ВЫДВИЖНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ АППАРАТУРЫ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей, предназначено для непрерывного распознавания аномалий водной среды с движущегося судна или обитаемого подводного аппарата и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии, при исследовании океана в интересах судоходства, в том числе при добыче полезных ископаемых на шельфе, для определения техногенного влияния хозяйственной деятельности и военно-морского флота на загрязнения гидросферы, и при решении других прикладных задач, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды.
Известны два типа преобразователей гидрофизических полей различающиеся способом установки на подвижных носителях: преобразователи консольного и конформного типов.
Преобразователи консольного типа характеризуются выносом их чувствительных элементов непосредственно в невозмущенный поток, для чего используются различные консольные кронштейны, закрепляемые на корпусе носителя. Установка стационарных конструкций забортных приборов увеличивает исходные габариты носителя, что ограничивает область их применения. Преобразователи конформного типа вписываются в обводы корпусов носителей или в элементы их конструкции, как, например, описано в патенте РФ №2411521 опубл. 10.02.2011 г. При такой установке, чувствительный элемент преобразователя находится на поверхности обвода, в области турбулентного пограничного слоя потока обтекающей носитель жидкости, что существенно снижает пороговую чувствительность преобразователя и, соответственно, снижает эффективность обнаружения турбулентных аномалий в морской среде.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности обнаружения турбулентных аномалий в морской среде.
Указанный технический результат по первому варианту полезной модели, достигается тем, что выдвижной преобразователь гидрофизических полей для подвижного носителя аппаратуры содержит разъемный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединяемых с обеспечением герметичности нижней части корпуса, при этом в верхней части корпуса содержащей отверстие для выдвижения преобразователя закрытое технологической крышкой, размещен обтекатель, с установленными в нем чувствительным элементом преобразователя, жестко соединенный с подвижным штоком, жестко соединенная с подвижным штоком упорная крышка, и, по меньшей мере, одна направляющая, проходящая, по крайней мере, через отверстие, выполненное в упорной крышке, и закрепленная в основании верхней части корпуса, в нижней части корпуса размещен двигатель, взаимодействующий с редуктором, в шестерне которого установлен ходовой винт, с навинченным на него подвижным штоком, блок управления двигателем, кроме того преобразователь содержит средства определения положения его чувствительного элемента и средства преобразования сигнала соединенные с чувствительным элементом и герметичным разъемом для передачи сигнала к аппаратуре подвижного носителя,
Обтекатель выдвижного преобразователя гидрофизических полей преимущественно имеет крыловидную форму.
В частных случаях реализации, подвижный шток может быть снабжен фланцем в верхней части, выполненным с отверстиями для установки направляющих.
Направляющая втулка, закреплена с обеспечением герметичности в основании верхней части корпуса.
Средства преобразования сигнала могут содержать последовательно соединенные с чувствительным элементом датчика предварительный усилитель, основной усилитель и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с герметичным разъемом, при этом предварительный усилитель преимущественно установлен в обтекателе, а основной усилитель и аналого-цифровой преобразователь в герметичной части корпуса.
Средства определения положения чувствительного элемента могут содержать два концевых выключателя соединенных в электрическую цепь и установленных на планке таким образом, что подвижный шток при движении воздействует на их приводящие элементы (нажимает и отпускает их), меняя напряжение в цепи концевых выключателей.
В частных случаях реализации, средства определения положения его чувствительного элемента могут содержать постоянный магнит расположенный в упорной крышке, а также магниточувствительные элементы, соединенные последовательно в электрическую цепь и установленные на плате внутри направляющей таким образом, что их срабатывание при нахождении в магнитном поле постоянного магнита при выдвижении обтекателя с датчиком происходит в начальный и конечный моменты выдвижения.
Указанный технический результат по второму варианту полезной модели, достигается тем, что выдвижной преобразователь гидрофизических полей для подвижного носителя аппаратуры содержит разъемный корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединяемых с обеспечением герметичности нижней части корпуса, при этом в верхней части корпуса содержащей отверстие для выдвижения преобразователя закрытое технологической крышкой, размещен обтекатель, с установленными в нем чувствительным элементом, жестко соединенный с подвижным штоком, выполненным с фланцем в верхней части, и запрессованная в корпус разрезная направляющая втулка с продольным пазом, при этом фланец подвижного штока снабжен выступом, устанавливаемым в паз втулки, а в нижней части корпуса размещен двигатель, взаимодействующий с редуктором, в шестерне которого установлен ходовой винт, с навинченным на него подвижным штоком, и блок управления двигателем, кроме того преобразователь содержит средства определения положения его чувствительного элемента и средства преобразования сигнала соединенные с чувствительным элементом и герметичным разъемом для передачи сигнала к аппаратуре подвижного носителя,
Обтекатель преимущественно выполнен цилиндрическим.
Направляющая втулка, закреплена с обеспечением герметичности в основании верхней части корпуса.
Средства определения положения чувствительного элемента могут содержать два концевых выключателя соединенных в электрическую цепь и установленных на планке с обеспечением возможности воздействия подвижного штока при движении на их приводящие элементы, с изменением напряжения в цепи концевых выключателей.
Средства преобразования сигнала преимущественно содержат последовательно соединенные с чувствительным элементом датчика предварительный усилитель, основной усилитель и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с герметичным разъемом, при этом предварительный усилитель преимущественно установлен в обтекателе, а основной усилитель и аналого-цифровой преобразователь в герметичной части корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - выдвижной преобразователь гидрофизических полей (вариант 1) осевое сечение;
на фиг. 2 - выдвижной преобразователь гидрофизических полей (вариант 1) вид сбоку.
на фиг. 3 - выдвижной преобразователь гидрофизических полей (вариант 2) осевое сечение;
на фиг. 4 - пример выполнения блока управления двигателем.
на фиг. 5 - структурная электрическая схема выдвижного преобразователя
гидрофизических полей.
На фиг. 1, 2 приняты следующие обозначения:
1 - верхняя часть корпуса,
2 - нижняя часть корпуса,
3 - технологическая крышка,
4 - обтекатель,
5 - чувствительный элемент преобразователя,
6 - подвижный шток,
7 - упорная крышка,
8 - направляющая,
9 - двигатель,
10 - редуктор,
11 - ходовой винт,
12 - блок управления двигателем,
13 - герметичный разъем,
14 - направляющая втулка,
15 - предварительный усилитель,
16 - основной усилитель,
17 - аналого-цифровой преобразователь,
18 - концевой выключатель,
На фиг. 3 приняты следующие обозначения:
21 - верхняя часть корпуса,
22 - нижняя часть корпуса,
23 - обтекатель,
24 - чувствительный элемент преобразователя,
25 - подвижный шток,
26 - направляющая,
27 - технологическая крышка,
28 - двигатель,
29 - редуктор,
30 - ходовой винт,
31 - блок управления двигателем,
32 - герметичный разъем,
33 - направляющая втулка,
34 - предварительный усилитель,
35 - основной усилитель,
36 - аналого-цифровой преобразователь,
37 - концевой выключатель.
На фиг. 4 приняты следующие обозначения:
40 - цепь выдвижения;
41 - цепь задвигания;
42 - цепь переключения полярности и подачи напряжения питания на электродвигатель;
43 - токоограничивающая цепь.
Выдвижной преобразователь гидрофизических полей по первому варианту исполнения (фиг. 1, 2) устанавливается конформно с поверхностью подвижного носителя аппаратуры с обеспечением герметичности корпуса носителя посредством резиновых колец на корпусе преобразователя и его продольная ось перпендикулярна продольной оси носителя аппаратуры. Выдвижение обтекателя с датчиком производится вбок.
Преобразователь содержит разъемный корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединяемых с обеспечением герметичности нижней части корпуса.
В верхней части 1 корпуса размещен обтекатель 4, с установленным в нем чувствительным элементом преобразователя 5, жестко соединенный, например, с подвижным штоком 6, второй конец которого жестко соединен с упорной крышкой 7, которая закрывает внутреннюю полость верхней части 1 корпуса в выдвинутом положении, чем исключает образование дополнительной турбулентности на поверхности носителя аппаратуры и одновременно передает на корпус преобразователя динамические нагрузки, возникающие на корпусе обтекателя 4 при движении носителя аппаратуры, тем самым снимает нагрузку с подвижного штока 6.
Герметичность нижней части корпуса обеспечивается тем, что отверстие в основании верхней части корпуса, через которое проходит подвижный шток, снабжено резиновыми кольцами.
Обтекатель 4 имеет, преимущественно, крыловидную форму
Для обеспечения выдвижения обтекателя 4 параллельно набегающему потоку, в верхней части 1 корпуса установлена, по меньшей мере, одна направляющая 8, проходящая, по крайней мере, через отверстие, выполненное в упорной крышке 7, и закрепленная в основании верхней части корпуса 1.
В случае, когда подвижный шток 6 снабжен фланцем в верхней части, направляющая 8 также проходит через выполненное во фланце отверстие.
В приведенном на фиг. 1, 2 примере выполнения преобразователь содержит две направляющих 8, проходящие через отверстия в упорной крышке 7 и фланце подвижного штока 6 и ввинченные в основание негерметичной части 1 корпуса.
Верхняя часть 1 корпуса содержит отверстие для выдвижения обтекателя 4 с чувствительным элементом 5 закрытое технологической крышкой 3, защищающей чувствительный элемент в транспортном положении.
В верхней части направляющих 8 имеются шляпки, которые предназначены для стопорения упорной крышки 7 в конечный момент выдвижения обтекателя 4 и предотвращения дальнейшего выдвижения.
В нижней части корпуса размещен двигатель 9, взаимодействующий с редуктором 10, в шестерне которого установлен ходовой винт 11, с навинченным на него подвижным штоком 6 и блок управления двигателем 12.
В преобразователе может быть использован, например, двигатель ДПР-62-Н1-02 с частотой вращения 6000 об/мин или двигатель ДПР-62-Н1-01 с частотой вращения 9000 об/мин.
Блок управления двигателем 12 (фиг. 4) предназначен для подачи на электродвигатель напряжения питания необходимой полярности для запуска вращения двигателя в одну или другую сторону с целью обеспечения выдвижения или задвигания обтекателя с датчиком. Блок управления двигателем, в приведенном примере, содержит цепь 40 выдвижения, цепь 41 задвигания, цепь 42 переключения полярности и подачи напряжения питания на электродвигатель и токоограничивающую цепь 43.
Цепь 40 выдвижения предназначена для приема сигнала на выдвижение, представляющего постоянное напряжение 27 В, подающееся из аппаратуры носителя через выходной разъем выдвижного преобразователя, и формирования управляющего импульса для цепи переключения полярности и подачи питания на электродвигатель. Цепь выдвижения состоит из колебательного контура для формирования управляющего импульса из постоянного напряжения 28 В и оптрона для обеспечения гальванической изоляции цепей управления питания двигателем от внешней аппаратуры.
Цепь 41 задвигания предназначена для приема сигнала на задвигание, представляющего постоянное напряжение 3,3 В, подающееся с платы АЦП, и формирования управляющего импульса для цепи переключения полярности и подачи питания на электродвигатель. Цепь задвигания состоит из транзистора для формирования управляющего сигнала и оптрона для обеспечения гальванической изоляции цепей управления питания двигателем от цифровой части выдвижного преобразователя.
Цепь 42 переключения полярности и подачи напряжения питания на электродвигатель предназначена для приема управляющих сигналов цепей выдвижения, задвигания и подачи соответствующего напряжения питания на электродвигатель, а также размыкания цепи питания двигателя при срабатывании токоограничивающей цепи. Цепь состоит из двух реле и набора транзисторов.
Токоограничивающая цепь 43 предназначена для формирования сигнала на снятие напряжения питания с электродвигателя при превышении допустимого значения тока в цепи питания двигателя при достижении упора в моменты окончания выдвижения и задвигания. Токоограничивающая цепь состоит из мощного резистора и транзистора обеспечивающего формирование сигнала на отключение питания двигателя.
Направляющая втулка 14 закреплена, с обеспечением герметичности, в основании верхней части 1 корпуса. Герметичность обеспечивают уплотнительные кольца и сальник, пропитанный машинным маслом для предотвращения сухого трения между уплотнительными кольцами и подвижным штоком, установленные в направляющей втулке 14.
Преобразователь содержит средства определения положения его чувствительного элемента. В приведенном на (фиг. 1, 2) примере исполнения, средства определения положения чувствительного элемента выполнены в виде двух концевых выключателей 18, соединенных в электрическую цепь и закрепленных на планке, установленной в вырезе, выполненном в нижней части направляющей втулки 14 так, что подвижный шток 6 при движении воздействует на их приводящие элементы (нажимает и отпускает их), меняя напряжение в цепи концевых выключателей 18, посредством чего определяется положение чувствительного элемента 5 преобразователя (выдвинут либо задвинут).
В частных случаях реализации средства определения положения чувствительного элемента 5 могут содержать постоянный магнит, расположенный в упорной крышке 7, а также магниточувствительные элементы, соединенные последовательно в электрическую цепь и установленные на плате внутри направляющей таким образом, что их срабатывание, при нахождении в магнитном поле постоянного магнита при выдвижении обтекателя с чувствительным элементом 5, происходит в начальный и конечный моменты выдвижения.
Преобразователь также содержит средства преобразования сигнала чувствительного элемента соединенные соответственно с чувствительным элементом 5 и герметичным разъемом 13 для передачи сигнала к аппаратуре подвижного носителя. Средства преобразования сигнала, преимущественно, содержат предварительный усилитель 15 установленный внутри обтекателя 4, обеспечивающий уменьшение влияния на сигналы преобразователя электрических наводок на длинных проводах, идущих от чувствительного элемента 5 к основному усилителю 16, установленному в нижней части 2 корпуса и соединенному с установленным там же аналого-цифровым преобразователем 17, обеспечивающем преобразование в цифровой сигнал.
Подвижный шток 6 и ходовой винт 11 преимущественно выполняют со сквозным отверстием для прохода проводов от предварительного усилителя 15 к основному усилителю 16. Для исключения повреждения проводов при выдвижении и задвигании чувствительного элемента 5 в нижней части 2 корпуса может быть установлен кабель-канал, который направляет провода в свободное пространство герметичной части 2 корпуса.
Устройство работает следующим образом.
От аппаратуры носителя через герметичный разъем 13 выдвижного преобразователя, на цепь 40 выдвижения блока 12 управления двигателем подается сигнал на выдвижение чувствительного элемента 5, представляющий постоянное напряжение 27 В. Цепь 40 выдвижения формирует управляющий импульс длительностью 30 мс для цепи 42 переключения полярности и подачи питания на электродвигатель 9, которая устанавливает полярность напряжения питания двигателя в положение "Выдвинуть" и подает напряжение питания +28 В на двигатель 9. Двигатель 9 посредством редуктора 10 начинает вращать ходовой винт 11, на который навинчен подвижный шток 6. Так как подвижный шток 6 зафиксирован от вращения направляющими, то вращение ходового винта преобразуется в прямолинейное движение штока 6. Обтекатель 4 с чувствительным элементом 5 выдвигается из преобразователя.
При выдвижении крыловидного обтекателя 4 в крайнее положение до упора, ток двигателя возрастает. При превышении им двойного номинального значения, токоограничивающая цепь 43 блока 12 управления двигателем формирует сигнал о снятии напряжения питания с двигателя 9 по которому цепь 42 переключения полярности и подачи питания на электродвигатель снимает напряжение питания с двигателя 9.
В процессе работы на преобразователь подается постоянное напряжение ±12 В для питания предварительного усилителя 15, основного усилителя 16 и аналого-цифрового преобразователя 17.
После выдвижения обтекателя 4 с чувствительным элементом 5 в поток на электродах чувствительного элемента, находящихся в магнитном поле, возникают потенциалы, изменяющиеся пропорционально пульсациям скорости в набегающем потоке. Предварительный усилитель 15 снимает потенциалы с двух электродов чувствительного элемента 5, суммирует их, формируя сигнал пропорциональный продольной составляющей пульсаций вектора скорости, усиливает полученный сигнал в 150 раз и передает в основной усилитель 16. Такое значительное усиление в предварительном усилителе выбрано для снижения влияния электрических помех на длинной линии связи между предварительным и основным усилителями (более 300 мм). В основном усилителе 16 производится дополнительное усиление сигнала в 20 раз и фильтрация в диапазоне от 10 до 400 Гц, а также смещение по диапазону на 2,5 В, после чего сигнал передается на первый вход аналого-цифрового преобразователя 17. После получения от внешней аппаратуры команды "Работа", аналого-цифровой преобразователь начинает оцифровывать полученный сигнал, и передавать его во внешнюю аппаратуру.
Таким образом, аналоговая часть преобразователя начинает работу непосредственно после подачи питающего напряжения, а цифровая - после получения команды "Работа".
Для задвигания обтекателя 4 с чувствительным элементом 5, от внешней аппаратуры подается команда "Задвинуть", после чего аналого-цифровой преобразователь 17 формирует и подает на цепь задвигания 41 блока управления двигателем сигнал задвигания, представляющий постоянное напряжение 3,3 В. Цепь 41 задвигания формирует соответствующий сигнал для цепи 43 переключения полярности и подачи питания на электродвигатель, которая устанавливает полярность напряжения питания двигателя в положение "Задвинуть" и подает напряжение питания +28 В на двигатель 9. Двигатель посредством редуктора 10 задвигает крыловидный обтекатель 4 с чувствительным элементом 5 внутрь преобразователя.
Выдвижной преобразователь гидрофизических полей по второму варианту исполнения (фиг. 3) устанавливается в носовой части носителя аппаратуры так, что его продольная ось параллельна продольной оси носителя аппаратуры. Выдвижение обтекателя с датчиком производится вперед.
Выдвижной преобразователь содержит разъемный корпус, состоящий из верхней 21 и нижней 22 частей, соединяемых с обеспечением герметичности нижней части корпуса. В верхней части корпуса 21 размещен обтекатель 23, имеющий преимущественно цилиндрическую форму, с установленными в нем чувствительным элементом 24, жестко соединенный с подвижным штоком 25, выполненным с фланцем в верхней части, а также, запрессованная в верхнюю часть 21 корпуса, разрезная направляющая втулка 26 с продольным пазом. При этом фланец подвижного штока 25 снабжен выступом, устанавливаемым в паз направляющей втулки 26.
Для выдвижения преобразователя в верхней части 21 корпуса выполнено отверстие закрытое технологической крышкой 27.
В нижней части 22 корпуса размещен двигатель 28, взаимодействующий с редуктором 29, в шестерне которого установлен ходовой винт 30, с навинченным на него подвижным штоком 25, блок управления двигателем 31, и герметичный разъем 32.
В преобразователе может быть использован, например, двигатель ДПР-62-Н1-02 с частотой вращения 6000 об/мин или двигатель ДПР-62-Н1-01 с частотой вращения 9000 об/мин.
Блок управления двигателем 31 выполнен аналогично первому варианту.
Ходовой винт 30 преимущественно устанавливается в направляющей втулке 33, закрепленной с обеспечением герметичности в основании верхней части корпуса. Герметичность обеспечивают уплотнительные кольца и сальник пропитанный машинным маслом для предотвращения сухого трения между уплотнительными кольцами и подвижным штоком 25 установленные в направляющей втулке 33.
Преобразователь содержит средства определения положения его чувствительного элемента 24, выполненные в виде двух концевых выключателей 37, соединенных в электрическую цепь и закрепленных на планке, установленной в вырезе, выполненном в нижней части направляющей втулки 33 так, что подвижный шток 25, при движении, воздействует на их приводящие элементы (нажимает и отпускает их), меняя напряжение в цепи концевых выключателей 37, посредством чего определяется положение чувствительного элемента 24 преобразователя (выдвинут либо задвинут).
Преобразователь также содержит средства преобразования сигнала, содержащие последовательно соединенные с чувствительным элементом 24 преобразователя предварительный усилитель 34, основной усилитель 35 и аналого-цифровой преобразователь 36, выход которого соединен с герметичным разъемом 32 для передачи сигнала к аппаратуре подвижного носителя. При этом предварительный усилитель 34 преимущественно установлен в обтекателе 23, а основной усилитель 35 и аналого-цифровой преобразователь 36 в герметичной части 22 корпуса.
Работа преобразователя по второму варианту происходит аналогично описанной выше работе устройства по первому варианту исполнения заявляемого устройства.
Таким образом, заявляемое устройство, по первому и второму вариантам исполнения, посредством механизма выдвижения, обеспечивает, в процессе работы, установку чувствительного элемента преобразователя в набегающий поток на расстоянии около 80 мм от поверхности носителя, что, как минимум, в четыре раза превышает толщину турбулентного пограничного слоя, развивающегося на поверхности подвижного носителя аппаратуры в месте установки преобразователя, за счет чего, повышается достоверность регистрации.
Одновременно обеспечивается защита чувствительного элемента при постановке и выборке подвижного носителя аппаратуры на судне, т.к. выдвижение чувствительного элемента преобразователя производится в начальный момент автономного движения подвижного носителя аппаратуры, а задвигание чувствительного элемента производится после прекращения движения подвижного носителя аппаратуры.
Заявляемый выдвижной преобразователь гидрофизических полей для подвижного носителя аппаратуры может быть изготовлен в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования.