устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра
Классы МПК: | G01P5/06 с помощью вращения лопастей |
Автор(ы): | Брагин Г.Е., Кудрявцев Л.С., Левашкин В.Е., Мязин Г.Д., Никольский С.А., Олин В.Н. |
Патентообладатель(и): | Ульяновское конструкторское бюро приборостроения |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-09-02 публикация патента:
20.02.1997 |
Использование: в области метеорологического приборостроения. Сущность изобретения: для повышения точности измерения в устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, содержащее флюгер, две вертушки с датчиками угловых скоростей их вращения, датчик угла поворота флюгера, блок вычитания и первый блок сложения, введены второй блок сложения, блок деления сигналов, блок вычисления модуля скорости ветра и блок формирования поправки. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, содержащее флюгер, две вертушки с датчиками угловых скоростей их вращения, установленные на подвижной части флюгера так, что их оси максимальной чувствительности расположены в плоскости, перпендикулярной оси вращения флюгера, и симметрично развернуты от оси симметрии флюгера в разные стороны на углы, соответственно +![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области метеорологического приборостроения. Известны устройства для измерения скорости и направления горизонтального ветра, состоящие из двух отдельных первичных приборов [1] измерителя скорости, представляющего собой аксиальную вертушку (вертушку пропеллерного типа) или тангенциальную вертушку (вертушку чашечного типа) с датчиком угловой скорости ее вращения; измерителя направления, обычно выполняемого в виде установленного на вертикальной оси флюгерного датчика. Этим устройствам присущи два существенных недостатка, суть которых заключается в следующем. Во-первых, поскольку неподвижная (относительно некоторой базовой системы координат, жестко связанной с земной поверхностью или с корпусом движущегося объекта, на котором проводится измерение ветра) ось (плоскость) максимальной чувствительности аксиальной (тангенциальной) вертушки наперед ориентирована по наиболее вероятному направлению ветра, то при скосах воздушного потока от этого направления возникает методическая погрешность измерения скорости![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-2t.gif)
где
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-3t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073076/947.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-4t.gif)
где К, град
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/183.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-5t.gif)
Второй из указанных выше недостатков, а именно погрешность измерения флюгерным датчиком направления ветра при малых по модулю скоростях, вызванная зоной нечувствительности (2) флюгера при трении в его оси вращения, остается и в этом известном устройстве. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения скорости и направления ветра при малых по модулю скоростях воздушного потока за счет введения поправки
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-6t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-7t.gif)
на зону нечувствительности флюгера, второй блок сложения
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-8t.gif)
где
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-9t.gif)
n = kvcos
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073076/947.gif)
где
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073076/947.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-10t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-11t.gif)
Из формул (7) и (8) следуют необходимость и достаточность для достижения поставленной цели предполагаемой совокупности отличительных признаков (при подстановке выражений (7) и (8) в выражения (4), (5) получаются тождества). По материалам отечественной и зарубежной патентно-технической литературы сущность идентичного или эквивалентного технического решения не обнаружена. Следовательно, заявляемое техническое решение является новым. На чертеже представлена схема предлагаемого технического решения. Устройство содержит флюгерный датчик 1, две вертушки 2 и 3 с датчиками 4 и 5 угловых скоростей их вращения, токосъемник 6, вторичный преобразователь флюгерного датчика 7 (преобразователь угла поворота подвижной части флюгерного датчика в электрический сигнал), блок вычитания 8, первый блок сложения 9, блок деления сигналов 10, блок формирования поправок на зону нечувствительности флюгера 11, второй блок сложения 12, блок определения модуля скорости 13. Вертушки 2, 3 жестко связаны с подвижной частью флюгерного датчика 1 и устанавливаются в ее передней части так, что их оси максимальной чувствительности симметрично развернуты от вертикальной плоскости (плоскости XOY флюгера) в разные стороны на углы соответственно +
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-12t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-13t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-14t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-15t.gif)
Из выражений (7) и (8) видно, что сигналы с выходов блока вычитания 8 и первого блока сложения 9 будут зависеть как от величины зоны нечувствительности
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-16t.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
n1+n2= 2kvsin
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
а сигнал с выхода блока деления сигналов 10 от модуля вектора скорости зависеть не будет, а будет определяться лишь только величиной зоны нечувствительности флюгера
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073018/916.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-17t.gif)
На основе этого факта и основано определение зоны нечувствительности в блоке 11, алгоритм которого
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-18t.gif)
вытекает из выражения (11). При подстановке (12) в (10) и разрешении последнего относительно v получаем алгоритм блока определения модуля вектора скорости ветра 13:
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073872/2073872-19t.gif)
Кроме того, предлагаемое устройство имеет по сравнению с упомянутыми известными устройствами лучшие динамические характеристики по каналу измерения угла за счет того, что этот угол формируется как результат сложения сигналов, проходящих через встречно-параллельное соединение, одна из ветвей которого (элементы 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11) имеет собственную частоту, в 10-15 раз большую, чем собственная частота основного флюгерного канала (ветвь формирования
![устройство для измерения скорости и направления горизонтального ветра, патент № 2073872](/images/patents/399/2073004/945.gif)
Класс G01P5/06 с помощью вращения лопастей