Устройство для измерения параметров ветра

 

Союз Советскии

Соцнапистическик

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)932406 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.07 ° 80 (21) 2952769/18-10 с присоелннениеги заявки М (23) Приоритет (5l)M. Кл.

G 0l Р 5/02

3ЬоуАорстееииый комитет

CGCP (53) УДК 531-. 767 (088. 8) по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.05.82. Бюллетень М 20

Дата опубликования описания 30.05.82. (72) Авторы изобретения

А .И.Новиков, И.П.Ракосей и А.И.Тимухин

Центральное конструкторское бюро гйдрометеорологическцго приборостроения ( (71 ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ВЕТРА

Изобретение относится к метеорологической измерительной информационной технике и может быть использовано для измерения параметров. истинного ветра с борта движуцегося объекта.

Известно устройство для измерения и регистрации средней скорости и направления ветра, содержацее два ультразвуковых ветроприемника с взаимно перпендикулярными осями направления распространения ультразвука, выходы каждого из которых через пересчетные схегьг подключены к блокам осреднения, каждый из блоков ос1S реднения через соответствующии линеииый вращаглцийся трансформатор электрически связан с синусио-косинусиым вращающимся трансформатором, напряжение на одной из выходных обмоток которого пропорционально средней ско20 рости ветра, а угол поворота его ротора пропорционален среднему направлению ветра, кроме того, с целью обес. печения возможности производства иэмереяий с движущегося объекта между блоками осреднения и линейным вращающимся трансформатором ветроприемника, ориентированного по направлению движения, установлен механический дифференциал, а на выходе цепи выработки среднего направления ветра установлен другой механический дифференциап Г1 $. Недостатком данного устройства является сложность и невысокая надежность устройства из-за наличия в нем двух механических дифференциалов, что также удорожает устройство.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров ветра с борта,движущегося корабля, содержащее датчик ветра, устройство преобразования .скорости и направления ветра в угол поворота, два линейных вращающихся трансформатора, два синусно-косинусных вращающихся трансформатора, 30

3 93240 механическое суммирующее устр ойство (дифференциал ) и векторный построитель, установленные таким образом, что ротор одного линейного вращающегося трансформатора связан с выходом устройства преобразования скорости ветра, а выходная обмотка его подключена к статорной обмотке одного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, ротор которого связан с суммирующим устройством, складывающим величины направления наблюдаемого ветра и курса корабля, ротор второго линейного вращающегося трансформатора связан с выходом устройства измерения скорости корабля, а выходная обмотка его подключена к статорной обмотке второго синусно-косинусного врацающегося трансформатора, ротор которого развернут на угол, равный курсу корабля, при этом выходная синусная и косинусная обмотки одного синуснокосинусного вращающегося трансформатора включены последовательно и в

25 противофазе с аналогичными обмотками второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора $2 J.

Недостатком из вестного устр ой ст.ва является сложность и невысокая надежпость устройства.

Цель изобретения — упрощение устройства и увеличение надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, 35 что в устройстве для измерения параметров ветра, содержащем датчик ветра, блок преобразования скорости ветра в угол поворота, блок преобразования направления ветра в угол поворо- 4

40 та, первый линейно-вращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока преобразования скорости ветра в угол поворота, а выходная обмотка — с статорной обмоткой перво45 го синусно-косинусного вращаюцегося трансформатора второй линейный врацающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом прибора трансляции скорости корабля, второй синусно-косинусный вращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока измерения курса корабля, соединенного с прибором трансляции курса корабля, и векторный построитель, ротор первого синусно-косинусного врацаюцегося трансформатора связан с выходом блока преобразованйя направления ветра в угол поворота, выходная

6 4 синусная обмотка первого. синусно-косинусного вращающегося трансформатора связана со статорной обмоткой второго синусно косинусного вращающегося трансформатора, выходная косинусная обмотка первого синусно-косинусного вращаюцегося трансформатора последовательно и в противофазе е выходом второго линейного вращаюцеГося трансформатора подключена к второй статорной обмотке второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а входы векторного построителя соединены с выходами второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— диаграмма построения векгора скорости истинного ветра.

Устройство содержит датчик 1 ветра, включаюций крыльчатку 2, кинематически связанную с тахогенератором

3, и флюгарку 4, кинематически связанную с сельсином-датчиком 5. Выход тахогенератора 3 связан с входом блока 6 преобразования скорости ветра в угол поворота и соединен с выходом линейного вращающегося трансформатора (ЛВТ) 7 и входом усилителя 8, выход которого подключен к двигателю

9, вал которого кинематически связан с ротором ЛВТ и с ротором, принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра ЛВТ 11.

Выход сельсина-датчика 5 подключен к входу блока 12, преобразования направления ветра в угол поворота и соединен с входом сельсина-приемника 13, выход которого через усилитель 14 подключен к двигателю 15, вал которого кинематически связан с ротором сельсина-приемника 13 и с ротором, принадлежащего вычислите— лю 10 истинного ветра синусно-косинусного вращающегося трансформатора

16. Кроме того, устройство содержит сельсин-датчик 17 курса, расположенньш в приборе 18 (компас или прибор, транслирующий курс корабля) ЛВТ 191 расположенный в приборе 20 {лаг или прибор, транслируюций скорость корабля), а также блок 21 измере— ния курса корабля, вход которого, соединенный с входом сельсина-приемника 22, подключен к выходу сельсина-датчика 17 курса, а выход сельсина-приемника 22 через усили— тель 23 подключен к двигателю 24, вал которого кинематически связан

5 9 с ротором сельсина-приемника 22, и с ротором, принадлежацего вычислителю 10 истинного ветра синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25.

Выход ЛВТ 11 подключен к статорной обмотке синусно-косинусного врацающегося трансформатора 16, один выход синусно-косинусного вращаюцегося трансформатора 16 подключен к одному входу синуснокосинусного врацающегося трансформатора 25, а второй выход синусно-косинусного вращающегося трансформатора 16 последовательно и в противофазе с выходом ЛВТ 19 подключен к второму входу синусно-косинусного врацаюцегося трансформатора 25.

Выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25 через электрические связи 26 и 27 соединены с входами векторного построителя

28, которые подключены к входам синусно-косинусного врацаюцегося транс форматора 29. Один выход синусно— косинусного врацающегося трансформатора 29 подключен через усилитель

30 к двигателю 31, вал которого кинематически связан с ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29, другой выход еинусно-косинусного врацающегося трансформатора 29 соединен с входом усилителя 32 и выходом ЛВТ 3-3, выход усилителя 32 подключен к двигателю

34, вал которого кинематически свяэ ан с ротор ом ЛВТ 33, Устройство имеет две пары выходов. по истинному ветру. С выходов синусно-косинусного врацаюцегося трансформатора 25 выдаются напряжея Uy,.& ю0 6ыхпропорционапьные соответствующим составляющим вектора скорости истинного ветра в прямоугольной системе координат. Углы поворота роторов двигателей 31 и 34 пропорциональны соответственно направлению (К ) и скорости (U) истинного ветра, или аргументу и модулю вектора скорости истинного ветра (составляющим вектора скорости истинного ветра в полярной системе

,координат).

Устройство работает следующим образом.

Крыльчатка 2 датчика 1 ветра вращается со скоростью,пропорционапьной скорости наблюдаемого ветра и вращает связанный с ней ротор асинхронно32406 6

t0

Sl

$S го тахогенератора 3, на выходе которого вырабатывается напряжение, пропорциональное скорости вращения ротора тахогенератора 3, а следовательно, и скорости наблюдаемого aetpa. Зто напряжение поступает в блок

6 преобразования скорости ветра в угол поворота и сравнивается с выход; ным напряжением ЛВТ 7, сигнал рассогласования поступает на усилитель

8, выход которого подключен к двигателю 9, вал которого разворачивает ротор JIBT 7 до момента достижения равенства сравниваемых напряжений. Угол поворота ротора ЛВТ 7 пропорционален его выходному напряжению, равно-. му выходному напряжению тахогенератора 3, а следовательно, и скорости наблюдаемого ветра, Кинематически связанный с валом двигателя 9 ротор

ЛВТ .l 1, принадлежащего вычислителю

10 истинного ветра, поворачивается на угол, пропорциональный скорости наблюдаемого ветра.

Флюгарка 4 датчика 1 ветра устанавливается вдоль ветрового потока и разворачивает ротор сельсина датчика 5, сигнал с выхода последнего поступает на вход сельсина приемника

13 блока 12 преобразователя направления ветра в угол поворота. С выхода сельсина-приемника 13 сигнал рассо-гласования через усилитель 14 поступает на вход двигателя 15, вал которого раз.ворачивает ротор сельсинаприемника 13 до момента компенсации сигнала рассогласования на его выходе, при этом угол поворота ротора сельсина-приемника 13 равен углу поворота ротора сельсина-датчика 5.

Кинематически связанньпЪ с валом двигателя 15 ротора, принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 16 поверяется на угол, равный направлению наблюдаемого ветра.

В приборе 18 ротор сельсина-датчика 17 курса разворачивается на угол, равный курсовому углу, сигнал с выхода сельсина-датчика 17 курса поступает на вход сельсина-приемника 22 устройства измерения курса корабля 21. С выхода сельсина-приемника

22 сигнал рассогласования через усилитель 23 поступает на вход двигателя 24. При отработке сигнала рассогласования вал двигателя 24 разворачивает пинематически связанлай с ним ротор сельсина-приемника 22

9 3240 на синусном выходе:

Таким образом р ажения: получили два вына угол, равный углу поворота сельсина-датчика 17 курса, и одновременно ротор принадлежащего вычислителю 10 истинного ветра синусно-косинусного вращающегося трансформа- 5 тора 25 на угол равньп курсовому ! углу.

Ротор ЛВТ 11 разворачивается на угол, пропорциональный скорости наблюдаемого ветра И, при этом напря- 10 жение на его выходе равно

0 =к-щ, где К., — коэффициент пропорциональности. 15

Напряжение с выхода ЛВТ 11 поступает на статорную обмотку синуснокосинусного вращакецегося трансформатора 16, ретор которого разворачивается на угол., равный направлению наблюдаемого ветра К (,, измеряемому относительно продольной оси корабля.

Выходные напряжения е роторных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора 16 равны на косинусном выходе: Ц„=K U<«cos K

)хсоз +; на синусном выходе: О,)„=

=К41-0 )() sin К)()=К1-K M -sin К, где К к в коэффициент трансформации синуснокосинусного вращающегося трансформатора 16.

Напряжения 0„0 „пропорциональны соответствующим составляющим вектора скорости наблюдаемого ветра И),„, (s)> в корабельной системе координат, в к отор ой ось х, направл ена вдоль продольной оси корабля, совпадающей с направлением его движения, а ось у1 перпендикулярна направлении его движения. Напряжение U> с косинусного выхода синусно-косинусного вра40 щающегося трансформатора 16 последовательно и в противофазе с выходным напряжением ЛВТ-19, пропорциональным скорости корабля V поступает на одну статорную обмотку синусно-косинусного трансформатора 25, а напряжение Uó1ñ синусного выхода синусно-косинусного вращающегося трансформатора 16 поступает на другую статорную обмотку синусно-косинусного 50 вращающегося трансформатора 25. Таким образом, на входах синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25

I „„=(„1-и,=К ),,-Ъ.СОЕК -К -Ч

1 Ч 1 Щ

0 1- К1- К - ()() . S< n К )(7, 6 8 где U — напряжение, пропорционально е с кор ости кор дубля, К вЂ” коэффициент пропорциональ3 ности.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор 25 используется в режиме поворота координатных осей иэ корабельной системы координат в земную. Ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25 разворачивается на угол, равный курсу корабля К1 при этом выходные напряжения с роторяых обмоток равны „ „,„=К (0„, См К-0 S«n Z)=

= K ((K„кк.l9 cos» -к - ).cos»"1 "х

4 ) («k-)(.Y coo g- g, - К . Ч. .„)

Ь 1 12 1О М

К (» " 1 (сс К -coo»4 1 (щ

81< К)- К V- СОЕК)=

Ъ

= »4 „»z + N (сои(к -к)+с», "(»щ к) с » (к K)icos (K +»))з " К}=»4(» К 11 с<»(К„,+К)-К .Ч eos»); на косинусном выходе:

"хвых= К+("К, с»+Us,.MS»)=

=«,((К, К< Ж Ссв К„,-K Ч}-взп». K„K w sin»< oosêJ=к (к„к.w»

"(Яо) К )() Ь1) К+311ъ К -cosK)-К -vxs

« ск)=К,(К, К и да(1 п(К К„).

+s1n(K-Y+)+Sin(K»tK)+sin(K К))

-»1 Sin»)=K K K . g «„(К+К

4 1 ) УГ

КЬ "" " KJ

rpe К4 — коэффициент трансформации синусно-косинусного вращающегося трансформатора 25. Х Ьых K K K< ® сс (» +К) К х,). СОЗ К ° ) Ц)1)(-К„К(4 % 1П К +K)-К К Х

)(Ч 510 К 1

30 ветра.

Выходные напряжения 0 ВЫ,хи tl. c дух синусно-коси нусного вращаюцегося трансформатора 25 поступают через электрические связи 26 и 27 в векторный построитель 28 на статорные обмотки синусно-косинусного врацаюцегося трансформатора 29. С выхода одной из роторных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29 напряжение через усилитель 30 поступает на двигатель 31, вал которого разворачивает ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29 до момента компенсации сигнала на выходе подклвзченной к усилителю 30 роторной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29. При этом угол поворота вала двигателя 31 и ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора 29 будет равен значению направления истинного

9 9324 где Ох Sbtxz 0 1,„-, напРЯжениЯ, пРопоРциональные соответствующим составляюцим вектора скорости истинного ветра в земной (прямоугольной) системе координат ХОУ (ось х направлена на север).

От полученных выражений для напряжений очевиден переход к значениям составляющих вектора скорости истинного ветра 10

u„=-W cps(K +Ê V.бiК

1 = 4 910 К (+ К)-V 5io К, где 0, Оу — составляющие вектора скорости истинного ветра в земной системе координат.

Полученные выражения согласуются с диаграммой построения вектора скорости истинного ветра (фиг. 2), где ХОУ вЂ” земная система координат, Х ОУ вЂ” корабельная система координат, — вектор скорости корабля;

% — вектор скорости наблюдаемого ветра

) У

Ч вЂ” вектор скорости истинного ветра;

1)„, U — составляющие вектора скорости истинного ветра в земной системе координат; (1, ф 1- составляющие скорости наблюдаемого ветра в корабельной системе координат, К вЂ” курс корабля;

К Н вЂ” направление наблюдаемого З5

06 10 ветра КО (аргументу вектора скоро сти истинного ветра), Напряжение с выхода другой обмотки синусно-ко синусного врацаюцегося трансформатора 29 пропорционально модулю вектора скорости истинного ветра О.

Это напряжение с помощью следяцей системы, состоящей из усилителя 32, двигателя 34 .и ЛВТ 33 преобразуется в угол поворота. Таким образом, углы поворота роторов двигателей 31 и 34 векторного построителя 29 про- порциональны соответственно направлению (КО) и скорости (0) истинного ветра или аргументу и модулю вектора скорости истинного ветра (составляюцим вектора скорости истинного ветра в полярной системе координат) .

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров ветра, содержащее датчик ветра, соединенный с блоком преобразования скорости ветра в угол поворота и с блоком преобразования направления ветра в угол поворота, первый линейновращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока пре- . образования скорости ветра в угол поворота, а выходная обмотка — с статорной обмоткой первого синусно-косинусного врацающегося трансформатора, второй линейно-вращающийся трансформатор, ротор которого связан с выходом прибора трансляции скорости корабля, второй синусно-косинусный врацаюцийся трансформатор, ротор которого связан с выходом блока измеренин курса корабля, соединенного с прибором трансляции курса корабля, и векторный построитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упроцения и повышения надежности, ротор первого синусно-косинусного врацаюцегося трансформатора связан с выходом блока преобразования направления ветра в угол поворота, выходная синусная обмотка первого синуснокосинусного вращающегося трансформатора связана с статорной обмоткой второго синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходная косинусная обмотка первого синусно-косинусного врацающегося трансформатора по° следовательно и в противофазе с выходом второго линейно-вращающегося трансформатора подключена к второй статорной обмотке второгО синуснокосинусного врацаюцегося трансформа932406

11 тора, а входы векторного построителя соединены с выходом второго синус- но-косинусного вращающегося трансформатора.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1, Лвторское свидетельство СССР № 140249, кл. G 01 И 1/02, 1960 °

2. Лвторское свидетельство СССР № 296036, кл. G 01 P S/02, 1 969 °

932406 иг. Г

Составитель А. Курочкин

Редактор В. Пилипенко Техоед М. Надь Корректор И. Мусжа

Заказ 3775/65 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москвад Ж-35 Ращская наб.> д. 4 5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4