SU206924A1 - УСТРОЙСТВО дл ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА - Google Patents

Description

Известны устройства дл  измерени  параметров ветра, содержащие блок ветроприемников с флюгаркой и винтом, импульсные преобразователи и измерительный блок.

Предложенное устройство отличаетс  от известных тем, что оно имеет два дополнительных бесконтактных импульсных датчика, подвижна  часть которых укреплена на горизонтально расположенной шестерне конической пары, св зывающей эти датчики с осью винта. Блок ветроприемников снабжен индикатором положени  флюгарки в виде магнитного полукольца, укрепленного на корпусе блока, и неподвижной контактной пары. Измерительный блок имеет логическую схему с распределителем, электрически св занным с импульсными датчиками и контактной парой дл  автоматического выбора начала отсчета углов в зависимости от состо ни  контактной нары. Кроме того, этот блок снабжен св занным с опорным датчиком скорости генератором импульсов, выход которого подключен к счетчику импульсов. Все это позвол ет повысить точность измерени  устройства, его надежность , а также измер ть среднее направление ветра и автоматически представл ть направление ветра в св зи с его скоростью.

Винт 1 блока ветропрнемников, вращающийс  вокруг горизонтальной оси 2 вместе с флюгаркой 3, может также вращатьс  вокруг неподвижной вертикальной стойки 4. Па оси 2 и стойке 4 смонтирована нара конических щестерен 5 н 6 с передаточным отношением , причем шестерн  6 может вращатьс  вокруг стойки 4 как за счет вращени  винта, так и при повороте флюгарки 3.

0 Па оси 2 и стойке 4 смонтированы три бесконтактных импульсных датчика, состо щих из подвижных 7, 8 и фиксированных 9-11 частей. При этом подвижна  часть 7 и фиксированна  часть 9 составл ют опорный дат5 чик скорости ветра, вырабатывающий опорные импульсы (ОС), а подвижна  часть 8 совместно с фиксированными част ми 10 и 11, раеположеннымн на одной окружности нод 180° один относительно друтого, - пер0 вый и второй дополнительные датчики, вырабатывающие соответственно импульсы С1 н С2.

Па корпусе блока ветроприемников в строго определенном положении (относительно дополнительных датчиков) закреплен индикатор положени  флюгарки, состо щий из герметизированной контактной нары 12 и посто нного нолукольцсвого магнита 13. разующий фазовый сдвиг между импульсами ОС, С1, С2 в перепады напр жени , длительность которых равна указанному сдвигу; распределитель 15, коммутирующий на вход формировател  14 нмпульсы С/ или С2 в зависимости от состо ни  контактов контактной пары 12 индикатора положени  флюгарки; генератор 16, модулирующих нмпульсов; отметчик 17 времени; регзлируемый делитель 18 частоты; модул тор 19 измерительных перепадов , сформированных узлом 14; коммутатор 20, управл емый распределителем 15; клапан 21, управл емый распределителем 15; схему 22, осуществл ющую счет числа импульсов ОС за интервал времени, периодически вырабатываемый отметчиком времени 17, и запоминающа  наибольщее из сосчитанных чисел; счетчик 23 числа нмпзльсов ОС; счетчики 24-26 чисел импульсов. Коммутатор 20 подключает вход модул тора 19 ко входу счетчиков 24 или 25 в зависимости от состо ни  распределител  15. Клапан 21 пропускает импульсы генератора 16 на вход счетчика 26 числа импульсов в одном из состо ний распределител  15. Устройство работает следующим образом. Под вли нием набегающего нотока випт приводит во вращение ось 2, вместе с которой вращаютс  жестко закрепленные па ней коническа  шестерн  5 и подвижна  часть 7 опорного датчика положени . Коническа  шестерн  передает вращение конической шестерне 6 и закрепленной на ней подвижной части 8 дополнительных датчиков. Шестерн  6, а с ней и подвижна  часть 8 этих датчиков, кроме того, может поворачиватьс  и под действием поворота флюгарки 3. Таким образом, коническа  шестерн  6 может врашатьс  за счет двух независимых суммирующихс  воздействий . При прохождении подвижных частей 7 и S над фиксированными част ми 9 датчиков генерируютс  импульсы напр жени . Таким образом, при вращении конических шестерен 5 т 6 генерируетс  три серии импульсов: ОС, С1 и С2. Частота следовани  импульсов каждой серии одинакова и пропорциональна мгновенной скорости ветра. Регулировкой можно добитьс  такого положени , что при исходном положении флюгарки 3 импульсы ОС и С1 совпадают но фазе. При повороте флюгарки на угол ф относительно исходного положени  шестерн  6 с подвижной частью 8, помимо ее непрерывного вращени  от винта, дополнительно новернетс  на тот же угол ф (так как передаточное отношение 1:1). Вследствие этого сери  импульсов С1 получит фазовый сдвиг ф относительно серии импульсов ОС. Этот сдвиг равен углу поворота флюгарки 3 относительно неподвижной части прибора, т. е. изменению направлени  ветра. нахождении флюгарки в секторе 270° - О - 90 и разомкнзтое - в секторе 270°-180°- 90°. Может быть выбрано и другое взаимное положение элементов индикатора. РТмпульсы ОС, генерируемые опорным датчиком , импульсы С1 и С2, а также состо ние контактов 12 индикатора передаютс  в измерительный блок устройства (см. фиг. 2). Схема из.л1ерени  среднего направлени  построена с учетом того факта, что отыскание направлени  как среднеарифметического р да измерений возможно только дл  мгновенных значений, отличающихс  друг от друга не более чем на 180° (при обходе в онределенном направлении). В частности, недопустимым в нропессе осреднени   вл етс  и нереход текущих значений нанравлени  через начало отсчета углов. Дл  исключени  вли ни  последнего обсто тельства на достоверность результата при автоматическом осреднении направлени  ветра примен етс  такой прием: в .тех случа х, когда веро тность перехода текущего направлени  за интервал осреднени  относительно велика, осуществл етс  автоматический перенос начала отсчета на 180. Иными словами, когда направление лежит в секторе 270°-180°-90°, измерение ведетс  нри помощи импульсов С1, т. е. углы отсчитываютс  от 0°. Если же текущее направление находитс  в секторе 270°-0°- 90°, измерение углов производитс  с помощью импульсов С2 (сдвинутых, как указывалось, относительно импульсов С/ на 180°), что равносильно переносу начала отсчета на 180°. В начале каждого оборота винта, т. е. при по влении очередного импульса ОС распределитель 15 производит выбор начала координат в соответствии с изложенным принципом , а именно: если контакты 12 разомкнуты, па вход формировател  14 с импульсного выхода распределител  15 пропускаетс  очередной импульс С1, т. е. за начало принимаетс  0°, в противном случае на вход формировател  будет пропущен импульс С2, т. е. за начало будет нрнн то 180°. Выработанные в формирователе 14 перепады напр жени , длительность которых равна временному сдвигу между импульсами ОС и С1 или С2, модулируютс  в модул торе измерительных перепадов 19 импульсным нанр жением , поступающим от генератора 16. На выходе модул тора перепадов получаютс  импульсы, число которых пропорционально суммарной (за врем  измерени ) длительности входных перепадов напр жени , т. е. искомой величине. Если за начало отсчета прин т 0°, управл ющим сигпалом с потенциального выхода распределител  15 коммутатор 20 устанавливаетс  в положение, когда выход модул тора 19 подключен ко входу счетчика 24 числа импульсов. Этим же сигналом запрещаетс  прохождение импульсов генератора 16 через клапан 21. При переносе начала отсчета укаpa 19 измерительных перепадов на вход счетчнка 24 числа импульсов. Одновременно с этим же сигналом разрешаетс  прохождение модулирующих имнульсов через клапан 21 на вход ечетчика 26,  вл ющихс  в даппом случае временными отметчиками, так как число этих импульсов, сосчитанное в счетчике 26, определ ет врем , в течение которого существовал сдвиг пачала отсчета.

Если в заданном интервале осреднени  Т в течение времени Т отсчет производитс  с номощью импульсов С1, а в течение времени Ги - с помощью С2, то числа, накопленные в счетчиках 24-26 имиульсов, будут однозначно определ ть (в некотором масштабе) соответственно величины, но которым может быть найдена искома  величииа среднего направлени .

Информаци , накопленна  в счетчиках 24-26, закодироваиа в форме, удобной дл  передачи но каналам св зи ввода в ЦВМ, а также дл  визуального съема показаний.

Схема измерени  среднего направлени  ветра обладает следующими особенност ми.

Если интервал Г осреднени  выбран таким, что за врем  t текущие значени  ветра не могут отличатьс  друг от друга более чем на 180°, то отпадает необходимость в коммутаторе 20, клапане 21, схеме 22 и счетчике 26 импульеов и в последующих вычислени х.

В этом случае начало координат автоматически устанавливаетс  распределителем 15 в начале интервала осреднени  и остаетс  неизменным в течение всего цикла Т осреднени . Результат нолучаетс  непосредственно в счетчике 24 числа импульсов.

Дл  получени  величины среднего направлени  ветра перепады напр жени  в формирователе 14 модулируютс  частотой заполнени , котора  пропорциональна текущей скорости ветра.

Такую частоту заполнени  можно получить , например, нутем преобразовани  импульсов ОС в налр жеаие (ток) и вторичного преобразовани  этого папр жени  в частоту, пропорциональную текущей скорости ветра.

Преобразование импульсов ОС в проиорциональное нанр жение (ток) осуществл етс  преобразователем 27, который может быть выполнен, напри мер, по ехеме частотно-емкостного преобразовател .

Вторичное преобразование напр жени  в частоту осуществл етс  генератором 16 модулирующих сигналов, который может быть выполнен , например, но ехеме емкостного преобразовател  е периодическим интегрированием .

При этом выражеиие дл  среднего .направлепи  фср имеет вид:

iiiiVi

ра; 1 араметр, вход щий в состав ветровых измерен uii.

Такое представлению направлени  ветра в св зи со скоростью зиачительно полнее отражает физику переноса масс воздуха, чел в приборах аналогичного типа.

В случае необходимости наличи  выхода на указывающий (или занисывающи) ирибор к выходу формировател  14 через фильтр

нижних частот подключаетс  нрибор, измер ющий (регистрирующий) силу тока, а требуема  степень осреднени  оиредсл етс  величииой посто нной времени фильтра.

Средн   за интервал 7ср. скорость ветра

определ етс  (в неюоторо.м масштабе) как результат подсчета имиульсов ОС или С1, С2, поступивших за врем  Zcp.. Такой подсчет осуществл етс  счетчиком 27, которому 1редшествует регулируе.мый делитель 18 частоты.

Изменение его коэффициента делени  осуществл етс  одним из известных способов. Регулировко коэффициента делени  учитываетс  разброс аэродииа.мических характеристик винтов ветроприемииков. Результат измерений хранитс  в счетчике в коде, иригодиом как дл  ввода в каиал св зи, так и дл  визуального със-ма показаний. При необходимости получени  выхода па указывающий нрибор к выходу регулируе.мого делител  18

частоты подключаетс  соответствующи электромехаиический счетчик.

«Текуща  скорость Ветра определ етс  как результат осреднени  ее мгновенных значений за достаточно малый проДШжуток времени (2-5 сек.).

Максимальна  скорость определ етс  как наибольшее значение текущих скоростей в иитервале наблюдеии .

Онредс: с;1ис «текущей скоростн может быть произведено одним из известных снособов аналого-цифрового преобразовани , и в частности, сиособом, аналогичным оиисаииому выше дл  определени  средней скорости

ветра. Определеиие максимальной скорости ветра, свод щеес  в данном случае к сравнению двух чисел (предшествующего и иасто щсго значений текущей скорости) и запоминанню большего из них, может быть также

реализовано любым из многочисленных методов цифровой техники в форме, иригодиой дл  передачи ио каналам св зи и дл  визуального отсчета. При необходимости в выходе на указываюицп (занисывающий) прибор ко входу импульсов ОС или С1, С2 подключаетс  преобразователь «чаетота - ток (например, частотомер конденсагорного типа), нагрузкой которого и  вл етс  указывающий или заииеывающий ирибор. Степень осреднени  в этом случае устаиавливаетс  надлежащим выбором носто иной времени фильтра, а дл  заиомииани  максимального значени  тока (максимальна  скорость) может быть применена

выполн ющее аналогичные функустройство , ции.

Предмет изобретени 

Claims (3)

1. Устройство дл  дистанционных измерений параметров ветра, содержащее блок ветроприемников с флюгаркой, жестко св занной с кориусом блока, и винтом, на оси которого укреплена подвижна  часть опорного бесконтактного импульсного датчика скорости, а также измерительный блок со счетчиками импульсов , отличающеес  тем, что, с целью поБыщеии  точности и надежности устройства путем бесконтактного преобразовани  значени  аалравлен.и  ветра в фазовый сдвиг между сери ми импульсов, оно снабжено двум  дополнительными бесконтактными импульсными датчиками, нодвижна  часть которых укренлена на горизонтально расположенной

шестерне конической пары, св зывающей эти датчики с осью винта.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью измерени  среднего направлени 

ветра, блок ветроприемников снабжен индикатором положени  флюгарки в виде магнитного иолукольца, укрепленного на корнусе блока, и неподвижной контактной пары, а измерительный блок - логической схемой с распределителем, электрически св занным с имнульсными датчиками и контактной парой дл  автоматического выбора начала отсчета углов в зависимости от состо ни  контактной пары.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что, с целью автоматического получени  св зи направлени  ветра со скоростью, измерительный блок снабжен св занным с опорным датчиком скорости генератором импульсов , выход которого подключен к счетчику импульсов.

ОК

(Риг 2