Устройство для измерения турбулентныхпЕРЕНОСОВ Советский патент 1981 года по МПК G01W1/02 G01P5/24 

Изобретение относится к области мете- сфологического приборостроения и предназ начено для пульсационных измерений. Известны устройства для пульсационных измерений скорости ветра, содержащи фазовый акустический анемометр 1. Однако в этом устройстве диапазон анемометра составляет только при выходе за диапазон, как и в других по добных схемах, происходит скачок (с однсяо края диапазона на другсй), при этом даже редкие выбросы приводят к грубым ошибкам в результате. Наиболее блиаким к изобретению является устрЪйство для измерения турбулентных переносов тепла и влаги, содержащее акустический датчик вертикальной составляющей скорости ветра с излучателем в приемниками, датчики температуры и влаж ности с выходом в виде напряжения и блок регистрации 2, Недостатком этого устройства также является возникновение неустранимых оши бок при значениях пульсадйй ветра (выб-«росах), выходящих за шкалу фазового авв мометра 18О, что связано с неоднозначностью шкалы. Целью изобретения является уменьшение погрешностей измерений. Это Достигается тем, что устройство снабжено подключенными к приемникам акустического датчика формирователями с пороговыми схемами на выходе, преобразователем фазового сдвига сигналов Р в одну из двух последовательностей импульсов со скважностью Ф-и/ или 1С-Ф и связанной с ним тригерной схемой выявления изменения порядка следования Bbt- ходных импульсов датчика скорости ветра, подключенными к формирователям, а также подсоединенными к преофазователю и источзшку опорного напряжения ключами и связанными с ними операционными уев лителями. При этом к двум из ключей полсоединены датчики пульсаций температуры н влажности, а выход усилителя канала ветра цепью инерционней обратной связи соединен с входом пороговой схемы одного из формировагелей. Устройство также может быть снабжено подключенными к выходам операционных усилителей RC-фильграми, соединенны ми с коммутатором регистрирующего блока На чертеже представлена схема описываемого устройства. Устройство содержит измеритель акустических колебаний 1, приемники 2 и 2 , датчики ггульсаций температуры и влажности 3 и 4, формирователи выходных сигналов анемометра 5,6 и 5, 6 , преобразователь 7 фазового сдвига Ф сигналов ане мометра в одну из двух последовательностей управляющих импульсов, триггерную схему 8. выявления изменения порядка следования выходных импульсов анемометра, ключи на перекл очение 9, RC-фильтры 10, коммутатор 11, регистрирующую систему 12, цепь инерционной обратной связи 13 и операционные усилители 14, Фсрмирователи сигналов анемометра состоят из пороговых схем (триггеров Шмидта) 5 и о, преобразующих переменные напряжения на выходах приемников 2 и 2 анемометра в напряжения прямоугольной формы, и формгфователей коротких импульсов переднего фронта 6 и; 6. Преобразователь 7 состоит из триггера Т и других логических схем И, Триггер Т опрокидывается по двум входам импульсами с выхода формирователей 6 и б На выходе триггера имеет место последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, определяемой сдвигом фаз Ч импульсов на выходах 6 и 6 (О Ф 4 360°), На выходах А и В преобразователи 7 схемами И фсрмируются .сигналы. Один из них равен нулю а вто.рой представляет последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, оп ределяемой абсолютной величиной сдвига Р , переднего фронта импульса на вькоде триггера Шмидта 5 по отношению к заднему фронту импульса на выходе 5 (xpirTC- ф ). При S О импульсы поступают на выход В, при Ф -С О - на выход Аналогично построена схема для другой (горизонтальной) компоненты скорости ветра Ш ), (на чертеже показаны только ее вьтоды А и В ), Выходные сигналы А,В (и инверсные свгяалы А, В) преобразователя поступаю йа управляющие входы ключей на переключение 9. 9 содержит два ключ на переключение (па полевых, т жодах Т Т в Tft, Tf), осу1цес.-Т1У1Яющие при пояа че управляющих сигналов подключение напряжения, поступающего на сигнальный вход К ключа 9, к сопротивлениям 1 и f,j на инвертирующем и неинвертнрующем входах операционного усилителя 14. Прк наличии на одном из выходов (А или В) преобразователя управляющей последовательности импульсов на соответствующем входе операционного усилителя (инвертирующем для сигнала А или неинвертирующем - для сигнала В) появляется последовательность, импульсов той же скбажности, с амплитудой, определяемой напряжением на сигнальном входе ключа 9, Сигнал на другом входе усилителя равен нулю. Конденсатфы С и Cj осуществляют фильтрацию последовательности прямоугольных импульсов и уменьшают требования к динамическим свойствам усилителя. Схемы 7, 9 и 14 анемометра осуществляют четьфехквадратное умножение сигналов, задаваемых сдвигом фаз анемометра и напряжениями на сигнальных входах ключей. Для исключения грубых ошибок, связанных с выбросами пульсадий вертажал,н/)й компоненты за границы диапазона ±180° служит схема 8 (н аналогичная схема в канале горизонтальной компоненты). Схема 8 включает cxeMj: задержки (на малый интервал Л-t , превышающий длителы-. кость импульсов на выходах 6 и б ), две логические схемы И и триггер. В нормальном режиме работы импульсы на выходах С и Д в схеме 8 отсутствуют. При переходе фазы через значение, близкое к О или 360, изменяется порядок следования импульсов на выходах 6 и 6, Импульс с вькода Д или С через схему ИЛИ опрокидывает триггер Т, Триггер Т индицирует выхбд фазы за границы диапазона (сигнал неоднозначности). Импульсы Д и С могут быть использованы также для расширения динамического диа- йазона фазового анемометра за границы . т На сигнальные входы ключей 9 в каналах формирования нагфяженйй, пропорциональных вертикальной н горизонтальной компонентам пульсаций ветра LU и U , подается опорное напряженке Оо , Для получения произведения ТЧУ , ,UV , Ц/ н U (каналы; поток тепла, поток влаги, поток количества движения, дисперсйя BepTRKanbHcrfi и горизонтальной компонент) на сигнальные входы соответственно подаются напряжения с датчиков пульсаций темпера гуры 3 и влажносгн 4 а с выходо операци жных усилителей каналов W к U Так как при -взмерениях пульсацнй ком понент ветра нео6ход|€мо сключенве (отра ботка) Постоянной составляющей этих ком повент, то в устройстве выход операцвояного усилителя 14 канала ветра Vd/ (и аналогично U ) через цепь инерцвовной от рицательнсЛ обратной связв 13 соедннен со входом пороговой схемы 5, где суммвруется с переменным напряж 1вем с приемника 2. Для нахождения .средних , значений пото ков необходимо интегрврсвайне (фовзведений , , /Для нахождения кусочнб-скояьаящих средних значений потоков, а также дисперсий и математических ожиданий в устройстве использованы ЩСфильтры 10 с большими постоянными времени (порядка ), подключенные к ком мутатору 11с регистрирующей системе 12, содержащей аналого-цифровой преобраз(атель и сумматор. Формула изобретения 1. Устройство для измерения турёуленТных переносов, содержащее акустически датчик вертикальней и продольной комncH iT скорости ветра с излучателем и приемниками, датчики пульсаций температуры и влажности, а также регистрирующий блок с коммутатором, отлИчаю||ц е е с я тем, что, с целью умевьшенви погрешности измерений, оно снабжено подключевными к Щ)яемникам акустического датчика скорости ветра фсрмврсеателямн с пороговыми сжемамв на входе, преобразователем фазового сдвига сигналов 1 в одну из двух последовательностей M IBMоульсов со скважностью -tt влн fc в связанной с ним грвггерной схемой выввленвя взмстЕенвя порядка следсваявя выходных вмпульсов датчока скоростн вет ра, подключенными к формврсвателям, а также подсоедвненнымв к преобразователю в источнику опорного напряжения управляемыми ключами и связанными с ними операционными усвл1гтелямВ| при этом к двум вз ключей падсоедвнены датчики пульсаций температуры в влажности, а выход усилителя канаяа ветра связан с входом ncpcroBofi схемы одного вз формирователей. , 2, Устройство по tu 1, о т л в ч а ющ е е с я тем, что ово снабжено,подкл - ченными к выходам оп задвовных ycuiBTeiP лей RC-фвльтрамв, соедвненнымв с коммутатором регистрирующего блока, Истофгакв внформадвв, пртягые во вманве при экспергвзе 1.Авторское свидетельство СХЗСР № ЗО0828, ка. G О1 Р 5/ОО, 197О. 2.Об. Комплекс аппаратуры ДЛв измерения турбулентных потоков в првземном слое атмс)сферы . Л,, Гвдрометеовздат, 1976, с. 68.