Преобразователь струйного частотного сигнала
JET FREQUENCY SIGNAL CONVERTER

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию при измерении и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах.
Известно устройство, например, для процедуры измерения ускорения, по которому формирующие импульсы частоты генератора с помощью апериодических звеньев в виде дросселей и емкостей преобразуются в аналоговый сигнал давления, причем по пути формирования выполняется отбор по группам входных пневматических импульсов, набираемых за период частоты генератора (SU 1702354 А1, 20.07.1989). Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие, поскольку передача сигналов выполняется полностью на мембранных элементах.
Известно устройство, в котором частотные сигналы струйного генератора, выполненного секционным в виде последовательно соединенных в кольцо триггеров с раздельными входами, от прямых и инверсных выходов триггеров проходят по параллельным линиям, каждая из которых содержит стабилизатор и импульсатор на струйных элементах. При этом выходные сигналы линий формируют аналоговые сигналы в камерах давлений дополнительных сумматоров, далее объединенных в общий. Недостатками известного устройства является разделение сигналов струйного генератора по секциям с последующим объединением для получения суммарного аналогового сигнала, что требует дополнительного согласования по сдвигам фаз отдельных секций струйного генератора совместно с набором струйных элементов преобразования в каждой линии (RU 156837 U1, 20.11.2015).
Известно устройство, у которого вырабатывается струйный частотный сигнал с последующим преобразованием в пневматический аналоговый сигнал (RU 157945 U1, 20.12.2015), принятое за прототип. Частотный инверсноамплитудный выход струйного генератора подается в пневматическую емкость, разделенную мембраной. В последней формируются аналоговые сигналы противоположных знаков, каждый через свои последовательно соединенные струйный преобразователь импульсов постоянной длительности и амплитуды, пневматическая емкость и линейный дроссель. Недостатком известного устройства является наличие двух частотных линий с расположенным в каждой аппаратным набором пневматических устройств, что усложняет состав преобразователя.
Техническим результатом является снижение количества линий преобразования частотного струйного сигнала.
Технический результат достигается тем, что преобразователь струйного частотного сигнала давления содержит на первой пластине струйный усилитель с соплом питания, соплами управления, осевые и боковые симметричные приемные каналы, на второй пластине - пневматическую камеру с емкостями, разделенными сужением, вход одной из них соединен с выходом осевого приемного канала усилителя на первой пластине.
Исследуя устройство, принятое за прототип, М.М. Беляев (соавтор RU 157945 U1, 20.12.2015 г.) экспериментально с помощью термоанемометров выявил удивительное свойство струйного автогенератора. Выходные инверсноамплитудные сигналы по расходу состоят из основной части, одновременно принадлежащие двум выходным сигналам, несмотря на разницу во времени их формирования под действием управляющих сигналов. Т.е. объемное «тело» струйного потока не полностью отклоняется в разные стороны. В процессе переброски потока питания к приемным каналам образуются несимметричные краевые потоки при основной части потока, т.е. струйный поток фактически, частотно вибрируя, стоит, мало отклоняясь от своего среднего положения в силу инерционности по мере увеличения частоты и расхода, и прибавляет к своему положению несимметричные краевые потоки, образуя суммарный поток, то в одном приемном канале, то в другом. Этот суммарный поток определяет конечное давление и расход в первом и втором приемных каналах струйного усилителя автогенератора. Статическая характеристика зависимости расхода за минусом приращения краевой расходной части потока от основной расходной части, в зависимости от увеличения частоты колебаний пневматического давления и общего расхода в одном из приемных каналов, выражена в виде быстро убывающей ординаты, стремящейся к некоторой постоянной величине расхода потока.
Указанное свойство колебательного процесса струйного течения в струйном усилителе автогенератора использовано в разработке преобразователя частотного пневматического сигнала.
На чертежах показан преобразователь струйного частотного сигнала давления, состоящего из двух частей, собранных послойно на пластинах. Верхняя крышка со штуцерами не показана.
На фиг.1 показан слой геометрической конфигурации струйного усилителя преобразователя струйного частотного сигнала давления. Струйный усилитель, предложенной геометрии, сделан по технологии 3-D стереолитографии по патенту RU 2498121 С1 от 15.10.2012.
На фиг.2 показан слой геометрической конфигурации пневматической камеры стабилизации давления преобразователя струйного сигнала давления.
Геометрия усилителя 4 вырезается на одной пластине, пневматическая камера 15 с входом и выходом - на другой и обе пластины заключаются в обкладки.
Работа преобразователя струйного частотного сигнала давления происходит следующим образом. Частотный инверсноамплитудный ± Δƒ сигнал давления 1, например струйного автогенератора, подают в сопла 2 и 3 управления струйного усилителя 4 с осевым приемным каналом 5 и двумя боковыми приемными каналами 6 и 7. Поток питания 8 подводится к соплу 9. Дополнительные приемы в организации камеры взаимодействия состоят в том, что боковые стенки выполнены скругленными с уменьшением влиянием пристеночного эффекта для увеличения нестабильности нейтрального положения потока питания и присоединением краевых потоков при переключении из любого крайнего положения. В осевом приемном канале 5 формируется некоторый потенциал давления с небольшой переменной составляющей по давлению. По мере увеличения частотного сигнала по частоте и величине расхода, происходит накопление величины потока 8 струи сопла питания 9 струйного усилителя 4. В течение прохода по камере взаимодействия потока 8 с окружающей средой поток 8 приобретает присоединенные краевые несимметричные части 11 и 12 потока. Поток 8 состоит из основной части 10 и частей 11 и 12. В процессе переключения основной части 10 потока 8 краевые части 11 и 12 струи питания переходят в боковые приемные каналы 6 и 7 и частично в атмосферные выходы 13 и 14. Далее основная часть 10 потока 8 переходит в пневматическую камеру 15, с двумя емкостями, разделенными сужением 18 в которой происходит выравнивание до некоторой величины статического потенциала давления. После этой процедуры выравненный по давлению расход отправляется в нагрузку 19. 16 - выход из слоя струйного усилителя с переходом в слой пневматической камеры, 17 - вход в слой пневматической камеры.
Преобразователь имеет статическую характеристику увеличения давления и расхода в приемном канале 5 при увеличении давления и расхода потока 8 питания. При подготовке к установке в систему после анализа статической характеристики начальная ее часть на малых частотах возможно отделяется для уменьшения погрешности. Для этого оценивают измеренные в боковых приемных каналах 6 и 7 величины давления и при наличии нелинейности в характеристике используют ограниченный диапазон выходного давления основной части 10 потока питания 8 в нагрузке 19.
Преобразователь в составе струйного усилителя с осевым приемным каналом и пневматической камерой осуществляет перевод частотного струйного сигнала, сформированного в осевом приемном канале 5 в виде потенциала давления, последовательно через пневматическую камеру 15 в активную нагрузку 19. При этом получено снижение количества линий преобразования частотного струйного сигнала и упрощения состава преобразователя.