RU1800368C - Акустический датчик скорости течени - Google Patents

Description

дит уменьшение возмущений потока, св занных с обтеканием стоек датчика.

При такой конструкции датчика обеспечиваетс  равна  чувствительность похаза- ний по ос м ОХ и OY,  вл ющихс  соответственно нормальной и поперечной относительно осей прибора.

На фиг. 1 представлена конструкци  датчика скорости; на фиг. 2 - взаимное расположение совмещенных под углом 120° пъезоакустических преобразователей.

Датчик скорости содержит три стойки 1-3, установленные на приборе4. На концах стоек установлены совмещенные под углом 120° пъезоакустические преобразователи. Оси стоек 1-3 наклонены относительно продольной оси OZ прибора 4, а их концы сход тс  на этой оси. На противоположных концах стоек установлены совмещенные пъезоакустические преобразователи так, что на плоскости, где наход тс  указанные пъезоакустические преобразователи, они образуют равносторонний треугольник, как

это показано на фиг. 2. Кажда  из сторон этого треугольника дл.йной L совпадает с трассой распространени  гидроакустических сигналов. Одна из сторон или трасс

между концами стоек 1 и 3 коллинеарна продольной оси OZ прибора 4. Втора  сторона (трасса) между концами стоек 2 и 3 соответствует такому положению стоек 2 и 3, что ее проекци  на нормальную плоскость

XOY образует с нормальной осью ОХ прибора 4 и с поперечной осью OY углы, равные 45°, как это показано на фиг. 1.

Координаты пъезоакустических преобразователей , установленных на концах стоек 1-3, равны в системе координат прибора OXY соответственно (XiYi), CteYa), (ХзУзО), причем Xi - Хз, YI Уз.

Таблица направл ющих косинусов между трассами распространени  гидроакустических сигналов 12, 23, 13 и ос ми прибора OX, OY и OZ после вычислений представл етс  следующим образом:

-1

Л

(Х2 - Xi) L 1 Vi2 + (Хз - Х2) V12+ (Y3-Y2) V12-Z2 -L 1 -V23 +

f1x

Составл ющие вектора скорости течени  в системе координат прибора Vx, Vy и Vz определ ютс  по показани м составл ющих вектора скорости вдоль трасс 12, 23 и 13, равных соответственно Viz, Vaa и Via из соотношений

Vx

XV23,,

Vy - (Y2 - Yi) L 1

XV23,.

vz(z2-zi)i;1

+ Via. Проекции Xi - Хз, Yi Уз вследствие перпендикул рности оси 13 плоскости XOY; Хз Ys, Xz Y2 вследствие того, что проекци  оси 23 на плоскость XOY составл ет с ос ми ОХ и OY углы 45°, величина Zt - L Если обозначить рассто ние Хз - Ха Ys - Y2 величиной d, то соотношени  дл  составл ющих вектора скорости Vx, Vy и Vz определ ютс  следующим образом:

Vx - - d L1 Viz + d V23,

Vy - d L1 Vl2 + d L 1 V23, ,

Vz (& - L) L 1 Viz - Za Г1 V23.+Vi3 Из последнего соотношени  следует, что показани  по нормальной и продольной ос м прибора при такой конструкции датчика симметричны относительна показаний датчика по двум из трех осей, образующих косоугольную систему координат.

25 Работа датчика осуществл етс  следующим образом.

В режиме позиционных измерений прибор 4 устанавливают в фиксированной точке (например, устанавливаетс  на  корной ли30 нии автономной буйковой станции, на заданных отрезках троса с борта судна или с океанографической платформы). Горизонтальный поток обтекает датчик скорости, причем в заданные моменты времени про35 извод тс  излучени  и приемы гидроакустических сигналов вдоль трасс между вершинами стоек 1-3. Может быть использована одна из многих известных схем гидроакустических измерителей скорости. В

40 рабочем объеме датчика на пути горизонтального течени  наход тс  три стойки 1-3, кажда  из которых наклонена по отношению к горизонтальной оси течени .

Выполненный выше анализ показал, что

45 предложенна  конструкци  датчика обеспечивает симметричные соотношени  горизонтальных составл ющих скорости течени  в системе координат прибора относительно показаний датчика вдоль двух

50 трасс акустических сигналов (между точками- 12 и 23, фиг. 1). Искажение потока за счет обтекани  стоек  вл етс  минимальным, так как число стоек минимально (три) и все они наклонены относительно горизонтального течени  (если, например, наклон стоек к горизонтальной плоскости равен 45°, гидродинамическое сопротивление каждой из них составл ет 35 % от сопротивлени  нормального обтекани  цилиндрической стой- ки, которое используетс  в известных конструкци х). За счет этого обеспечиваетс  повышение достоверности измерени  составл ющих горизонтального вектора скорости.

В режиме зондировани  (вертикального или горизонтального) прибор движетс  в потоке со скоростью, направленной вдоль продольной оси 02, причем эта скорость обычно превышает естественную скорость течени , котора  измер етс  датчиком. Если результирующий вектор скорости (движени  прибора и естественного течени ) совпадает с приборной осью 02, объем датчика  вл етс  открытым, а сопротивление торцевой части корпуса прибора 4 радикально уменьшаетс  приданием ему гидродинамически обтекаемой формы. Стойки наклонены относительно вектора скорости, за счет чего их сопротивление относительно невелико, а их число в рабочем объеме минимально (три), что в 2,33 раза меньше, чем в прототипе.

При по влении нормальных по отношению к вектору скорости движени  прибора 4 составл ющих вектора скорости, вызванных естественным течением, результирующий вектор скорости может в общем случае произвольно ориентироватьс  относительно стоек. При этом возможна ситуаци  уве- личени  угла между результирующим вектором скорости и одной из стоек и возрастание ее гидродинамического сопротивлени , причем соответствующие углы относительно двух других стоек будут

уменьшатьс  и их сопротивление будет падать . За счет этого общий уровень возмущений потока в рабочем объеме датчика увеличиватьс  не будет при любом произвольном изменении угла между результирующим вектором скорости и продольной осью прибора 02. В режиме зондировани , как ив позиционном режиме, обеспечиваютс  минимальные возмущени  потока в рабочем объеме датчика и за счёт этого повышаетс  достоверность его показаний. Таким образом, конструкци  акустического датчика скорости течени  вносит минимальные возмущени  в поле скорости в его рабочем объеме за счет минимального числа стоек с пъезоакустичеекими преобразовател ми и их наклонного расположени  по отношению к вектору .скорости течени  как в позиционном режиме использовани  датчика, так и в режиме зондировани . За счет этого обеспечиваетс  повышение точности измерений скорости течени .

Формул а изобретени   Акустический датчик скорости течени , содержащий корпус, на нижнем торце которого установлено три наклонных стойки, на каждой из которых установлено по одному излучателю пъеэоакустических сигналов, три приемника акустических сигналов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , наклонные стойки выполнены разной длины, излучатели и приемники акустических сигналов объединены в пары, при этом их излучающие и приемные поверхности совмещены в каждой паре под углом в 120°, причем пары излучатель-приемник расположены в плоскости, лежащей под углом в 45° по отношению к нормальной и поперечной ос м корпуса прибора.