Устройство для измерения параметров ветра Советский патент 1982 года по МПК G01P5/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА

Изобретение относится к метеорагюгической измерительной информационной технике и может быть использовано для измерения параметров истинного ветра с борта движущегося объекта. Известно устройство для измерения и регистрации средней скорости и направления ветра, содержащее два ультразвуковых ветроприемника с взаимно перпевдикулярными осями направления распространения ультразвука, выходы каждого из которых через пересчетные схемзг подключены к блокам осреднения, каждый из блоков осреднения через соответствующий линей ный вращающийся трансформатор электрически связан с синусно-косинусным вращающимся трансформатором, напряже ние на одной из выход11ых обмоток которого пропорционально средней скорости ветра, а угол поворота его ротора пропорционален среднему направлению ветра, кроме того, с целью обе печения возможности производства измерений с движущегося объекта блоками осредне шя и линейным вращающимся трансформатором ветроприемника, ориентированного по направлению движения, установлен механический дифференциал, а на выходе цепи выработки среднего направления ветра установлен другой механический дифференциал Cl 3. Недостатком данного устройства является сложность и нещлсокая надежность устройства из-за наличия в нем двух механических дифференциалов, что также удорожает устройство. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров ветра с борта, движущегося корабля, содержащее датчик ветра, устройство преобразования .скорости « направления ветра в угол поворота, два линейных вращающихся трансформатора, два cинydнo-кocинyc- ных враща1ощихся трансформатора. механическое суммирующее устройство (дифференциал ) и векторный построитель, установленные таким образом, что ротор одного линейного вращаклдегося трансформа тора связан с выходом устройства пре образования скорости ветра, а выходная обмотка его подключена к статорной обмотке одного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, ротор которого связан с суммирующим устройством, складывакицим величины направления наблюдаемого ветра и кур са корабля, ротор второго линейного вращакяцегося трансформатора связан с выходом устройства измерения скорости корабля, а выходная обмотка его подключена к статорной обмотке второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, ротор которого развернут на угол, равный курсу корабля, при этом выходная синусная и косинусная обмотки одног© сйнуснокocиtrycнoгo вращающегося трансформатора включены последовательно и в протывофазе с аналогичными обмоткаfffl второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора 2. Недостатком известного устройства является сложность и невысокая надежность устройства. Цель изобретения - упрощение устройства и увеличение надежности его работы. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения параметров ветра, содержащем датчик ветра, блок преобразования скорости вет ра в угол поворота, блок преобразова ния направления ветра в угол поворота, первый линейно-вращшощийся транс форматор, ротор,которого связан с вы ходом блока преобразования скорости ветра в угол поворота, а выходная обмотка - с статорной обмоткой перво го синусно-косинусного вращающегося трансформатора второй линейный вращающийся трансформатор, ротор которо го связан с выходом прибора трансляции скорости корабля, второй синуснр-косинусный вращаклцийся трансформа тор, ротор которого связан с выходом блока измерения курса корабля, соеди ненного с прибором трансляции курса корабля, и векторный построитель, ротор первого синусно-косинусного вращакндегося трансформатора связан с выходом блока преобразования напра ления ветра в угол поворота, выходна 9 64 синуснаш- обмотка первого.синусно-косинусного вращающегося трансформатора связана со статорной, обмоткой второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходная косинусная обмотка первого синусно-косинусного вращакядегося трансформатора последовательно и в противофазе е выходом второго линейного вращающегося трансформатора подключена к второй статорной обмотке второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а входы векторного построителя соединены с выходами второго синусно-косинусного враща эдегося трансформатора. На фиг, i приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 диаграмма построения вектора скорости истинного ветра. Устройство содержит датчик 1 ветра, включакндий крыльчатку 2, кинематически связанную с тахогенератором 3, и флюгарку 4, кинематически связанную с сельсином-датчиком 5. Выход тахогенератора 3 связан с входом блока 6 преобразования скорости ветра в угол поворота и соединен с выходом линейного вращающегося трансформатора (ЛВТ) 7 и входом усилителя 8, выход которого подключен к двигателю 9, вал которого кинематически вязан с ротором ЛВТ и с ротором, принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра ЛВТ 1 Г. Выход сельсина-датчика 5 подкгночен к входу блока 12, преобразова шя направления ветра в угол поворота и соединен с входом сельсина-приемника 13, выход которого через усилитель 14 подключен к двигателю 15, вал которого кинематически связан с ротором сельсина-приемника 13 и с ротором, принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра cHiiycHO-KOCHнусного враща1сяцегося трансформатора 16. Кроме того, устройство содержит сельсин-датчик 17 курса, расположенньп в приборе 18 (компас или прибор, транслирующий курс корабля) ЛВТ 19, расположенный в приборе 20 (лаг или прибор, транслирующий скорость корабля), а также блок 21 измерения курса корабля, вход которого, соединенный с входом сельсина-приемника 22, подключен к выходу сельсина-датчика 17 курса, а выход сельсина-приемника 22 через усилитель 23 подключен к двигателю 24, вал которого кинематически связан с ротором сельсина-приемника 22, и с ротором, принадлехсащего вычислителю 10 истинного ветра -cHHyc- но-косинусного вращающегося трансформатора 25. Выход ЛВТ 1I подключен к статор ной обмотке синусно-косинусного вращакяцегося трансформатора 16, один выход синусно-косинусного вращающегося трансформатора 16 подключен к одному входу синуснокосинусного вращающегося трансформ тора 25, а второй выход синусно-косинусного вращающегося трансформат ра 16 последовательно и в противо- фазе с выходом ЛВТ 19 подключен к второму входу синусно-косинусного вращаклцегося трансформатора 25. Выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25 через эле трические связи 26 и 27 соединены с входами векторного построителя 28, которые пoдклlaчef ы к входам синycнo-кocиliycнoгo вращающегося тра форматора 29. Один выход синусно- косинусного вращающегося трансформ тора 29 подключен через усилитель 30 к двигателю 31, вал которого кинематически связан с ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29, другой выход синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29 соединен с входом усилителя 32 и выходом ЛЕТ 3-3, выход усилителя 32 подключен к двигателю 34, вал которого кинематически связан с ротором ЛВТ 33. Устройство имеет две -пары выходов, по истинному ветру. С выходов синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25 выдаются напряжения Ux 0b( (л пропорциональные соответствующим составляющим вектора скорости истинного ветра в прямоугольной системе координат. Углы поворота роторов двигателей 31 и 34 пропорциональны соответственно направлению (К) и скорости (U) истинного ветра, или аргументу и мо дулю вектора скорости истинного вет ра (составлякядим вектора скорости истинного ветра в полярной системе .координат). Устройство работает следукяцим образом. Крыльчатка 2 датчика I ветра вра щается со скоростью,пропорционально скорости наблюдаемого ветра и враща ет связанный с ней ротор асинхронно 66 го тахогенератора 3, на выходе которого вырабатывается напряжение, пропорциональное скорости вращения ротора тахогенератора 3, а следова- тельно, и скорости наблюдаемого aetра. Это напряжение поступает в блок 6 преобразования скорости ветра в угол поворота и сравнивается с ,ным напряжением ЛВТ 7, сигнал рассогласования поступает на усилитель 8, выход которого подключен к двигателю 9, вал которого разворачивает ротор ЛВТ 7 до момента достижения равенства сравниваемых напряжений. Угол поворота ротора ЛВТ 7 пропорционален его выходному напряжению, равно-му выходному напряжению тахогенератора 3, а следовательно, и скорости наблюдаемого ветра. Кинематическисвязанный с валом двигателя 9 ротор ЛВТ ,1 IJ принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра, поворачивается на угол,пропорциональныйскорос.ти наблюдаемого ветра. Флюгарка 4 датчика 1 ветра устанавливается вдоль ветрового потока и разворачивает ротор сельсина датчика 5, сигнал с выхода последнего поступает на вход сельсина приемника 13 блока 12 преобразователя направления ветра в угол поворота. С выхода сельсина-приемника 13 сигнал рассогласования через усилитель 14 поступает на вход двигателя 15, вал которого разворачивает ротор сельсинаприемника 13 до момента компенсации сигнала рассогласования на его выходе, при этом угол поворота ротора сельсина-приемю1ка 13 равен углу поворота ротора сельсина-датчика 5. Кинематически связанньй с валом двигателя 15 ротора, принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 16 поверяется на угол, равный направлению наблюдаемого ветра. В приборе 18 ротор сельсина-датчика 17 курса разворачивается на угол, равный курсовому углу, сигнал с выхода сельсина-датчика 17 курса поступает на вход сельсина-приемника 22 устройства измере1В1я курса корабля 21. С выхода сельсина-приемника 22 сигнал рассогласования через усилитель 23 поступает на вход двигателя 24. При отработке сигнала рассогласования вал двигателя 24 разворг квает 1синематически связаинлй с ним ротор сельсина-приемника 22 на угол, равный углу поворота сельсина-датчика 17 курса, и одновременно ротор принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25 на угол равный курсовому углу. Ротор JIBT 11 разворачивается на угол, пропорциональный скорости наблюдаемого ветра W, при этом напряжение на его выходе равно и к -W W 1 где К - коэффициент пропорциональности. Напряжение с выхода ЛВТ 11 посту пает на статорную обмотку синуснокосинусного вращакяцегося трансформа тора 16, р®тор которого разворачивается на угол., равный направлению наблюдаемого ветра К измеряемому относительно продольной оси корабля Выходные напряжения с роторных обмоток синусно-косинусного вращагацеГОСЯ трансформатора 16 равны на косин ном выходе: UL KnU,COS X xcos на синусном выходе: tJ,; K,2;%Sn i n K где К Q коэффициент трансформации синуснокосинусного вращающегося трансформатора 16. Напряже1шя IL- Usj пропорциональн соответствующим составляющим вектора скорости наблюдаемого ветра 1 , корабельной системе координат, в которой ось X, направлена вдоль продольной оси корабля, совпадающей с направлением его движения, а ось у перпендикулярна направлению его движе1шя. Напряжение U.c косинусного выхода синусно-косинусного вра щающегося трансформатора 16 последовательно и в противофазе с выходным напряжением ЛВТ-19, пропорционалъиым скорости корабля V, посту пает на одну статорную обмотку сину но-косинусного трансформатора 25, а напряжение синусного выхода си нусно-косинусного вращакнцегося тран форматора 16 поступает на другую ст торную обмотку синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25. Таким образом, на входах синусно-коси нусного вращающегося трансформатора 25 Jir xrlv ,l-W-co5K -Kj V, дё Uy -/напряжение, пропорциональное скорости корабля; коэффициент пропорциональности. Синусно-косинусный вращающийся ансформатор 25 используется в режие поворота координатных осей из орабельной система координат в земю. Ротор синусно-косинусного враающегося трансформатора 25 развоачивается на угол, равный курсу орабля Kj при этом выходные напряения с роторных обмоток равны а синусном выходе: )(,-) :4(K.K -w-cosK -K,.Vj-casK -K W-sinK,j.(K.K.Wx voosK-K,.V.cosK-K.K.W.) ).K..co9K SiVl К) KaV-COSKl CCOS()+COSX (V)-cos()fcos(K +Kjf|-K V..W.cos(. -kj-V-cosK , а косинусном выходе: 6ЫХ K4(Uj(-Sink U,-COS К) ,,V)-SinK4 .эд. Sin K. COS K КД .NWA icosK -SinK+SinK -cosK)-Kj-Vx5 к SinK K {К.К.М. 1/1 sin(K4 y(). ()C-4)4sin()f sin (К -КД-K,,V..K..(K+K)-Kj-V-SinK, де K4 - коэффициент трансформации инусно-косинусного вращающегося рансформатора 25. Таким образом получили два выажения:Х , K -K -vi-cos (K Kj-Kj- xV-cosK; 16bix - Ч )- К. XV-sin К 1

где U gibix- УвЫх , пропорциональные соответствующим составляющим вектора скорости истинного ветра в земной (прямоугольной) системе координат ХОУ (ось х направлена на север).

От полученных выражений для напряжений очевиден переход к значениям составляющих вектора скорости истинного ветра

U)( W-cos()-V-oosf; u,, NW-sin(K 4y;}-V-sinK,

где Uy, и-ч, - составляющие вектора скорости истинного ветра в земной системе координат.

Полученные выражения согласуются с диаграммой построения вектора скорости истинного ветра (фиг, 2), где ХОУ - земная система координат, - корабельная система координат ,

V - вектор скорости корабля; W - вектор скорости наблюдаемого ветраJ

V - вектор скорости истинного ветра;

Х О тавляющие вектора скорости истинного ветра в земной системе координат;

Wx,.- составляюыще скорости наблюдаемого ветра в корабельной системе координат;

К - курс корабля; К ц - направление наблюдаемого ветра.

Выходные напряжения йЫх синусао-косинусного вращающегося трансформатора 25 поступают через электрические связи 26 и 27 в векторный построитель 28 на статорные обмотки синусно-косинусного вращакяцегося трансформатора 29. С выхода одной из роторных обмоток синус- но-косинусного вращающегося трансформатора 29 напряжение через усилитель 30 поступает на двигатель 31, вал которого разворачивает ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29 до момента компенсации сигнала на выходе подключенной к усилителю 30 роторной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29. При этом угол поворота вала двигателя 3I и ротора синусно-косинусного вращакидегося трансформатора 29 будет равен значению направления истинного

ветра Ку (аргументу вектора скорости истинного ветра). Напряжение с выхода другой обмотки синусно-ко синусного вращающегося трансформатора 29 пропорционально модулю вектора скорости Истинного ветра U. Это напряжение с помощью следящей системы, состоящей из усилителя 32, двигателя 34 ,и ЛВТ 33 преобразуется в угол поворота. Таким образом, углы поворота роторов двигателей 31 и 34 векторного построителя 29 пропорциональны соответственно направлению (KU) и скорости (и) истинного ветра или аргументу и модулю вектора скорости истинного ветра (составляющим вектора скорости истинного ветра в полярной системе координат).

Формула изобретения

20 1 Устройство для измерения параметров ветра, содержащее датч1$к ветра, соединенный с блоком преобразования скорости ветра в угол поворота и с

5 блоком преобразования направления ветра в угол поворота, первый линейновращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока пре- . образования скорости ветра в угол по-

0 ворота, а выходная обмотка - с статорной обмоткой первого синусно-коси- нусного вращающегося трансформатора, второй линейно-вращающийся трансформатор, ротор которого связан с выхо-

дом прибора трансляции скорости корабля, второй синусно-косинусный вращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока измерения курса корабля, соединенного с

0 прибором трансляции курса корабля, и векторныр построитель, отличающееся тем, что, с цепью упрощения и пОвьщтения надежности, ро- тор первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора связан с выходом блока преобразования направления ветра в угол поворота, выходная синусная обмотка первого синуснокосинусного вращающегося трансформатора связана с статорной обмоткой второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходная косинусная обмотка первого синусно-косинусного вращающегося трансформатора по- следовательно и в противофазе с выХОДО1 второго линейно-вращающегося трансформатора подключена к второй статорной обмотке второго синусно- косинусного вращающегося трансформа-

П93240612

тора, а входы векторного построите-1 . Ав.торское свидетельство СССР ля соединены с выходом второго синус-№ 140249, кл. G 01 V/ 1/02, 1960. но-косинусного вращающегося трансформатора.. Авторское свидетельство СССР

Источники информации, 296036, кл. G 01 Р 5/02,

принятые во внимание при экспертизе1469.

Фиг.г