УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ СКОРОСТИ

Устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости
Полезная модель относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использована 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).
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
МПК COIN 27/00
паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций и неравномерного движения носителя, установленного, например, на буксируемой линии.
Известно также устройство 2, являющееся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству. Это устройство 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 не высока.
Указанный недостаток устранен в предлагаемой полезной модели, сущность которой заключается в том, что в устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости, содержащее первый преобразователь скорости в электрический сигнал, дополнительно введены второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, идентичные первому преобразователю скорости в электрический сигнал, расположенные на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, а также блок вычисления функции
и //Д  у у
- 2  // li-ll-ff
- 3
и. R. . I R
3 Кг. ч
к 2.  . ,
где и - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, К - масштабный коэффициент, R i R  расстояния от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, соответственно, м, С/,, С/2 / 3  напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока определения 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.
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 полезной модели 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; R , Rj - расстояния от первого преобразователя скорости в
электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, соответственно.
(1)
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 вьшолнен, например, на операционных усилителях, реализующих функции суммирования и вычитания, или включать в свой состав многоканальный аналогоцифровой преобразователь и микропроцессорный вычислитель функции
Преобразователи 2 и 3 скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой на расстояниях R- и  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 ориентирована по отношению к направлению набегающего потока и не должны затенять друг друга.
Наиболее простым и предпочтительным вариантом является вариант, при котором выполняется условие 2  з   этом случае выражение (1) упрощается:
i-|(f/2+f/3)l,(2)
и  к
Минимальные расстояния R и R выбирают из условия отсутствия влияния преобразователей 1-3 друг на друга и превышения минимального масштаба измеряемых турбулентных пульсаций скорости в несколько раз. Максимальные расстояния R и з ограничиваются конструктивными возможностями и условиями соблюдения конструктивной жесткости
ЯМ€)// T,I/
- 4 взаимного расположения преобразователей 1-3. Обычно расстояния R и  составляют 0,1-1,0 м.
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 сигнал, свободный от вибрационных помех поступает для последующей обработки и определения параметров турбулентности.
Предлагаемая полезная модель может быть использована 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 предлагаемой полезной модели позволяет повысить точность измерения турбулентных пульсаций скорости за счет уменьшения влияния помех, обусловленных вибрациями и неравномерным движением носителя. Кроме этого, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить влияние аддитивных электрических помех. При этом максимальный эффект уменьшения влияния аддитивных электрических помех достигается при выполнении условия .
Представленное описание и чертежи позволяют, используя существующую элементную базу изготовить предлагаемое устройство в производстве 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 полезную модель как промышленно применимую.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Авт. свидет. СССР № 356564, МПК G 01 Р 5/08, 1972.
2.Авт. свидет. СССР № 685984, МПК G 01 Р 5/08, 1979г. (прототип).