RU211963U1

RU211963U1 - Измеритель составляющих горизонтальной скорости ветра

Info

Publication number: RU211963U1
Application number: RU2022102379U
Authority: RU
Inventors: Алексей Леонидович Переверзев; Андрей Николаевич Серов; Андрей Павлович Панов; Илья Николаевич Мочегов
Filing date: 2022-02-02
Publication date: 2022-06-29

Abstract

Полезная модель относится к метеорологическим устройствам, предназначенным для измерения составляющих горизонтальной скорости ветра. Сущность: измеритель составляющих горизонтальной скорости ветра содержит корпус (1), имеющий основание (2) с отражателем (8) и четыре не соединенных между собой углубления (3). В каждом из углублений (3) установлен акустический приемопередатчик (6) через соответствующий виброизолятор (7). Оси акустических приемопередатчиков (6) параллельны и направлены вниз к отражателю (8). Технический результат: снижение влияния неоднородности воздушного потока на результаты измерений. 1 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области приборостроения, а именно к технике измерения параметров ветра, в частности предназначена для измерения продольной и поперечной составляющей горизонтальной скорости ветра, и может быть использована в составе объектов различного назначения, в том числе для метеостанций в составе систем экологического мониторинга и объектов спецтехники, эксплуатирующихся в сложных условиях.

Известны устройства для измерения скорости воздушных потоков ультразвуковым методом - ультразвуковые анемометры [1, 2]. Принцип действия основан на измерении времени прохождения звуковой волны в воздухе, которое изменяется в зависимости от скорости воздушного потока.

Известен прибор метеорологический автоматизированный [3]. Он содержит трехкоординатный ультразвуковой анемометр и другие датчики: датчик температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности, температуры почвы, электромагнитный компас и пульт оператора.

Недостатком известного прибора метеорологического автоматизированного является способ крепления ультразвуковых датчиков, не обеспечивающий необходимые геометрические размеры между акустическими осями ультразвуковых датчиков в сложных условиях эксплуатации при ударах и вибрациях.

Также известно устройство ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений [4]. Прибор состоит из пар ориентированных на встречу друг другу излучателей и приемников, соединенного с ним устройства измерения временных интервалов, подключенного к основному вычислительному устройству, с электронным датчиком температуры, устройством сравнения, дополнительным вычислительным устройством, ветрозащитного бокса-контейнера и датчика сигнала его закрытия.

Недостатком ультразвукового термоанемометра является способ крепления ультразвуковых датчиков, не обеспечивающий необходимые геометрические размеры между акустическими осями ультразвуковых датчиков в сложных условиях эксплуатации при ударах и вибрациях.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является акустический анемометр [5]. Прибор состоит из вычислительного устройства, подключенных к нему датчика температуры, генератора электрических сигналов и предварительного усилителя, а также двух пар приемников акустического сигнала, расположенных на поддерживающей структуре на равных расстояниях от центра осей связанной системы координат, лежащей в плоскости, параллельной плоскости поддерживающей структуры, с устройством коммутации, акустическим отражателем, соединенным с поддерживающей структурой, четырех виброизоляторов, при этом приемники акустических сигналов выполнены в виде обратимых акустических приемопередатчиков, выходы которых подключены к входам устройства коммутации, выход которого подключен к входу предварительного усилителя, выход генератора подключен к другому входу устройства коммутации, управляющий вход устройства коммутации подключен к вычислительному устройству, обратимые акустические приемопередатчики установлены на поддерживающую структуру через виброизоляторы и наклонены в вертикальной плоскости навстречу друг другу на одинаковые углы, акустический отражатель удален от поддерживающей структуры на высоту, равную половине расстояния между обратимыми акустическими приемопередатчиками одной оси, деленную на тангенс угла наклона обратимых приемопередатчиков.

Однако практическая реализация известного акустического анемометра в соответствии с предложенной схемой расположения приемопередатчиков на поддерживающей структуре требует установки отражателя на стойках, которые изменяют распределение воздушных потоков в зоне измерения. Также важным является направление осей акустических приемопередатчиков, расположенных на поддерживающей структуре. Наклон акустических осей и, соответственно, корпусов акустических приемопередатчиков приводит к увеличению габаритов акустического анемометра. Математическое моделирование воздушных потоков, возникающих в зоне измерения скорости ветра в конструкции, построенной на базе известного патента, показывает значительные нелинейные распределения воздушных потоков, возникающих за счет стоек, соединяющих отражатель и поддерживающую структуру, а также за счет возвышения корпусов акустических приемопередатчиков над поддерживающей структурой.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение неоднородности воздушного потока, проходящего через зону измерения продольной и поперечной составляющей скорости ветра при работе устройства в сложных условиях эксплуатации при ударах и вибрациях.

Выполнение поставленной задачи обеспечивается устройством, состоящим из двух пар обратимых акустических приемопередатчиков, расположенных на корпусе - поддерживающей структуре на равных расстояниях от центра осей связанной системы координат, лежащей в плоскости, параллельной поддерживающей структуры, четырех виброизоляторов, причем акустические приемопередатчики установлены на поддерживающую структуру через виброизоляторы, акустического отражателя, отличающимся тем, что акустические приемопередатчики установлены в четыре, не соединенных между собой углубления корпуса, при этом оси акустических приемопередатчиков параллельны и направлены вниз к отражателю, а отражатель установлен на основание и поднят над ним.

На фиг. 1 - изображено расположение элементов устройства, где

1 - корпус;

2 - основание,

3 - углубление корпуса,

4 - две стойки с внутренними отверстиями для монтажа проводов,

5 - две стойки без внутренних отверстий,

6 - четыре обратимых акустических приемопередатчика,

7 - четыре виброизолятора,

8 - акустический отражатель.

Схема состоит из четырех акустических приемопередатчиков 6, установленных в корпусе 1 через виброизоляторы 7 в четырех не соединенных между собой углублениях корпуса 3. Основание 2, расположенное параллельно поверхности корпуса 1, соединено с корпусом двумя стойками с внутренними отверстиями для монтажа проводов 4 и двумя стойками без внутренних отверстий 5, отражатель 8 установлен на основании 2 так, чтобы параллельные акустические оси датчиков 6 были перпендикулярны его поверхности. Акустические приемопередатчики расположены на корпусе на равных расстояниях от центра осей связанной системы координат XYZ, лежащей в плоскости, параллельной плоскости корпуса, акустические оси приемопередатчиков направлены внутрь периметра отражателя.

В отличие от устройства-прототипа приемопередатчики 6 установлены в углубления корпуса 3, а отражатель 8 поднят над основанием 2, что позволяет снизить влияния неоднородности воздушного потока, проходящего через зону измерения продольной и поперечной составляющей скорости ветра.

Моделирование распределения воздушных потоков в зоне акустического измерения, а также экспериментальные данные показали, что приведенная выше конструкция: расстояние между акустически связанными парами ультразвуковых датчиков 30 мм, расстояние от поверхности датчика до поверхности отражателя 31 мм, габариты измерительного модуля, В×Ш×Д 89,5 мм × 65 мм × 107 мм, размеры стойки (4-12) мм × 8 мм, стойки 5 - ∅ 4 мм обеспечивает необходимую точность измерения продольной и поперечной составляющей скорости ветра ±1,5 м/с в диапазоне скоростей ветра от 0 м/с до 25 м/с, при этом дополнительная нелинейность распределения воздушных потоков, вызванная стойками 4 и 5, компенсируется математическими методами на этапе обработки измеренных приемопередатчиками данных.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет снизить влияние неоднородности воздушного потока, проходящего через зону измерения продольной и поперечной составляющей скорости ветра при работе в сложных условиях эксплуатации.

Источники информации:

1. Серов А.Н., Панов А.П., Мочегов И.Н. Особенности построения датчиков ветра, работающих в составе объектов специального назначения // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2014. - №12. Ч. 2. - С. 163-172.

2. А.А. Тихомиров. Ультразвуковые анемометры и термометры для измерения пульсаций скорости и температуры воздушных потоков. Обзор. // Оптика атмосферы и океана, 23, №7, 2010, с. 585-600.

3. Патент РФ на изобретение №2466435.

4. Патент РФ на изобретение №2319987.

5. Патент РФ на полезную модель №153990-прототип.

Claims

Измеритель составляющих горизонтальной скорости ветра, состоящий из двух пар обратимых акустических приемопередатчиков, расположенных на корпусе - поддерживающей структуре на равных расстояниях от центра осей связанной системы координат, лежащей в плоскости, параллельной поддерживающей структуры, четырех виброизоляторов, причем акустические приемопередатчики установлены на поддерживающую структуру через виброизоляторы, акустического отражателя, отличающийся тем, что акустические приемопередатчики установлены в четыре не соединенных между собой углубления корпуса, при этом оси акустических приемопередатчиков параллельны и направлены вниз к отражателю, а отражатель установлен на основание и поднят над ним.