ТРЕХКОМПОНЕНТНЫИ ДАТЧИК ПУЛЬСАЦИИ ПОЛЯ СКОРОСТИ Советский патент 1974 года по МПК G01P5/02 

1

Известны трехкомпонентные датчики пульсаций поля скорости, содержащие систему разложения -сил, сферический датчик лобового сопротивления и три датчика линейных перемещений.

Однако отмечается невозможность измерения или. трех компонент турбулентных пульсаций поля скорости как в поверхностном, так и в приводном слоях моря и атмосферы, а также недостаточная надежность и точность измерений.

Предлагаемый датчик отличается тем, что в нем система разложения сил выполнена в виде несущей рамы, жестко связанной с системой отсчета, трех пар плоских поперечнопродольных и вертикально-продольных пружин, держателей пружин и двух кронштейпов, жестко связанных между собой и последовательно жестко связывающих систему отсчета с датчиком лобового сопротивления так, что каждая пара пружин имеет возможиость смещаться только в одной из трех взаимпо перпендикулярных плоскостей, лри этом пружины выполнены из материалов с различным коэффициентом жесткости, а при измерениях в море датчик герметизирован.

На чертеже дано схематичное пространственное изображение датчика.

Трехкомпопентный датчик содержит датчик 1 лобового сопротивления, имеющий сферическую форму, несущую раму 2, жестко связанную с системой отсчета, держатель 3 поперечно-продольных пружин, держатель 4 вертикально-продольных пружин; плоские пружины 5, место крепления 6 датчиков малых линейных перемещений, кронштейны 7, жестко связанные со сферической оболочкой, соединительное кольцо 8 съемной полусферы и соединительное кольцо 9 второй (Полусферы, к которому крепятся кронштейны 7. Индексами , у и Z у позиций 5 и 6 обозначены пружины и точки крепления датчиков линейных перемещений, измеряющие перемещения в направлении соответствующих осей системы координат.

Принцип действия трехкомлонентного датчика пульсаций поля скорости основан на том, что сила лобового сопротивления F, действующая на сферическое тело, помещенное в поток жидкости или газа, связана со скоростью набегающего потока V н параметрами тела следующим образом:

F, c SiVlVf- clVU

(1)

где р - плотность среды;

Сх - коэффициент лобового сопротивления;

5 - площадь мидиле1вого сечения сферы,

а индекс i, 2, 3, означает продольную, поперечную и вертикальную компонемты силы и скорости потока соответственно.

В измерительной аппаратуре датчик лобового сопротивления ориентирован в потоке таким образом, что направление средней скорости потока V совпадает с направлением продольной компоненты скорости. Тогда

I/, V + l/i; V,:---. 1/2; V, : Уг (2) где штрихи - пульсационные составляющие. Известно, что (l/f),l V и что остальные пульсации компонент скорости несколько 1меньше продольной. Поэтому, полагая и используя соотношения (1) и (2), для продольной компоненты силы получаем

f, rT + (P + 2l/Ki)

Отсюда для пульсационной компоненты скорости имеем

F,

ЧсУ

и аналогично для остальных пульсаций компонент скорости

V 3 - 1

cV

cV

так что зависимость между соответствующими компонентами пульсаций скорости и силы является линейной.

Трехкомпонентный датчик пульсаций поля скорости работает следующим образом.

При действии силы вдоль оси X деформируется только упругий параллелограмм, стороны которого образованы двумя пружинами 5.ги продольпыми балками держателей пружин 3 и 4. Причем верхняя сторона параллелограмма остается неподвижной в направлении измеряемого перемещения. К этой стороне параллелограмма крепятся катушки датчиков перемещения -по оси X, соосные датчикам QX, причем последний смещается вместе с держателем 4. Такие образом, происходит измерение смещения, пропорционального действию продольной горизонтальной комионенты пульсаций скорости потока.

При действии поперечной силы деформируется лишь упругий параллелограмм, образованный двумя пружинами Ъу, поперечными

балками держателя пружин 3 и неподвижной при измерениях несущей рамой 2, к которой крепятся катушки датчика перемещений в попереч1:ом направлении. Относительно этих катушек смещается датчик 6,, расположенный на поперечной балке держателя 3. При этом происходит измерение поперечной горизонтальной компоненты пульсаций скорости. При действии вертикальной силы деформируется в соответствующем направлении только упругий параллелограмм, образованный двумя пружинами bz, двумя кронштейнами 7 и вертикальной балкой держателя пружин 4, причем последний остается неподвижным в

вертикальном нанравлении. Датчик 6 крепится на нижнем кронштейне 7, датчик вертикального неремещения - на продольной балке держателя пружин 4. Электрические сигналы с датчиков линейных перемещений поступают на вход усилителей мощности и после демодуляции подаются на лульт управления. Здесь производится электрическая компенсация сигнала, вызванного воздействием средней скорости потока, а сигналы, пропорциональные компонентам пульсаций скорости, записываются регистратором.

Предмет изобретения

Трехкомпонентный датчик пульсаций поля скорости, содержащий систему разложения сил, сферический датчик лобового сопротивления, три датчика линейных перемещ,ений, отличающийся тем, что, с целью измерения

трех компонент турбулентных пульсаций поля скорости как в поверхностном, так и в приводном слоях моря и атмосферы, а также повышенил надежности и точности измерений датчика, в нем система разложения выполнена в виде несущей рамы, жестко связанной с системой отсчета, трех пар плоских поперечно-продольных и вертикально-продольных пружин, держателей пружин и двух кронщтейнов, жестко связанных между собой и последовательно жестко связывающих систему отсчета с датчиком лобового сопротивления так, что каждая пара пружин имеет возможность смещаться только в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, при этом пружины выполнены из материалов с различным коэффициентом жесткости, а при измерениях в море датчик герметизирован.