RU2168180C1 - Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2168180C1
RU2168180C1 RU2000121412A RU2000121412A RU2168180C1 RU 2168180 C1 RU2168180 C1 RU 2168180C1 RU 2000121412 A RU2000121412 A RU 2000121412A RU 2000121412 A RU2000121412 A RU 2000121412A RU 2168180 C1 RU2168180 C1 RU 2168180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speed
velocity
converters
electrical signal
converter
Prior art date
Application number
RU2000121412A
Other languages
English (en)
Inventor
А.В. Гусев
Г.А. Федотов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения" filed Critical Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения"
Priority to RU2000121412A priority Critical patent/RU2168180C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2168180C1 publication Critical patent/RU2168180C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к области исследования гидрофизических полей и могут быть использованы при проведении экологических исследований, в океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентных пульсаций скорости в морской среде. Одновременно осуществляют преобразование скорости в электрический сигнал с помощью трех преобразователей скорости в электрический сигнал, которые перемещают прямолинейно равномерно в исследуемой морской среде. Усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде определяют по расчетной формуле. Устройство содержит первый преобразователь скорости в электрический сигнал, второй и третий преобразователи скорости, идентичные первому преобразователю, расположенные на одной прямой линии с первым преобразователем скорости по обе стороны на равных расстояниях от него. Устройство также содержит блок вычисления функции и последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и масштабный блок. Обеспечивается определение усредненного значения квадратичных значений пульсаций скорости с низким уровнем энергии турбулентности. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретения относятся к области исследования гидрофизических полей и могут быть использованы при проведении экологических исследований, в океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентных пульсаций скорости в морской среде.
Для решения задачи определения статистических характеристик турбулентных пульсаций скорости в морской среде необходимо иметь высокочувствительный преобразователь скорости в электрический сигнал. Одной из причин, препятствующих определению статистических характеристик турбулентных пульсаций скорости в морской среде, является чувствительность преобразователя скорости к паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций преобразователя, установленного на подвижном носителе, например, на буксируемой линии, что не позволяет определять, в частности, усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости, которое является важнейшей энергетической характеристикой турбулентности.
В результате проведенных патентно-информационных исследований аналогов предлагаемых изобретений не обнаружено.
Задачей, решаемой изобретениями, является обеспечение возможности определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде с низким уровнем энергии турбулентности в условиях аддитивных вибрационных помех.
Сущность первого изобретения заключается в том, что в способе определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех одновременно осуществляют преобразование скорости в электрический сигнал с помощью первого преобразователя скорости в электрический сигнал, а также второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, расположенных на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал на равных расстояниях от него, при этом перемещают прямолинейно и равномерно в исследуемой морской среде жестко связанные между собой идентичные первый, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, а усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде определяют по формуле
Figure 00000002

где
Figure 00000003
усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде, (м/с)2;
U1, U2 и U3 - напряжения на выходах первого, второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, соответственно, В;
Figure 00000004
усредненное значение сигнала
Figure 00000005
B2;
KПР - коэффициент преобразования каждого из преобразователей скорости в электрический сигнал, В/(м/с);
λ1 и λ2 - верхняя и нижняя границы диапазона измеряемых пространственных неоднородностей соответственно, м;
R - расстояние от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, м;
F(λ12,R) - коэффициент, зависящий от отношений λ12 и R/λ2.
Сущность второго изобретения заключается в том, что устройство для определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех содержит жестко связанные между собой идентичные первый, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал и блок вычисления функции
Figure 00000006

где U - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, В;
К - масштабный коэффициент;
U1, U2 и U3 - напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, В.
Устройство содержит также последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и масштабный блок. При этом второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал на равных расстояниях от него, входы упомянутого блока вычисления функции с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно, его выход соединен со входом полосового фильтра, а выход масштабного блока является выходом устройства.
Сущность изобретений поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства,
на фиг. 2, 3 - схемы, поясняющие расположение преобразователей скорости в электрический сигнал,
на фиг. 4 - значения F(λ12,R) для различных отношений λ12 и R/λ2 для турбулентных пульсаций скорости в направлении движения преобразователей 1-3,
на фиг. 5 - значения F(λ12,R) для различных отношений λ12 и R/λ2 для турбулентных пульсаций скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения преобразователей 1-3 и перпендикулярном прямой линии, на которой расположены преобразователи 1-3,
на фиг. 6 - значения F(λ12,R) для различных отношений λ12 и R/λ2 для турбулентных пульсаций скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения преобразователей 1-3 и параллельном прямой линии, на которой расположены преобразователи 1-3.
На фиг. 1 обозначены:
1 - первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2 - второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3 - третий преобразователь скорости в электрический сигнал;
4 - блок вычисления функции (2);
5 - полосовой фильтр;
6 - квадратор;
7 - блок усреднения;
8 - масштабный блок;
На фиг. 2 обозначены:
1 - первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2 - второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3 - третий преобразователь скорости в электрический сигнал;
R - расстояние от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал.
На фиг. 3 обозначены:
1 - первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2 - второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3 - третий преобразователь скорости в электрический сигнал.
В соответствии с фиг. 1 устройство содержит идентичные первый, второй и третий преобразователи 1, 2, 3 скорости в электрический сигнал, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 4 вычисления функции (2).
К выходу блока 4 вычисления функции (2) подключены последовательно соединенные полосовой фильтр 5, квадратор 6, блок 7 усреднения и масштабный блок 8.
Преобразователи 1-3 скорости в электрический сигнал могут быть электромагнитного, термоанемометрического или иного другого известного типа.
Блок 4 вычисления функции (2) может быть выполнен, например, на операционных усилителях, реализующих функции суммирования и вычитания, или включать в свой состав многоканальный аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорный вычислитель функции (2).
Полосу пропускания полосового фильтра 5 выбирают в зависимости от пространственного масштаба анализируемых турбулентных неоднородностей и скорости движения подвижного носителя. Для решения поставленной задачи используют преимущественно диапазон пространственных неоднородностей от λ2= 0,01 м до λ1= 1,0 м. При фиксированной скорости V движения подвижного носителя этому диапазону соответствует диапазон рабочих частот Δf = fmin÷fmax. В частности, для λ2= 0,01 м, λ1= 1,0 м и V = 5 м/с Δf = 5-500 Гц. Если скорость подвижного носителя может изменяться, то верхнюю и нижнюю частоты диапазона рабочих частот выбирают соответственно из условий fmax= Vmax2 и fmin= Vmin1. Например, диапазону рабочих скоростей носителя V = 2,5-10 м/с и упомянутому выше диапазону от λ2= 0,01 м до λ1= 1,0 м соответствует полоса рабочих частот фильтра 5 Δf = 2,5-1000 Гц. Наилучшим вариантом выполнения фильтра 5 является его выполнение с возможностью ручной или автоматической перестройки полосы пропускания в зависимости от скорости движения носителя.
Время усреднения блока 7 выбирают по меньшей мере в 5-10 раз большим минимального периода колебаний на выходе полосового фильтра 5. Если полосовой фильтр 5 выполнен с перестройкой диапазона рабочих частот, то и блок 7 усреднения целесообразно выполнить с переменным временем усреднения, изменяющимся обратно пропорционально скорости движения подвижного носителя.
Масштабный блок 8 предназначен для масштабирования значения сигнала, полученного на выходе блока 7 усреднения. Его значение выбирают, как правило, равным 1/[K2•F(λ12,R)], где значения F(λ12,R) определяют на основании обработки экспериментальных данных. В частности, значения
Figure 00000007
для различных отношений λ12 и R/λ2 в случае, когда преобразователи расположены на одной прямой линии, перпендикулярной направлению движения преобразователей 1-3 (фиг. 3), приведены на фиг. 4, 5, 6.
Блоки 5-8 могут быть аналоговыми или цифровыми, что не влияет на сущность изобретения. Схемы построения блоков 5-8 хорошо известны.
Преобразователи 2 и 3 скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой с преобразователем 1 на расстояниях R от преобразователя 1 (фиг. 2). При этом прямая, на которой расположены преобразователи 1-3, может иметь в пространстве любое положение при условии сохранения работоспособности преобразователей 1-3. В частности, преобразователи 1-3 должны быть правильно ориентированы по отношению к направлению набегающего потока и не должны "затенять" друг друга.
Одним из оптимальных вариантов расположения преобразователей 1-3 по отношению к направлению потока является вариант, при котором преобразователи 1-3 расположены на прямой линии, перпендикулярной направлению набегающего потока (фиг. 3).
Минимальные расстояния R выбирают из условия отсутствия влияния преобразователей 1-3 друг на друга и превышения минимального масштаба измеряемых турбулентных пульсаций скорости. Максимальные расстояния R ограничиваются конструктивными возможностями и условиями соблюдения конструктивной жесткости взаимного расположения преобразователей 1-3. Обычно расстояния R составляют 0,1-1,0 м.
Определение усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех предлагаемым способом производят следующим образом.
Идентичные преобразователи 1, 2, 3, конструктивно жестко связанные между собой, перемещают прямолинейно равномерно в исследуемой морской среде (см. фиг. 2 и 3). Осуществляют одновременно преобразование скорости в электрический сигнал с помощью первого преобразователя 1 скорости в электрический сигнал, а также второго и третьего преобразователей 2 и 3 скорости в электрический сигнал. После обработки поступающих от преобразователей 1, 2, 3 сигналов определяют усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде по формуле (1). Благодаря вычитанию из выходного сигнала первого преобразователя 1 полусуммы сигналов с выходов второго и третьего преобразователей 2 и 3 обеспечивается компенсация аддитивных вибрационных помех. При этом определение истинного усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде обеспечивается учетом корреляционных связей сигналов с выходов преобразователей 1-3. Учет этих связей достигается применением коэффициента F(λ12,R).
При необходимости усредненные значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде могут определяться непрерывно в течение заданного периода времени при исследовании заданной акватории. В этом случае полученные значения регистрируются известными средствами, например самописцем и т.п.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Носитель, например буксируемая линия корабля экологического мониторинга, осуществляет перемещение в исследуемой среде жестко связанных преобразователей 1-3 скорости в электрический сигнал. Из выходного сигнала преобразователя 1 в блоке 4 происходит вычитание сигналов преобразователей 2 и 3 по формуле (2). После обработки в блоке 4 сигнал, свободный от вибрационных помех, фильтруется, возводится в квадрат и усредняется блоками 5, 6, 7. Сигнал, пропорциональный усредненному значению квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде, поступает на вход масштабного блока 8. В блоке 8 значение выходного сигнала корректируется с учетом значений коэффициентов передачи блоков 5, 6, 7 и коэффициента F(λ12,R).
Таким образом, предлагаемые изобретения позволяют определять усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех.
Представленное описание и чертежи позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить предлагаемое устройство в производстве и использовать его и предлагаемый способ в тех областях техники, где требуется определять параметры турбулентности, в том числе вести контроль состояния морской среды с подвижного носителя, что характеризует изобретение как промышленно применимое.

Claims (1)

1. Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех, характеризующийся тем, что одновременно осуществляют преобразование скорости в электрический сигнал с помощью первого преобразователя скорости в электрический сигнал, а также второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, расположенных на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал на равных расстояниях от него, при этом перемещают прямолинейно и равномерно в исследуемой морской среде жестко связанные между собой идентичные первый, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, а усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде определяют по формуле
Figure 00000008

где
Figure 00000009
усредненное значение квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде, м/с2;
U1, U2 и U3 - напряжения на выходах, первого, второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал соответственно, В;
Figure 00000010
усредненное значение сигнала
Figure 00000011
В2;
Кпр - коэффициент преобразования каждого из преобразователей скорости в электрический сигнал, В/(м/с);
λ1 и λ2 - верхняя и нижняя границы диапазона измеряемых пространственных неоднородностей соответственно, м;
R - расстояние от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, м;
F(λ12,R) - коэффициент, зависящий от отношений
Figure 00000012
и R/λ2.
2. Устройство для определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех, характеризующееся тем, что оно содержит жесткосвязанные между собой идентичные первый, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, блок вычисления функции
Figure 00000013

где U - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, В;
К - масштабный коэффициент;
U1, U2 и U3 - напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, В,
а также последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и масштабный блок, при этом второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал на равных расстояниях от него, входы упомянутого блока вычисления функции с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно, его выход соединен со входом полосового фильтра, а выход масштабного блока является выходом устройства.
RU2000121412A 2000-08-10 2000-08-10 Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления RU2168180C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000121412A RU2168180C1 (ru) 2000-08-10 2000-08-10 Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000121412A RU2168180C1 (ru) 2000-08-10 2000-08-10 Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2168180C1 true RU2168180C1 (ru) 2001-05-27

Family

ID=20239105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000121412A RU2168180C1 (ru) 2000-08-10 2000-08-10 Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2168180C1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marioli et al. Digital time-of-flight measurement for ultrasonic sensors
EP0572583B1 (en) Method and device for measurement of the flow velocities of gases and/or of quantities that can be derived from same
RU99100301A (ru) Способ измерения времени распространения звукового сигнала в текучей среде и способ измерения скорости потока текучей среды
RU2168180C1 (ru) Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления
US8024136B2 (en) Method for signal processing of measurement signals of a vortex flow transducer
RU2184378C1 (ru) Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех
RU16033U1 (ru) Устройство для определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех
RU2180758C1 (ru) Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления
JP4077092B2 (ja) ドップラ周波数測定方法およびドップラソナー
RU2165623C1 (ru) Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
Marioli et al. Digital time of flight measurement for ultrasonic sensors
RU18856U1 (ru) Устройство для определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех
RU18855U1 (ru) Устройство для определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех
RU2177622C1 (ru) Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
RU2006072C1 (ru) Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме
RU15137U1 (ru) Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
RU2754602C1 (ru) Способ классификации гидроакустических сигналов шумоизлучения морского объекта
RU2175449C1 (ru) Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
RU18854U1 (ru) Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
RU2104521C1 (ru) Устройство для определения линии развития протяженной турбулентной аномалии с подвижного носителя
RU2760744C1 (ru) Способ измерения частоты модуляции
RU2758342C1 (ru) Спектральный способ измерения девиации частоты
KR102704750B1 (ko) 복수 단계의 다운 샘플링을 수행하는 유속 센서 및 이의 동작 방법
RU2760104C1 (ru) Способ определения радиальной скорости объекта
RU2164691C1 (ru) Устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner