УСТРОЙСТВО для ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА Советский патент 1968 года по МПК G01P5/07 

Известны устройства для измерения параметров ветра, содержащие блок ветроприемников с флюгаркой и винтом, импульсные преобразователи и измерительный блок.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что оно имеет два дополнительных бесконтактных импульсных датчика, подвижная часть которых укреплена на горизонтально расположенной шестерне конической пары, связывающей эти датчики с осью винта. Блок ветроприемников снабжен индикатором положения флюгарки в виде магнитного полукольца, укрепленного на корпусе блока, и неподвижной контактной пары. Измерительный блок имеет логическую схему с распределителем, электрически связанным с импульсными датчиками и контактной парой для автоматического выбора начала отсчета углов в зависимости от состояния контактной нары. Кроме того, этот блок снабжен связанным с опорным датчиком скорости генератором импульсов, выход которого подключен к счетчику импульсов. Все это позволяет повысить точность измерения устройства, его надежность, а также измерять среднее направление ветра и автоматически представлять направление ветра в связи с его скоростью.

Винт 1 блока ветропрнемников, вращающийся вокруг горизонтальной оси 2 вместе с флюгаркой 3, может также вращаться вокруг неподвижной вертикальной стойки 4. Па оси 2 и стойке 4 смонтирована нара конических щестерен 5 н 6 с передаточным отношением, причем шестерня 6 может вращаться вокруг стойки 4 как за счет вращения винта, так и при повороте флюгарки 3.

0 Па оси 2 и стойке 4 смонтированы три бесконтактных импульсных датчика, состоящих из подвижных 7, 8 и фиксированных 9-11 частей. При этом подвижная часть 7 и фиксированная часть 9 составляют опорный дат5чик скорости ветра, вырабатывающий опорные импульсы (ОС), а подвижная часть 8 совместно с фиксированными частями 10 и 11, раеположеннымн на одной окружности нод 180° один относительно друтого, - пер0вый и второй дополнительные датчики, вырабатывающие соответственно импульсы С1 н С2.

Па корпусе блока ветроприемников в строго определенном положении (относительно дополнительных датчиков) закреплен индикатор положения флюгарки, состоящий из герметизированной контактной нары 12 и постоянного нолукольцсвого магнита 13. разующий фазовый сдвиг между импульсами ОС, С1, С2 в перепады напряжения, длительность которых равна указанному сдвигу; распределитель 15, коммутирующий на вход формирователя 14 нмпульсы С/ или С2 в зависимости от состояния контактов контактной пары 12 индикатора положения флюгарки; генератор 16, модулирующих нмпульсов; отметчик 17 времени; регзлируемый делитель 18 частоты; модулятор 19 измерительных перепадов, сформированных узлом 14; коммутатор 20, управляемый распределителем 15; клапан 21, управляемый распределителем 15; схему 22, осуществляющую счет числа импульсов ОС за интервал времени, периодически вырабатываемый отметчиком времени 17, и запоминающая наибольщее из сосчитанных чисел; счетчик 23 числа нмпзльсов ОС; счетчики 24-26 чисел импульсов. Коммутатор 20 подключает вход модулятора 19 ко входу счетчиков 24 или 25 в зависимости от состояния распределителя 15. Клапан 21 пропускает импульсы генератора 16 на вход счетчика 26 числа импульсов в одном из состояний распределителя 15. Устройство работает следующим образом. Под влиянием набегающего нотока випт приводит во вращение ось 2, вместе с которой вращаются жестко закрепленные па ней коническая шестерня 5 и подвижная часть 7 опорного датчика положения. Коническая шестерня передает вращение конической шестерне 6 и закрепленной на ней подвижной части 8 дополнительных датчиков. Шестерня 6, а с ней и подвижная часть 8 этих датчиков, кроме того, может поворачиваться и под действием поворота флюгарки 3. Таким образом, коническая шестерня 6 может врашаться за счет двух независимых суммирующихся воздействий. При прохождении подвижных частей 7 и S над фиксированными частями 9 датчиков генерируются импульсы напряжения. Таким образом, при вращении конических шестерен 5 т 6 генерируется три серии импульсов: ОС, С1 и С2. Частота следования импульсов каждой серии одинакова и пропорциональна мгновенной скорости ветра. Регулировкой можно добиться такого положения, что при исходном положении флюгарки 3 импульсы ОС и С1 совпадают но фазе. При повороте флюгарки на угол ф относительно исходного положения шестерня 6 с подвижной частью 8, помимо ее непрерывного вращения от винта, дополнительно новернется на тот же угол ф (так как передаточное отношение 1:1). Вследствие этого серия импульсов С1 получит фазовый сдвиг ф относительно серии импульсов ОС. Этот сдвиг равен углу поворота флюгарки 3 относительно неподвижной части прибора, т. е. изменению направления ветра. нахождении флюгарки в секторе 270° - О - 90 и разомкнзтое - в секторе 270°-180°- 90°. Может быть выбрано и другое взаимное положение элементов индикатора. РТмпульсы ОС, генерируемые опорным датчиком, импульсы С1 и С2, а также состояние контактов 12 индикатора передаются в измерительный блок устройства (см. фиг. 2). Схема из.л1ерения среднего направления построена с учетом того факта, что отыскание направления как среднеарифметического ряда измерений возможно только для мгновенных значений, отличающихся друг от друга не более чем на 180° (при обходе в онределенном направлении). В частности, недопустимым в нропессе осреднения является и нереход текущих значений нанравления через начало отсчета углов. Для исключения влияния последнего обстоятельства на достоверность результата при автоматическом осреднении направления ветра применяется такой прием: в .тех случаях, когда вероятность перехода текущего направления за интервал осреднения относительно велика, осуществляется автоматический перенос начала отсчета на 180. Иными словами, когда направление лежит в секторе 270°-180°-90°, измерение ведется нри помощи импульсов С1, т. е. углы отсчитываются от 0°. Если же текущее направление находится в секторе 270°-0°- 90°, измерение углов производится с помощью импульсов С2 (сдвинутых, как указывалось, относительно импульсов С/ на 180°), что равносильно переносу начала отсчета на 180°. В начале каждого оборота винта, т. е. при появлении очередного импульса ОС распределитель 15 производит выбор начала координат в соответствии с изложенным принципом, а именно: если контакты 12 разомкнуты, па вход формирователя 14 с импульсного выхода распределителя 15 пропускается очередной импульс С1, т. е. за начало принимается 0°, в противном случае на вход формирователя будет пропущен импульс С2, т. е. за начало будет нрннято 180°. Выработанные в формирователе 14 перепады напряжения, длительность которых равна временному сдвигу между импульсами ОС и С1 или С2, модулируются в модуляторе измерительных перепадов 19 импульсным нанряжением, поступающим от генератора 16. На выходе модулятора перепадов получаются импульсы, число которых пропорционально суммарной (за время измерения) длительности входных перепадов напряжения, т. е. искомой величине. Если за начало отсчета принят 0°, управляющим сигпалом с потенциального выхода распределителя 15 коммутатор 20 устанавливается в положение, когда выход модулятора 19 подключен ко входу счетчика 24 числа импульсов. Этим же сигналом запрещается прохождение импульсов генератора 16 через клапан 21. При переносе начала отсчета укаpa 19 измерительных перепадов на вход счетчнка 24 числа импульсов. Одновременно с этим же сигналом разрешается прохождение модулирующих имнульсов через клапан 21 на вход ечетчика 26, являющихся в даппом случае временными отметчиками, так как число этих импульсов, сосчитанное в счетчике 26, определяет время, в течение которого существовал сдвиг пачала отсчета.

Если в заданном интервале осреднения Т в течение времени Т отсчет производится с номощью импульсов С1, а в течение времени Ги - с помощью С2, то числа, накопленные в счетчиках 24-26 имиульсов, будут однозначно определять (в некотором масштабе) соответственно величины, но которым может быть найдена искомая величииа среднего направления.

Информация, накопленная в счетчиках 24-26, закодироваиа в форме, удобной для передачи но каналам связи ввода в ЦВМ, а также для визуального съема показаний.

Схема измерения среднего направления ветра обладает следующими особенностями.

Если интервал Г осреднения выбран таким, что за время t текущие значения ветра не могут отличаться друг от друга более чем на 180°, то отпадает необходимость в коммутаторе 20, клапане 21, схеме 22 и счетчике 26 импульеов и в последующих вычислениях.

В этом случае начало координат автоматически устанавливается распределителем 15 в начале интервала осреднения и остается неизменным в течение всего цикла Т осреднения. Результат нолучается непосредственно в счетчике 24 числа импульсов.

Для получения величины среднего направления ветра перепады напряжения в формирователе 14 модулируются частотой заполнения, которая пропорциональна текущей скорости ветра.

Такую частоту заполнения можно получить, например, нутем преобразования импульсов ОС в налряжеаие (ток) и вторичного преобразования этого папряжения в частоту, пропорциональную текущей скорости ветра.

Преобразование импульсов ОС в проиорциональное нанряжение (ток) осуществляется преобразователем 27, который может быть выполнен, напри мер, по ехеме частотно-емкостного преобразователя.

Вторичное преобразование напряжения в частоту осуществляется генератором 16 модулирующих сигналов, который может быть выполнен, например, но ехеме емкостного преобразователя е периодическим интегрированием.

При этом выражеиие для среднего .направлепия фср имеет вид:

iiiiVi

ра; 1 араметр, входящий в состав ветровых измерен uii.

Такое представлению направления ветра в связи со скоростью зиачительно полнее отражает физику переноса масс воздуха, чел в приборах аналогичного типа.

В случае необходимости наличия выхода на указывающий (или занисывающи) ирибор к выходу формирователя 14 через фильтр

нижних частот подключается нрибор, измеряющий (регистрирующий) силу тока, а требуемая степень осреднения оиредсляется величииой постоянной времени фильтра.

Средняя за интервал 7ср. скорость ветра

определяется (в неюоторо.м масштабе) как результат подсчета имиульсов ОС или С1, С2, поступивших за время Zcp.. Такой подсчет осуществляется счетчиком 27, которому 1редшествует регулируе.мый делитель 18 частоты.

Изменение его коэффициента деления осуществляется одним из известных способов. Регулировко коэффициента деления учитывается разброс аэродииа.мических характеристик винтов ветроприемииков. Результат измерений хранится в счетчике в коде, иригодиом как для ввода в каиал связи, так и для визуального със-ма показаний. При необходимости получения выхода па указывающий нрибор к выходу регулируе.мого делителя 18

частоты подключается соответствующи электромехаиический счетчик.

«Текущая скорость Ветра определяется как результат осреднения ее мгновенных значений за достаточно малый проДШжуток времени (2-5 сек.).

Максимальная скорость определяется как наибольшее значение текущих скоростей в иитервале наблюдеиия.

Онредс: с;1ис «текущей скоростн может быть произведено одним из известных снособов аналого-цифрового преобразования, и в частности, сиособом, аналогичным оиисаииому выше для определения средней скорости

ветра. Определеиие максимальной скорости ветра, сводящееся в данном случае к сравнению двух чисел (предшествующего и иастоящсго значений текущей скорости) и запоминанню большего из них, может быть также

реализовано любым из многочисленных методов цифровой техники в форме, иригодиой для передачи ио каналам связи и для визуального отсчета. При необходимости в выходе на указываюицп (занисывающий) прибор ко входу импульсов ОС или С1, С2 подключается преобразователь «чаетота - ток (например, частотомер конденсагорного типа), нагрузкой которого и является указывающий или заииеывающий ирибор. Степень осреднения в этом случае устаиавливается надлежащим выбором ностояиной времени фильтра, а для заиомииания максимального значения тока (максимальная скорость) может быть применена

выполняющее аналогичные функустройство, ции.

Предмет изобретения

1. Устройство для дистанционных измерений параметров ветра, содержащее блок ветроприемников с флюгаркой, жестко связанной с кориусом блока, и винтом, на оси которого укреплена подвижная часть опорного бесконтактного импульсного датчика скорости, а также измерительный блок со счетчиками импульсов, отличающееся тем, что, с целью поБыщеиия точности и надежности устройства путем бесконтактного преобразования значения аалравлен.ия ветра в фазовый сдвиг между сериями импульсов, оно снабжено двумя дополнительными бесконтактными импульсными датчиками, нодвижная часть которых укренлена на горизонтально расположенной

шестерне конической пары, связывающей эти датчики с осью винта.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью измерения среднего направления

ветра, блок ветроприемников снабжен индикатором положения флюгарки в виде магнитного иолукольца, укрепленного на корнусе блока, и неподвижной контактной пары, а измерительный блок - логической схемой с распределителем, электрически связанным с имнульсными датчиками и контактной парой для автоматического выбора начала отсчета углов в зависимости от состояния контактной пары.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью автоматического получения связи направления ветра со скоростью, измерительный блок снабжен связанным с опорным датчиком скорости генератором импульсов, выход которого подключен к счетчику импульсов.

ОК

(Риг 2