитель, генератор, модулятзр, вход

которого подключен к первому выходу генератора, счетчик результата и формирователь времени намерения, отличающееся тем, что,

с целью повышения быстродействия, в него введены анализатор направления, блок управления реверсом чика результата, два масштабных делителя и схема ИЛИ, ьр гчем первый вход управления реверсом подключен к выходу первого масштабного де- ли . епя, второй - к выходу анализатора направления, третий - к рапсоду пторо- го масштабного делителя, я его выход подключен к третьему входу с тчика

результата, первый и второй BXI ,ы кот орого подключены к выходам формирователя времени измерения и к выходу схемы ИЛИ соответственно, первый вход схемы ИЛИ подключен к выходу

первого масштабного делителя, а второй - к выходу второго масштабного делителя, первый вход которого подключен к второму выходу генератора, а второй вход подключен к третьему входу распределителя и является входом устройства, вход первого масштабного делителя подключен к выходу модулятора, а его второй вход - к вы- хору распределителя, выходы формирователя импульсов подключены к входам распределитаня и анализатора направления.

К18О

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к метеорологии, и может быть использовано для измерения направления ветра, Де лью изобретения является повышение быстродействия. Устройство для дистанционного измерения направления ветра содержит формирователь 1 импульсов, длительность которого пропорциональна фазовому сдвигу между С импупьсами напряжения ОС и С1 и С1 и С2, распределитель 2, генератор 3 импульсов стабильной частоты, модулятор 4, модулирующий временные интервалы между сериями импульсов импульсами генератора 3, формирователь 5 времени измерения, масштабные делители 6 и 7 частоты импульсов, схему ИЛИ 8, счетчик 9 результата, блок 10 управления реверсом счртчмка 9 результата, анализатор 11 направления, определяющий в течение одного периода входгых импульсов 0°( или 180 ь 4 q . 360° . Цель достигается введением анализатора 11 направления, узла 10 управления реверсом счетчика 9 резулптата масштабных делителей 6 и 7, схеяы ИЛИ 8. 2 ил. «Л