Измеритель скорости и направления течения

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

879472 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 190380 (21) 2896388/18-10 е присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07.1181 Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07.1 1.81 (51)M. Кл.

G 01 Р 5/07

1воуАеротееииый комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 532.574 (088.8) (72) Автор изобретения

P.À.Áàëàêèí

Ордена Ленина арктический и антарктический научно-исследовательский институт (71) Заявитель (54) ИЗИЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ

ТЕЧЕНИЯ

Изобретение относится к области измерения параметров движения и может быть использовано при гидрологи ческих исследованиях.

Известны измерители скорости и направления течения (1), содержащие герметичный корпус с заключенными в нем компасом и регистратором, хвостовым оперением снаружи корпуса для ориентации прибора в потоке и, ротором с вертикальной осью, который приводится во вращение движением потока воды. В этих измерителях направление течения измеряется по угловому положению корпуса с хвостовым стабилизатором относительно внутреннего магнитного компаса, а скорость течения измеряется по средней угловой скорости вращения ротора (,по числу оборотов в единицу времени).

Приборы этого типа имеют два существенных недостатка, приводящих к недостаточно правильному и точному измерению результирующих векторов как скорости, так и направления течения. Первый недостаток состоит в том,-что при малых скоростях течения .(менее 10 см/с) хвостовое оперение не обеспечивает достаточно точной установки корпуса прибора вдоль потока из-за относительно большого веса прибора и обусловленного этим весом трения в вертлюге, на котором подвешивается прибор. к тросу.

Второй недостаток состоит в том, что инерционность ротора, корпуса с хвостовым оперением и картушки магнитного компаса довольно сильно различаются. Это приводит к тому, что при наличии в водном потоке пульсирующей по величине и направлению составляющей, например от волнения, все три названных чувствительных элемента совершают вынужденные колебании около среднего положения с различными фазовыми сдвигами и амплитудами. При одновременной фиксации их мгновенного."положения, как это делается в существующих приборах, отсчеты получаются в значительной степени случайными и не отра. жают с требуемой точностью среднего .значения измеряемых величин.

Наиболее близким по технической

1 сущности к предлагаемому изобретению является измеритель скорости и направления течения $2). Этот измеритель содержит герметичный корпус, расположенный на нем сбалансированнйй по весу ротор с вертикальной осью, преобразователь его вращения в электрический сигнал, выполненный в виде закрепленного на роторе ма4 нита и магниточувствительных элементов, установленных внутри корпуса и соединенных с электронной схемой, содержащей блоки определения скорости и направления, подключенной к регистратору, связанному с магнитным компасом.

I

Недостатками известного устройства являются низкие чувствительность и точность измерения направления и скорости течений в придонном слое, характеризующихся малыми абсолютными величинами и большими вертикальными градиентами.

Цель изобретения — устранение указанных недостатков.

Для этого ротор измерителя снабжен элементом геометрической асимметрии, а электронная схема снабжена дополнительным модулем выделения экстремума угловой скорости ротора, подключенным к выходу блока определения скорости и направления, :На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого измерителя скорости и направления течения; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Измеритель содержит герметичный корпус 1 и заключенные в нем магнит ный компас 2, регистратор на магнит. ной ленте 3 и электронную схему 4 с дополнительным модулем 5. Снаружи корпуса на верхней крышке 6 в защитном ограждении 7 установлен ротор 8 с элементом асимметрии1 9. Ротор подвешен на острие опоры 10. На роторе закреплен магнит 11, взаимодействующий с магниточувствительными диодами 12, установленными на крышке 6.

Работа измерителя осуществляется следующим образом. Прибор, подвешенный на шарнире в придонном слое

879472

4 воды, обтекается водным потоком со скоростью в диапазоне от 0,2 до

l5 см/с. Корпус 1 сохраняет вертикальное положение за счет собственного веса и шарнирной подвески.

Под действием потока воды ротор 8 начинает вращаться, причем, благодаря элементу асимметрии 9, его вращение происходит неравномерно. Когда элемент 9 движется по потоку, скорость ротора увеличивается, а при встречном движении замедляется.

При вращении ротора 8 магнит 11 проходит над магыиточувствительными диодами 12, вызывая изменение их проводимости. Импульсы тока, образовавшиеся в диодах 12, поступают в электрическую схему 4, в которой происходит подсчет числа импульсов.!

О в единицу времени, а также измере25

55 ние длительности импульсов, характеризующей мгновенные скорости ротора при прохождении магнита над каждым диодом. По среднему числу импульсов в единицу времени схема 4 определяет скорость течения, а по моменту прохождения ротором точки с максималь-, ной угловой скоростью определяется направление течения. Выявление максимальной угловой скорости, расчет угла направления патока и введение необходимых поправок на инерционность ротора при различных скоростях выполняется модулем 5. При этом показания

l магнитного компаса- 2, измеряющего ориентацию корпуса 1 относительно магнитного меридиана с учетом магнитного склонения, суммируются с результатом вычисления условного направления потока относительно корпуса и

l в итоге получается истинное направление течения относительно географического меридиана.

ПосЛе обработки электрических сигналов в модуле 5 результаты прямых измерений скорости и вычисленное значение направления записываются в цифровой форме на магнитную ленту регистратором 3.

В электронной схеме прибора мгновенная скорость вращения ротора измеряется по длительности импульса, вызываемого прохождением магнита мимо магниточувствительного диода.

Дополнительный модуль в электронной схеме служит для вычисления направления течения по измеренным величинам мгновенных скоростей вращения ротора в нескольких точках, а также

87 введение поправок к.направлению, .учитывающих инерционность ротора при различных скоростях вращения.

Модуль представляет собой однокрис- . тальный микропроцессор, выполненный на экономичной по питанию интегральной серии микросхем.

В предлагаемом изобретении повышение чувствительности и точности измерений направления и скорости течения достигается за счет следующих факторов.

Во-первых, благодаря подвеске ротора в одной точке на острие иглы, а не в двух, как в прототипе, исчезает тормозящий момент небаланса ротора, и резко снижается трение в опоре, в результате чего исчезают углы застоя и связанные с этим явлением погрешности измерения.

Во-вторых, введение конструктивного элемента асимметрии непосредственно в ротор позволяет отказаться отиспользования отдельной поворотной лопасти и тем самым исключить все погрешности, связанные с последней.

В-третьих, исчезают также допол-.. нительные погрешности, обусловленные неодинаковостью момента инерции ротора и лопасти и их пространственным разносом.

Формула изобретения

Измеритель скорости и направления течения, содержащий герметичный кор9472 6 пус, расположенный на нем сбаланси= рованный по весу ротор с вертикальной осью, преобразователь его вращения в электрический сигнал, выполненный в.виде закрепленного на роторе магнита и магниточувствительных элементов, установленных внутри корпуса и соединенных с электронной схемой, содержащей блоки определе- р ния скорости и направления, подключенной к регистратору, связанному с магнитным компасом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности .Из» мерения при малых абсолютных величи" нах и больших вертикальных градиентах, ротор снабжен элементом геометрической асимметрии, а электронная схема снабжена дополнительным моду20 лем выделения экстремума угловой скорости ротора, подключенным к выхо"

pg блока определения скорости и направления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Самописец течения типа БПВ-2.

Руководство по гидрологическим рабоИ там в океанах и морях, Л., Гидрометеоиздат", 1977.

2. Патент США Ф 3330155, кл. 73-89, 196? (прототип).