CS245645B1

CS245645B1 - Gas speed and flow direction photoelectrical scanner

Info

Publication number: CS245645B1
Application number: CS848711A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Macho; Jan Vodicka
Original assignee: Miloslav Macho; Jan Vodicka
Priority date: 1984-11-15
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS871184A1

Abstract

Snímač je určen zejména pro měření rychlosti a směru proudění vzduchu v meteorologii a řeší problémy spojené s měřením směru proudění. Snímač má dvě otočné clony umístěné mezi světelným zdrojem a světlovodem ve tvaru prstence, do jehož obvodové stěny jsou zapuštěny fotooitlivé prvky. Jedna clona se otáčí obvodovou rychlostí, která je úměrná rychlosti proudění, líhel natočení druhé clony je dán směrem proudění. Snímač je možné využít pro meteorologická měření s velkými nároky na přesnost měření a s požadavky na elektrické výstupy informací o rychlosti a směru proudění.The sensor is designed especially for measuring velocity and direction of air flow in meteorology and solves measurement problems direction of flow. The sensor has two rotary screens placed between the light source and the light guide in the shape of a ring into whose circumferential the walls are embedded with photosensitive elements. One aperture rotates at peripheral speed which is proportional to the flow velocity, the spirits the rotation of the second curtain is given by the flow direction. The sensor can be used for meteorological measurement with high demands on measuring accuracy and with requirements for electrical information outputs about flow velocity and direction.

Description

Vynález se týká fotoelektrického snímače rychlosti a směru proudění plynů se dvěma nezávisle otočnými clonami, z nichž jedna se otáčí obvodovou rychlostí úměrnou rychlosti proudění a úhel natočení druhé clony je dán směrem proudění.The present invention relates to a photoelectric gas velocity and direction sensor with two independently rotatable orifices, one of which rotates at a peripheral speed proportional to the flow velocity and the angle of rotation of the other is determined by the direction of flow.

Dosud známá provedení fotoelektrických snímačů rychlosti a směru proudění se dvěma nezávisle otočnými clonami řeší problém snímání světelného paprsku, který prošel otvory v obou clonách použitím většího počtu např. několika desítek kruhově uspořádaných fotocitlivých prvků.The prior art embodiments of photoelectric speed and direction sensors with two independently rotating orifices solve the problem of sensing a light beam that has passed through the apertures in both orifices by using a plurality of e.g. tens of circularly arranged photosensitive elements.

Takovéto řešení je složité, rozměrné a dosažitelná přesnost měření směru proudění je závislá na počtu použitých snímacích fotocitlivých prvků.Such a solution is complex, dimensional, and achievable accuracy of flow direction measurement depends on the number of sensing photosensitive elements used.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny fotoelektrickým snímačem rychlosti a směru proudění podle vynálezu, jehož podstatou je to, že obě nezávisle otočné clony jsou umístěny mezi světelným zdrojem a světlovodem ve tvaru prstence, do jehož obvodové stěny jsou zapuštěny fotocitlivé prvky. Stěny tohoto světlovodů mohou být vhodně vroubkovány a upraveny tak, aby odrážely světlo směrem dovnitř světlovodů.The above drawbacks are overcome by the photoelectric speed and flow sensor of the invention, which is based on the fact that the two independently rotatable orifices are located between the light source and the ring-shaped light guide into whose peripheral wall the photosensitive elements are embedded. The walls of the light guide can be appropriately serrated and adapted to reflect light inwardly of the light guide.

Hlavní výhody fotoelektrického snímače se světlovodem ve tvaru prstence podle vynálezu jsou v tom, že se zmenší počet potřebných fotocitlivých prvků pro snímání světelného paprsku, který prošel otvory v obou clonkách, což vede k podstatnému zjednodušení konstrukce vlastního snímače a vyhodnocovacích elektronických obvodů a k celkovému zvýšení jeho spolehlivosti.The main advantages of the ring-shaped photoelectric sensor according to the invention are that the number of photosensitive elements necessary for sensing the light beam that has passed through the apertures in both apertures is reduced, resulting in a substantial simplification of the sensor design and evaluation electronic circuits. reliability.

Dále je možné u snímače podle vynálezu dosáhnout větší přesnosti měřeni směru proudění a zmenšení mechanických rozměrů snímače jako celku.Furthermore, it is possible to achieve greater accuracy in measuring the direction of flow and to reduce the mechanical dimensions of the sensor as a whole with the sensor according to the invention.

Na připojených výkresech je na obr. 1 schematicky znázorněn příklad fotoelektrického snímače podle vynálezu. Na obr. 2 jsou naznačeny časové průběhy signálů na výstupech fotocitlivých prvků snímače po ztvarování elektronickými obvody. Na obr. 3 je uveden příklad zapuštění fotocitlivých prvků v tečném směru do vnější obvodové stěny světlovodů.In the accompanying drawings, FIG. 1 schematically shows an example of a photoelectric sensor according to the invention. Fig. 2 shows the waveforms of the signals at the output of the photosensitive elements of the sensor after being shaped by electronic circuits. Fig. 3 shows an example of embedding the photosensitive elements in a tangential direction in the outer peripheral wall of the light guides.

TOtoelektrický snímač podle obr. 1 sestává z první clony která je mechanicky spojená s prvním hřídelem 5_, na němž je upevněn element 6_ pro snímání rychlosti, kterým může být např miskový kříž.The TOoelectric transducer of FIG. 1 consists of a first orifice which is mechanically connected to a first shaft 5 on which a speed sensing element 6, such as a cross-over, is mounted.

Dále z druhé clony 1., mechanicky spojené s druhým hřídelem 2, na němž je upevněna směrovka 2» světelného zdroje T_ a světlovodů 2 ^ve tvaru prstence se zapuštěnými fotocitlivými prvky !)Furthermore, from a second orifice 1, mechanically connected to a second shaft 2, on which the rudder 2 of the light source T and the light guides 2 ^{in the} form of a ring with embedded photosensitive elements are fixed!

V první cloně 2 jsou kruhově uspořádané otvory 13., dále je v ní otvor 12 pro orientaci a další otvor 14 pro měření směru. Druhá clona 2 má jeden otvor 22. Součástí snímače je také jeden fotocitlivý prvek 10 pro snímání rychlosti proudění a úhlu natočení směrovky 2 a druhý fotocitlivý prvek 11 pro orientaci snímače.In the first orifice 2 there are circularly arranged openings 13, further there is an opening 12 for orientation and another opening 14 for measuring the direction. The second orifice 2 has one aperture 22. The sensor also includes one photosensitive element 10 for sensing the velocity and the angle of rotation of the rudder 2 and a second photosensitive element 11 for the orientation of the sensor.

První clona 2 ^a druhá clona 2 nezávisle otočné, jsou uspořádány tak, že jejich roviny jsou vzájemně rovnoběžné a oba hřídele 2 ^a Z i^sou v jedné ose, která prochází středem světlovodu 8.The first orifice plate 2 ^{and the} second orifice plate 2, independently rotatable, are arranged such that their planes are parallel to each other and both shafts 2 ^and Z 1 ^are aligned with one another, passing through the center of the light guide 8.

S rovinami clon 2 j® též rovnoběžná horní plocha H světlovodů 2· První clona 2 se otáčí úhlovou rychlostí, která je úměrná rychlosti proudění. Během každé její otáčky dopadá světlo otvorem 12 pro orientaci v první cloně 2 ^na fotocitlivý prvek 11 pro orientaci snímačeThe top surface H of the light guides 2 is also parallel to the planes of the orifices 2 · The first orifice 2 rotates at an angular velocity which is proportional to the flow velocity. During each of its revolutions, light falls through the aperture 12 for orientation in the first aperture 2 ^{on the} photosensitive sensor orientation element 11

Tento fotocitlivý prvek 11 pro orientaci snímače je připojen na vstup elektronického tvarovacího obvodu, který ze světelných signálů vytváří elektrické impulsy Uj označené na na obr. 2.This photosensitive sensor orientation element 11 is connected to an input of an electronic shaping circuit that generates electrical pulses Uj indicated in Fig. 2 from the light signals.

Snímač je možné mechanicky nastavit tak, aby fotocitlivý prvek 11 pro orientaci snímače byl nasměrován např. na sever. Pomocí fotocitlivého prvku 10 pro snímání rychlosti proudění a elektronických obvodů jsou vytvářeny elektrické impulsy U₂ průchodem světla kruhově uspořádanými otvory 13 v první cloně £.The sensor may be mechanically adjusted such that the photosensitive sensor orientation element 11 is directed, for example, to the north. By means of the photosensitive element 10 for sensing the velocity of flow and the electronic circuits, electrical impulses U ₂ are generated by the passage of light through the circularly arranged openings 13 in the first orifice 6.

Jejich časový průběh je znázorněn na obr. 2. Úhlové natočení druhé clony £ je dáno polohou směrovky £. Během každé otáčky první clony £ se její otvor 14 pro měření směru a otvor 15 v druhé cloně dostanou do takové polohy, že světlo ze zdroje 7 projde těmito otvory 14, £5 a dopadne na horní plochu H světlovodu £.Their time course is shown in FIG. 2. The angular rotation of the second orifice? Is given by the position of the rudder ?. During each revolution of the first diaphragm, its direction measuring aperture 14 and the aperture 15 in the second diaphragm are positioned such that light from the source 7 passes through these apertures 14,5 and falls on the upper surface 11 of the light guide.

Pomocí fotocitlivých prvků 9_, zapuštěných do obvodové s:-ny f-větlovodu £ a připojených na příslušné elektronické obvody, jsou pak vytvářeny elektrické urnulr-iy jejichž časový průběh je znázorněn na obr. 2.By means of the photosensitive elements 9 embedded in the circumferential circuit of the filament duct 6 and connected to the respective electronic circuits, electrical urines are generated, the time course of which is shown in FIG. 2.

Úhel natočení druhé clony £ vůči referenčnímu směru, například severu, je dán počtem elektrických impulsů fotocitlivého prvku 10 pro snímání rychlosti proudění mezi impulsy, vytvořenými fotocitlivými prvky 11 a 9_.The angle of rotation of the second orifice 6 relative to the reference direction, for example north, is given by the number of electrical pulses of the photosensitive element 10 for sensing the flow rate between pulses formed by the photosensitive elements 11 and 9.

Tyto elektrické impulsy udávající směr proudění, jsou znázorněny na obr. 2 a jejich počet je označen n. Prstencový^-tvar světlovodu 8. a umístění fotocitlivých prvků 9_ zabezpečují Že tyto fotocitlivé prvky zaregistrují světelné impulsy, vznikající překrytím otvoru £4 v první cloně a otvoru 15 v druhé cloně v celém rozsahu 0 až 36O^w.These electrical impulses indicating the flow direction are shown in FIGS. 2 and their number is denoted n. Annular ^- shaped light guide 8 and the location of the photosensitive elements 9 provide That these photosensitive elements register light pulses generated by overlapping the opening £ 4 in the first aperture, and the aperture 15 in the second orifice over the entire range of 0 to 36 ^w .

Vroubkováním spodní základny £ světlovodu 8 se dosáhne rozptylu světla uvnitř svétlovodi· ,áhu prstence. Úpravou povrchu vnější stěny a vnitřní obvodové stěny a vroubkované spodní • n aday S světlovodu 8., například nanesením světloodrazivé vrstvy s odrazem směrem dovnitř ’vu>.u £, se dále zlepší účinnost převodu světelných impulsů na elektrické signály pomocí _: . uych prvků £.By scoring the lower base 8 of the light guide 8, light scattering within the light guide 8 is achieved by the weight of the ring. By treating the surface of the outer wall and the inner peripheral wall and the knurled lower surface of the light guide 8, for example by applying a light reflective layer with an inward reflection, the efficiency of converting light pulses into electrical signals is further improved by _: elements £.

’t i i upuštění fotocitlivých prvků 9_ ^v tečném směru do vnější obvodové stěny světí z υ··.ί.;π na obr. 3. Na obr. 3 je také znázorněno vroubkování spodní základny svět]-Ί. chiioiogícky lze otvory 12, 13, 14 v první cloně £ a otvor 15 ve druhé cloně £ nahradit svetioprůchodnými ploškami nebo ryskami, například fotografickou cestou a podobně.The drop of the photosensitive elements 9 ^{in a} tangential direction to the outer circumferential wall shines from the angle of FIG. 3. FIG. For example, the apertures 12, 13, 14 in the first aperture 6 and the aperture 15 in the second aperture 6 may be replaced by light-transmitting patches or lines, for example, by a photographic path or the like.

Fotoelektrický snímač rychlosti a směru proudění podle tohoto vynálezu umožňuje při : .“lýc rozměrech a malé hmotnosti dosáhnout velkou přesnost měření směru proudění, například u meteorologických aplikací.The photoelectric velocity and direction sensor of the present invention allows high accuracy measurements of flow direction, for example in meteorological applications, to be achieved with dimensions and light weight.

Dále umožňuje získat elektrické výstupní signály udávající rychlost a směr proudění ve formě, která je vhodná pro další automatické zpracování a dálkový přenos.Furthermore, it allows to obtain electrical output signals indicating the speed and direction of flow in a form suitable for further automatic processing and remote transmission.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A photoelectric sensor of the velocity and direction of gas flow, in particular of air, with two independently rotatable orifice plates with apertures, the first orifice being mechanically coupled to a first shaft whose speed is proportional to the flow velocity and the second orifice is mechanically coupled to a second shaft whose angle of rotation given by the direction of flow, characterized in that the first orifice (4) and the second orifice (1), which are parallel to each other, are located between the light source (7) and the light guide (8), which is ring-shaped and into its peripheral wall embedded photosensitive elements // 9 /.

Photoelectric speed and flow sensor according to claim 1, characterized in that the base (S) of the light guide (8) facing away from the diaphragms (4, 1) is knurled.

Photoelectric speed and direction sensor according to Claims 1 and 2, characterized in that the photosensitive elements (9) are embedded in a tangential direction in the peripheral wall of the light guide (8).

4. Photoelectric speed and direction sensor according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the base (S) of the light guide (8), the outer peripheral wall of the light guide and the inner peripheral wall of the light guide (8) are light-reflective. /.