Инерциальный волнограф

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность регистрации профиля волнения на водной поверхности при метеорологических и океанографических исследованиях. Цель повышение точности. Цель достигается за счет коррекции сигнала, пропорционального вертикальному ускорению поплавка, плавающего на водной поверхности. Для выдапения информации и осуществления коррекции сигнала испопьзуются два вертикально направленных , разнесенных на одинаковое расстояние от центра масс поплавка акселерометра 4 и ориентированный перпендикулярно к ним третий акселерометр, закрепленный в центре масс поплавка. Акселерометры соединены со схемой обработки и выделения информативного сигнала, что позволяет проводить компенсацию составляющих погрешности измерения профиля волнения, возникающих в результате наклонов поплавка и его горизонтальных ускорений. 2 ил.

; А

СОКЗЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (6 01 С 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ И ЗОБ РЕ 1 Е Н И Я

К АВТ0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф-: ".gð .Яф р ( (21) 4497433/10 (22) 24.10.88 (46) 07. l2.91. Бюл. ¹ 45 (71) Казанский авиационный институт им, А.Н,Туполева (72) Ю.В.Дубинский, Н. Ю, Мордашова и

А.B.Ференец (53) 528.475(088.8) (56) Патент США ¹ 4515013, кл. G 01 Р 15/00, 07.05,85.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1613861, кп. 6 01 С 13 /00, 13.04,87, (54) ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ВОЛНОГРАФ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность регистрации профиля волнения на водной поверхности при метеорологических и океанографических исследованиях. Цепь

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров ветровой волны, и может быть использовано, например, при метеорологических и океанографических исследованиях.

Целью изобретения является повышение точности эа счет уменьшения влияния ошибок, обусловленныхдействием горизонтальных ускорений, На фиг. 1 изображен предлагаемый волнограф и приведена структурная схема о6работки информативных сигналов; на фиг. 2 — схема составляющих ускорений.

На фиг. 1 обозначено; 1 — поплавок, 2— флюгер, 3 — груз, 4 — вертикально ориентированные акселерометры, 5 — горизонтальна ориентированный акселерометр, 6— первый сумматор, 7 — первый делитель, 8— первый разностный усилитель, 9 — четвер(» Ы«1696865 Al повышение точности. Цепь достигается за счет коррекции сигнала, пропорционального вертикальному ускорению поплавка, плавающего на водной поверхности, Для выделения информации и осуществления коррекции сигнала используются два вертикально направленных, разнесенных на одинаковое расстояние от центра масс поплавка акселерометра 4 и ориентированный перпендикулярно к ним третий акселераметр, закрепленный в центре масс поплавка. Акселерометры соединены со схемой обработки и выделения информативного сигнала, что позволяет проводить компенсацию составляющих погрешности измерения профиля волнения, возникающих в результате наклонов поплавка и ега горизонтальных ускорений. тый делитель, 10 — первый двойной интегратор, 11 — регистратор, 12 — третий раэностный усилитель, 13 — второй делитель, 14— умножитель, 15 — первый источник опорного напряжения, 16 — второй сумматор, 17— второй источник опорного напряжения, 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 связан с ориентированными взаимно перпендикулярно акселерометрами 4 и 5, а также с флюгерам 2 и грузом 3. Выходы акселерометров 4 связаны с входами сумматора 6 и первого раэностного усилителя 18, Выход первого раэностного усилителя 18 через первый двойной интегратор 19 и первый функциональный преобразователь 20 связан с первым входом

1696865

01б 1+19 >

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

U7-ay g ах Я P.

Сигнал с функционального преобра «ователя 21, пропорциональный синусу угла наклона, через масштабный усилитель 24 с коэффициентом усиления, равным ускорению свободного падения, поступает на один из входов разностного усилителя 12, на второй вход которого подается сигнал с акселерометра 5.

Таким образом компенсируется составляющая от ускорения свободного падения в сигнал с горизонтально расположенного акселерометра 5, Сигнал с разностного усилителя 12 будет пропорционален величине

U12 ахСОЗ1 — aya in V .

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

U1ç а, — ауту

После этого сигнал с делителя,3 поступает на один из входов умножителя 14, В делителе 22 производится деление сигналов с функциональных преобразователей 20 и 21, пропорциональных соответственно косинусу и синусу угла наклона так, что выходной сигнал делителя 22 пропорционален тангенсу угла наклона. Далее этот сигнал подается на вход квадратора 23 и на второй вход умножителя 14. выходной сигнал с которого описывается формулой

U14 ахт9 g — aytg к

Вычитание сигнала, пропорционального ускорению свободного падения с источника 15 опорного напряжения, и сигнала с умножителя 14 из сигнала с делителя 7 производится разностным усилителем 8. Его выходной сигнал будет пропорционален величине

U8-ау(1+щ v).

Для устранения влияния на полученный сигнал угла наклона v в сумматоре 16 производится сложение сигналов, поступающих с квадратора 23 и с источника опорного напряжения, пропорциональных квадрату тангенса угла наклона v и единичному сигналу. В этом случае суммарный сигнал, подаваемый на один из входов делителя 9 с сумматора 16, будет иметь вид

На второй вход делителя 9 подается сигнал с разностного усилителя 8. Сигнал с делителя 9, пропорциональный вертикальному ускорению поплавка, дважды интегрируется в интеграторе 10 и регистрируется в регистраторе 11.

В качестве акселерометров могут быть использованы датчики типа ДЛУММ (датчик линейных ускорений микроминиатюрный), Источники опорного напряжения, раэностные 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 связями. позволяющими производить интегрирование в заданном диапазоне частот; функциональные преобразователи могут быть выполнены, например, на базе аналого-цифрового преобразователя

572ПВ1, постоянного запоминающего устройства 568РЕ1 и цифроаналогового преобразователя 572ПА2. В качестве регистратора может быть использован шлейфовый осциллограф, ма нитный накопитель и др.

При использовании инерциального волнографа обеспечиваются необходимая точность, достоверность и информативность современных метеорологических и океанографических исследований.

Формула изобретения

Инерциальный волнограф. содержащий поплавок с грузом и флюгером, первый и второй вертикальные акселерометры, расположенные в плоскости флюгера и разнесенные на равные расстояния относительно центра масс устройства, первый источник опорного напряже;ия, связанный через первый разностный усилитель и первый двойной интеграторс 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 усилителя, и первый сумматор, включенный между первым и вторым вертикальными акселерометрами и первым делителем, о тл и ч а ю щий ся тем,что, с целью повышения точности эа счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных действием горизонтальных ускорений, он снабжен последовательно соединенными горизонтальным. а селерометром, расположенным в центре масс устройства, третьим разностным усилителем, вторым делителем и умножителем, подключенным к соответствующему входу первого разностного усилителя, выполненного трехвходовым, последовательно соединенными вторым функциональным преобразователем, подключенным к выходу второго двойного интегратора, третьим делителем, квадратором, вторым сумматором и четвертым делителем, через который осуществлена связь первого раэностного усилителя с

1696865

2 первым двойным инте ратором, выход первого функционального преобразователя соединен с соответств !Огдими Входами

Второго и третьего делителей, выход последнегО связан с соотв этств /10щим входом умн >кителя, BTop0É функ иональный образователь соединен с третьим разностным усилителем через введенный масштабный усилитель, э введейный второй источник опорного напряжения пэдкл очен

5 к соответствующему входу второго сумматора.

1696865

Составитель Л.Качесова

Техред M,Moðãåíòàë Корректор M,Äåì÷èê

Редактор А. Мотыль

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4296 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5