УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТЕЙ ПОТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению, а именно к технике измерения параметров ветра, в частности для измерения горизонтальных скоростей и направления ветра, а также вертикальной компоненты скорости ветра, и может быть использована в аэропортах для обеспечения безопасности полетов воздушных судов.
В настоящее время в практике метеорологического обеспечения полетов авиации широко используются датчики параметров ветра как винтокрылые, так и акустические анемометры.
Широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получили винтокрылые датчики, в которых используются ветреные датчики, которые определяют скорость ветра по угловой скорости вращения, а направление - по расположению вертушек вдоль направления ветра благодаря наличию флюгеров [1, 2, 3].
В настоящее время стали применять для измерения скорости ветра и его направлений акустические анемометры [4], которые имеют преимущество, т.к. не содержат механически вращающихся элементов (вертушек и флюгеров), наличие которых сильно уменьшает надежность измерителей скорости ветра и его направлений.
К недостаткам известных технических решений можно отнести невозможность измерения вертикальной составляющей скорости ветра, что может привести к усложнению условий посадки воздушных судов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока [5], содержащий два обратимых электроакустических  преобразователя, подключенных через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра,
выход которого через блок деления подключен к первому блоку вычитания, синхронизатор и регистратор.
К недостаткам известного измерителя можно отнести его ограниченные возможности, т.к. он предназначен только для измерения скорости ветра, а такие параметры, как направление ветра и вертикальную составляющую ветра, измерить невозможно.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения направления ветра в горизонтальной плоскости, а также вертикальной составляющей ветра и повышение точности измерения параметров ветра.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого ультразвукового измерителя скоростей потока, который, как и прототип, содержит канал измерения скорости ветра, включающий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенные через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания.
В отличие от прототипа в него дополнительно введены вычислительное устройство и два канала измерения скорости ветра, каждый из которых включает два обратимых электроакустических преобразователя, подключенные через коммутатор к передатчику и приемнику импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра, выход которого через блок деления подключен к блоку вычитания, при этом выходы блоков вычитания всех трех каналов измерения скорости ветра связаны с вычислительным устройством, а электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что расположение трех пар электроакустических преобразователей на одинаковом расстоянии L друг от друга под углом (30-60)° в вертикальной плоскости образуют попарно три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга.
Таким образом, благодаря введению двух дополнительных каналов измерения скорости ветра, появилась возможность в вычислительном устройстве получать горизонтальную скорость и направление ветра, а также вертикальную компоненту скорости ветра по измеренным значениям скорости вдоль каждой из измерительных баз.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - изображена функциональная схема ультразвукового измерителя скоростей потока;
фиг.2 - взаимное расположение электроакустических преобразователей всех трех каналов в горизонтальной плоскости;
на фиг.3 - взаимное расположение электроакустических преобразователей всех трех каналов в вертикальной плоскости.
Ультразвуковой измеритель скоростей потока содержит три канала измерения скорости ветра I, II и III.
I
I
II
II
III
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
Каждый из каналов измерения скорости ветра включает по два обратимых электроакустических преобразователя 1 и 2, 1 и 2 , 1 и 2, подключенные через коммутатор 3, 3 и 3 к передатчику 4, 4 и 4 и приемнику 5, 5 и 5 импульсных сигналов, преобразователь временной интервал-цифра 6, 6 и 6, выход которого через блок деления 7, 7 и 7подключен к блоку вычитания 8, 8 и 8.
I
II
III
Выходы блоков вычитания 8 8 и 8 связаны с вычислительным устройством 9.
Электроакустические преобразователи каждого канала измерения скорости ветра образуют три измерительные базы, расположенные на
одинаковом расстоянии L под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости.
Ультразвуковой измеритель скоростей потока работает следующим образом.
I
I
II
II
III
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
II
III
I
I
II
II
III
III
В каждом канале измерения скорости ветра электроакустические преобразователи 1 и 2, 1 и 2, 1 и 2 подключены через коммутаторы 3, 3 и 3 от передатчика импульсных сигналов 4, 4 и 4 и приемника импульсных сигналов 5, 5 и 5, которые поочередно работают на излучение и прием в прямом и обратном направлениях, и преобразователь временной интервал-цифра 6 6 и 6 получает разность времени прохождения сигнала ультразвука между прямым направлением и обратным. Далее через блок деления 7, 7 и 7поступает на блок вычитания 8, 8 и 8, где получают разность времени прохождения ультразвука в цифре между прямым направлением и обратным измерительной базы, это расстояние L между электроакустическими преобразователями l и 2, 1 и 2, 1 и 2, базы равны.
Т.к. значение скорости звука в неподвижном воздухе за время измерения не меняется, то при вычитании оно исключается. Результирующая разность скорости определяется только ветровым способом импульсным ультразвуковым сигналом и не зависит от значений температуры воздуха и относительной влажности, и атмосферного давления.
Далее эта разность поступает с трех каналов измерения скорости ветра и блоков вычитания на вычислительное устройство 9.
I
II
II
II
III
III
Электроакустические преобразователи попарно 1 и 2, 1 и 2, 1 и 2 образуют три измерительные базы, расположенные под углом 120° относительно друг друга и под углом (30-60)° в вертикальной плоскости, что позволяет в вычислительном устройстве 9 вычислять горизонтальную скорость и направление ветра, а также вертикальную
компоненту скорости ветра по измеренным значениям скорости вдоль каждой из измерительных баз.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить надежность работы ультразвукового измерителя скоростей потока, обеспечить дополнительное получение направления скорости ветра и возможность измерения вертикальной составляющей ветра в одном приборе, чем достигается повышение безопасности взлета и посадки воздушных судов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Российская Федерация, патент на изобретение №2030749, МПК:
6G01P 5/01, 1995 г.
2. Российская Федерация, заявка на изобретение №93049075/28, МПК:
6G01P 5/01, 1996 г.
3. Российская Федерация, патент на изобретение №2093835, МПК:
6G01P 5/01, 1997 г.
4. Российская Федерация, патент на полезную модель №44391, МПК:
7G01P 5/01, 2005 г.
5. Российская Федерация, авторское свидетельство на изобретение №1081544, МПК: GO1P 5/00, GO1F 1/66, 1984 г. - прототип.