Патент на изобретение №2164691
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ
(57) Реферат: Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды. Устройство содержит три идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, расположенных на одной прямой. Функциональный блок, входы которого с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий, соответственно предназначен для вычисления выходного сигнала, зависящего от сигналов с преобразователей и от расстояний между ними. Обеспечиваются повышение точности помех, обусловленных неравномерным движением носителя, а также уменьшение влияния аддитивных электрических помех. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды. Известны различные устройства, предназначенные для измерения параметров турбулентной среды, содержащие преобразователи скорости в электрический сигнал (датчики) среды (см., например, [1], [2]). Устройство [1] содержит преобразователь скорости в электрический сигнал (датчик скорости электропроводящей среды), выполненный в виде постоянного магнита, в зазоре которого установлены держатель с электродами, соединенными с электронным усилителем. При измерении турбулентных пульсаций скорости преобразователь скорости в электрический сигнал устанавливают в исследуемом потоке и судят о параметрах потока по параметрам электрического сигнала на выходе электронного усилителя. Недостатком известного устройства [1] является недостаточная точность определения параметров турбулентной среды из-за высокой чувствительности преобразователя скорости в электрический сигнал к паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций и неравномерного движения носителя, установленного, например, на буксируемой линии. Устройство [2] содержит преобразователь скорости в электрический сигнал (датчик скорости электропроводящей среды), выполненный в виде постоянного магнита, в зазоре которого установлены держатель с электродами, соединенными с электронным усилителем. Для компенсации паразитных сигналов, возникающих в результате неравномерного движения преобразователя в исследуемой жидкой среде, устройство дополнительно содержит последовательно соединенные акселерометр, продольная ось которого параллельна продольной оси электромагнитного преобразователя скорости в электрический сигнал, усилитель, интегратор и сумматор, второй вход которого подключен к выходу усилителя, соединенного с электромагнитным преобразователем скорости в электрический сигнал. Введение акселерометра, усилителя, интегратора и сумматора позволяет несколько снизить влияние на результаты измерений помех, обусловленных неравномерным движением носителя. Однако эффективность снижения влияния помех в устройстве [2] невысока. Известно также устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости электропроводной жидкости [3], являющееся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству. Это устройство содержит три электрода, один из которых расположен между двумя другими, постоянный магнит, выполненный в форме тела вращения. Три электрода и участки магнитной системы, включающей постоянный магнит, образуют три преобразователя скорости в электрический сигнал. Преобразователи скорости подключены к электронной схеме, включающей два дифференциальных усилителя и сумматор. Недостатком устройства – устройства прототипа является низкая точность измерения. Указанный недостаток обусловлен тем, что для компенсации влияния вибраций и неравномерного движения носителя используются те же электроды, что и для формирования полезного сигнала. В результате наряду с компенсацией сигналов помех компенсируются и полезные сигналы. Указанный недостаток устранен в предлагаемом изобретении, сущность которого заключается в том, что в устройстве для измерения турбулентных пульсаций скорости, содержащем первый преобразователь скорости в электрический сигнал, расположенный между вторым и третьим преобразователями скорости в электрический сигнал, первый, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал выполнены идентичными, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал на расстояниях (0,1-1,0) м от него, а в устройство введен блок вычисления функции  где U – сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции; К – масштабный коэффициент; R2, R3 – расстояния от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал соответственно, м; U1, U2, U3 – напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, B, при этом входы упомянутого блока вычисления функции с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно, а выход упомянутого блока вычисления функции является выходом устройства. В предлагаемом устройстве второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал могут быть расположены на равных расстояниях от первого преобразователя скорости в электрический сигнал. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 – функциональная схема устройства; на фиг. 2 – схема, поясняющая взаимное расположение преобразователей скорости в электрический сигнал. На фиг. 1 обозначены: 1 – первый преобразователь скорости в электрический сигнал; 2 – второй преобразователь скорости в электрический сигнал; 3 – третий преобразователь скорости в электрический сигнал; 4 – блок вычисления функции (1). На фиг. 2 обозначены: 1 – первый преобразователь скорости в электрический сигнал; 2 – второй преобразователь скорости в электрический сигнал; 3 – третий преобразователь скорости в электрический сигнал; R2, R3 – расстояния от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический cигнал соответственно. В соответствии с фиг. 1 устройство содержит идентичные первый, второй и третий преобразователи 1, 2, 3 скорости в электрический сигнал, выходы которых соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока 4 вычисления функции (1), выход которого является выходом устройства. Преобразователи 1-3 скорости в электрический сигнал могут быть электромагнитного, термоанемометрического или иного другого известного типа. Блок 4 вычисления функции (1) может быть выполнен, например, на операционных усилителях, реализующих функции весового суммирования и вычитания, или включать в свой состав многоканальный аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорный вычислитель функции (1). Преобразователи 2 и 3 скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой на расстояниях R2 = (0,1-1,0) м и R3 = (0,1-1,0) м от преобразователя 1 (фиг. 2). При этом прямая, на которой расположены преобразователи 1-3, может иметь в пространстве любое положение при условии сохранения их работоспособности преобразователей 1-3. В частности, преобразователи 1-3 должны быть правильно ориентированы по отношению к направлению набегающего потока и не должны “затенять” друг друга. Наиболее простым и предпочтительным вариантом является вариант, при котором выполняется условие R2=R3, в этом случае выражение (1) упрощается:  Предлагаемое устройство работает следующим образом. Носитель, например буксируемая линия корабля экологического мониторинга, осуществляет перемещение жестко связанных преобразователей 1-3 скорости в электрический сигнал в исследуемой среде. Из выходного сигнала преобразователя в блоке 4 происходит вычитание сигналов преобразователей 2 и 3 по формуле (1) или в частном случае по формуле (2). После обработки в блоке 4 неискаженный сигнал, свободный от вибрационных помех, поступает для последующей обработки и определения параметров турбулентности. Предлагаемое изобретение может быть использовано как для измерения однокомпонентных пульсаций скорости, так и для многокомпонентных. В последнем случае выходные сигналы по каждому каналу обрабатываются с помощью блоков вычисления функции (1), количество которых соответствует количеству измеряемых компонент скорости. Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность измерения турбулентных пульсаций скорости в условиях влияния помех, обусловленных неравномерным движением носителя. Кроме этого, предлагаемое изобретение позволяет существенно расширить рабочий диапазон пространственных масштабов измеряемых турбулентных пульсаций скорости. Представленное описание и чертежи позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить предлагаемое устройство и использовать его в тех областях техники, где требуется определять параметры турбулентности, в том числе вести контроль состояния морской среды с подвижного носителя, что характеризует изобретение как промышленно применимое. Список литературы 1. Авт. св. СССР N 356564, МПК G 01 P 5/08, 1972 г. 2. Авт. св. СССР N 685984, МПК G 01 P 5/08, 1979 г. 3. Авт. св. СССР N 773496, МПК G 01 P 5/08, 1980 г. (прототип). Формула изобретения
 где U – сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции; K – масштабный коэффициент; R2 и R3 – расстояния от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал соответственно, м; U1, U2 и U3 – напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, В, при этом входы упомянутого блока вычисления функции с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно, а выход упомянутого блока вычисления функции является выходом устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал расположены на равных расстояниях от первого преобразователя скорости в электрический сигнал. РИСУНКИ
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 4-2003
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 19.11.2002 № 15507
Извещение опубликовано: 10.02.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
