SU1696865A1

SU1696865A1 - Инерциальный волнограф

Info

Publication number: SU1696865A1
Application number: SU884497433A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Дубинский; Наталья Юрьевна Мордашова; Андрей Валентинович Ференец
Original assignee: Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и позвол ет повысить точность регистрации профил волнени на водной поверхности при метеорологических и океанографических исследовани х. Цель повышение точности. Цель достигаетс за счет коррекции сигнала, пропорционального вертикальному ускорению поплавка, плавающего на водной поверхности. Дл выдапени информации и осуществлени коррекции сигнала испопьзуютс два вертикально направленных , разнесенных на одинаковое рассто ние от центра масс поплавка акселерометра 4 и ориентированный перпендикул рно к ним третий акселерометр, закрепленный в центре масс поплавка. Акселерометры соединены со схемой обработки и выделени информативного сигнала, что позвол ет проводить компенсацию составл ющих погрешности измерени профил волнени , возникающих в результате наклонов поплавка и его горизонтальных ускорений. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам дл измерени параметров ветровой волны, и может быть использовано, например, при метеорологических и океанографических исследовани х.

Целью изобретени вл етс повышение точности за счет уменьшени вли ни ошибок, обусловленных действием горизонтальных ускорений,

На фиг, 1 изображен предлагаемый волнограф и приведена структурна схема обработки информативных сигналов; на фиг, 2 - схема составл ющих ускорений.

На фиг. 1 обозначено: 1 - поплавок, 2 - флюгер. 3 - груз, 4 - вертикально ориентированные акселерометры, 5 - горизонтально ориентированный акселерометр, 6 - первый сумматор, 7 - первый делитель, 8 - первый разностный усилитель, 9 - четвертый делитель, 10- первый двойной интегратор , 11 - регистратор, 12 -третий разностный усилитель, 13 - второй делитель, 14 - умножитель, 15-первый источник опорного напр жени , 16 - второй сумматор, 17 - второй источник опорного напр жени , 18 - второй разностный усилитель, 19 - второй двойной интегратор, 20 и 21 - первый и второй функциональные преобразователи, 22 - третий делитель, 23 - квадратор, 24 - масштабный усилитель.

Поплавок 1 жестко св зан с ориентированными взаимно перпендикул рно акселерометрами 4 и 5, а также с флюгерам 2 и грузом 3. Выходы акселерометров 4 св заны с входами сумматора 6 и первого разностного усилител 18. Выход первого разностного усилител 18 через первый двойной интегратор 19 и первый функциональный преобразователь 20 св зан с первым входом

О

ю

00

о

первого делител 7, а с вторым его входом св зан выходом сумматора 6. Выход делител 7 и выход первого источника 15 опорного напр жени соединень через второй разностный усилитель 8, второй делитель 9 и второй двойной ин I егратор 10 с регистратором 11 профил волнени . Выход первого двойного интегратора 19 через второй функциональный преобразователь 21 соединен с первым входом четвертого делител 22, а с вторым его входом соединен выход первого функционального преобразовател 20. Выход делител 22 соединен с входом умножител 14 непосредственно и через кзздратор 23 с входом второго сумматора 16, второй вход которого соединен с вторым источником 17 опорного напр жений. Выход второго сумматора 16 св зан с вторым входом второго делител 9. Выход третьем акселерометра 5 соединен с третьим входом второго разност- ного усилител 8 через последовательно соединенные третий разгостный усилитель 12, третий делитель 13 и умножитель 14. Выход второго функционального преобразовател 21 соединен с вторым входом третьего раз- постного усилител 12 через масштабный усилитель 24, а аыход первого функционального преобразоазтеп 20 соединен с вторым входом третьего делител 13.

Интегральный волнограф работает еле- дующим образов.

При ветровом волнении вс измерительна система ориентируетс гдким образом , что ос1 Алюгера становитс параллепьно направлению распространени полны. Нал и- чие груза 3 обеспечиваетустойчивость конструкции и уменьшает ее горизонтальные перемещение. Поплаоок 1 жестко св зан с двум вертикально ориентированными акселерометрами 4, которые разнесены от него на одинаковое рассто ние в ппоскости флюгера 2. Третий акселеромет р 5, закрепленный в центре масс, ориентирован горизонтально походу распространени волн.

Акселерометры 4 выдают сигналы, включающие следующие составл ющие (см. фиг. 2):

первый акселерометр

составл юща от вертикального ускорени ву ау созг(например,с полохитель- ным знаком):

-составл юща от ускорени свободного падени ag a g cosv (например, с отрицательным знаком);

- составл юща от горизонтального ус- корени ах a/sinv (например, с положительным знаком);

( - составл юща от углового ускорени av , где Li- рассто ние о г центра масс

обьекта до первого акселерометра (например , с положительным знаком), второй акселерометр

-составл юща от вертикального ускорени ay aycosv (соответственно с положительным знаком);

-составл юща от ускорени свободного падени ag gcos v (соответственчо с отрицательным знаком),

-составл юща от горизонтального ускорени ах - ayslrvv {соответственно с положительным знаком);

,, - составл юща от углового ускорени , где LI - рассто ние от центра масс до второго акселерометра (в соответствии с отрицательным знаком).

Сигнал с акселерометра 5 содержит следующие составл ющие:

-составл юща от горизонтального ускорени ах axcosv (соответственно с положительным знаком);

-составл юща от вертикального ускорени ay aysinv (соответственно с отрицательным знаком);

-составл юща от ускорени свободного падени ag gslrvv (соответственно с положительным знаком).

Таким образом, сигналы акселерометра 4 и 5 могут быть описаны следующими выражени ми:

3,; aycos v - gcos v + axsin v + i Li, a aycos v - gcos v + axsln v - v L.2, a - axcos v - aysin v + gstnv, Если акселерометры идентичны и рассто ние от центра масс до акселерометров 4 равны Li La L, тогда суммарный сигнал с двух акселерометров А, формируемый сумматором 6 (с коэффициентом передачи 1 /2), может быть описан выражением а + а (ау -.g)cos v+- axsin v . Разностный сигнал акселерометров 4, формируемый разностным усилителем 18, имеющим коэффициент передачи 1/2, в этом случае запишетс в виде

а-а Lv,

причем коэффициент L определ ет чувствительность устройства по угловому ускорению .

Дл получени информации по углу vcnmafl с разностного усилител 18 необходимо дважды проинтегрировать. Таким образом , выходной сигнал интегратора 19 пропорционален углу V , который функциональные преобразователи 20 и 21 преобразуют в соответствии с функци ми косинуса cos v и синуса sin v соответственно. Деление сигнала с сумматора б на сигнал с фун- щионапьного преобразовател 20

происходит в делителе 7, выходной сигнал которого может быть записан в виде

U ау - g 4 axtg v .

Сигнал с функционального преобразовател 21, пропорциональный синусу угла наклона, через масштабный усилитель 24 с коэффициентом усилени , равным ускорению свободного падени , поступает на один из входов разностного усилител 12, на второй вход которого подаетс сигнал с акселерометра 5. Таким образом компенсируетс составл юща от ускорени свободного падени в сигнал с горизонтально расположенного акселерометра 5. Сигнал с разностного усилител 12 будет пропорционален величине

Ui2 axcosv -aysim.

В делителе 13 происходит деление сигнала с разностного усилител 12 на сигнал, пропорциональный косинусу угла наклона с функционального преобразовател 20:

Ui3 ax-aytgv .

После этого сигнал с делител 13 поступает на один из входов умножител 14.

В делителе 22 производитс деление сигналов с функциональных преобразовате- лей 20 и 21, пропорциональных соответственно косинусу и синусу угла наклона так, что выходной сигнал делител 22 пропорционален тангенсу угла наклона. Далее этот сигнал подаетс на вход квадратора 23 и на второй вход умножител 14. выходной сигнал с которого описываетс формулой

Ui4 axtg -aytg2v.

Вычитание сигнала, пропорционального ускорению свободного падени с источ- ника 15 опорного напр жени , и сигнала с умножител 14 из сигнала с делител 7 производитс разностным усилителем 8. Его выходной сигнал будет пропорционален величине

U8;-ay(1 +tg2V).

Дл устранени вли ни на полученный сигнал угла наклона v в сумматоре 16 производитс сложение сигналов, поступающих с квадратора 23 и с источника опорного напр жени , пропорциональных квадрату тангенса угла наклона v и единичному сигналу . В этом случае суммарный сигнал, подаваемый на один из входов делител 9 с сумматора 16, будет иметь вид

U16-1 + tg2v.

На второй вход делител 9 подаетс сигнал с разностного усилител 8. Сигнал с делител 9. пропорциональный вертикальному ускорению поплавка, дважды интегрируетс в интеграторе 10 и регистрируетс в регистраторе 11.

В качестве акселерометров могут быть использованы датчики типа ДЛУММ (датчик линейных ускорений микроминиатюрный).

Источники опорного напр жени , разностные усилители и сумматоры могут быть выполнены на базе серийных операционных усилителей серии 140; умножитель, квадратор , масштабный усилитель и делители на базе микросхем серии 525; интеграторы могут быть выполнены, например, с частотно-зависимыми обратными св з ми, позвол ющими производить интегрирование в заданном диапазоне частот; функциональные преобразователи могут быть выполнены, например, на базе аналого-цифрового преобразовател 572ПВ1, посто нного запоминающего устройства 568РЕ1 и цифроаналогового преобразовател 572ПА2. В качестве регистратора может быть использован шлейфовый осциллограф , матитный накопитель и др.

При использовании инерциального волнографа обеспечиваютс необходима точность , достоверность и информативность современных метеорологических и океанографических исследований.

Claims

Формула изобретени

Инерциальный вопнограф. содержащий поплавок с грузом и флюгером, первый и второй вертикальные акселерометры, расположенные в плоскости флюгера и разнесенные на равные рассто ни относительно центра масс устройства, первый источник опорного напр жени , св занный через первый разностный усилитель и первый двойной интегратор с регистратором, второй разностный усилитель, входами подключенный к первому и второму вертикальным акселерометрам, а выходом через второй двойной интегратор, первый функциональный преобразователь и первый делитель - к входу первого разностного усилител , и первый сумматор, включенный между первым и вторым вертикальными акселерометрами и первым делителем, о т- личающийс тем, что, с целью повышени точности за счет уменьшени вли ни ошибок, обусловленных действием горизонтальных ускорений, он снабжен последовательно соединенными горизонтальным акселерометром, расположенным в центре масс устройства, третьим разностным усилителем , вторым делителем и умножителем, подключенным к соответствующему входу первого разностного усилител , выполненного трехвходовым, последовательно соединенными вторым функциональным преобразователем , подключенным к выходу второго двойного интегратора, третьим делителем, квадратором, вторым сумматором и четвертым делителем, через который осуществлена св зь первого разностного усилител с

первым двойным интегратором, выход первого функционального преобразовател соединен с соответствующими входами второго и третьего делителей, выход последнего св зан с соответствующим входом умнехител , второй функциональный преобразователь соединен с третьим разностным усилителем через введенный масштзб- ный усилитель, а введейнмй второй источник опорного напр жени подключен к соответствующему входу второго сумматора .

Фиг. 1

«а

«41 o