УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА
DEVICE TO MEASURE SPEED FLOW

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости потока, например, в системе воздушных сигналов вертолета.
Известна система воздушных сигналов вертолета (Helicopter air data system (HADS), Meggitt Avionics, September 2011), содержащая датчик воздушной скорости и направления и систему вычисления параметров.
Недостатками этого устройства являются высокие габаритные характеристики, низкая точность и узкий диапазон измерения малых скоростей.
Известна «Система измерения малых воздушных скоростей вертолета» (патент РФ №2426995, МПК G01P 005/00, опубл. 20.08.2011), содержащая установленный на фюзеляже в зоне вихревой колонны несущего винта многоканальный аэрометрический приемник, выполненный в виде сферического тела, ось которого направлена вверх в плоскости, параллельной плоскости симметрии вертолета, с отверстиями для забора полного давления результирующего набегающего воздушного потока и для определения углового положения вихревой колонны несущего винта, пневмоэлектрические преобразователи, выходы которых через последовательно соединенные мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь подключены к микропроцессору, выход которого является выходом системы по параметрам вектора истинной воздушной скорости вертолета.
Недостатками являются сложность конструкции, низкая точность измерений и узкий диапазон измерения малых скоростей.
Наиболее близким из известных технических решений является «Устройство для преобразования колебательного движения во вращательное» (Авторское свидетельство СССР  №1480028, Н02K 7/06, опубл. 1987). Устройство содержит корпус, задатчик механического момента, выполненный в виде рамки с обмоткой, насаженной на подвижную ось, внутрирамочный постоянный магнит, закрепленный на корпусе, датчик положения рамки, выполненный в виде двух пар закрепленных на корпусе излучателей и фотоприемников, разделенных заслонкой, жестко закрепленной на подвижной оси, ротор выполненный в виде кольца из магнитомягкого материала, закрепленного на выходном валу через прокладку из неэлектропроводного и немагнитопроводного материала, магнитопровод, состоящий из двух П-образных магнитопроводов, на которых размещены последовательно соединенные секции обмотки, и индуктор, включающий магнитопроводящий диск, на торцовой поверхности которого, обращенной к ротору, установлены два идентично ориентированных постоянных магнита, при этом индуктор закреплен на подвижной оси. Постоянные магниты одноименными полюсами обращены к ротору и образуют однородное магнитное поле, силовые линии которого замыкаются кольцом. Устройство также снабжено компаратором, ключом, формирователем импульсов управления и источником постоянного тока, при этом выходы фотоприемников подключены к входам компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа, первым входом подключенного к источнику постоянного тока, а выходами - к обмоткам задатчика механического момента, параллельно которым подключены входы формирователя импульсов управления, к 1 выходу которого подключена n-секционная, например, двухсекционная обмотка, секции которой соединены последовательно и каждая размещена на П-образном магнитопроводе.
Это устройство не предназначено для измерения линейной скорости потока, но является наиболее близким по техническому исполнению.
Задачей является создание устройства, измеряющего скорость потока с большей точностью и расширенным диапазоном.
Техническим результатом является повышение точности измерения линейной скорости потока расширение диапазона измерения малых скоростей и вместе с тем, упрощение конструкции известных до этого технических решений.
Технический результат достигается тем, что в устройство содержащее корпус, компаратор, ключ, источник постоянного тока, задатчик механического момента, включающий рамку с обмоткой, внутрирамочный постоянный магнит, закрепленный на корпусе, датчик положения рамки, выполненный в виде двух пар закрепленных на корпусе излучателей и фотоприемников, разделенных заслонкой, при этом выходы фотоприемников подключены к первому и второму входам компаратора, первый выход которого подключен ко второму входу ключа, первый вход которого подключен к источнику постоянного тока, а выходы подключены к рамке с обмоткой, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены плоская катушка, два явнополюсных постоянных магнита, образующих магнитную муфту, три торсиона, один из которых является торсионом чувствительного элемента, а два других являются частью задатчика механического момента, причем на первом торсионе задатчика механического момента размещены рамка с обмоткой и заслонка, а на втором закреплен первый явнополюсный постоянный магнит, чувствительный элемент, выполненный в виде пластинок, закрепленных на торсионе чувствительного элемента, балансировочный груз, закрепленный на конце торсиона чувствительного элемента, на котором соосно с первым явнопольсным постоянным магнитом закреплен второй явнополюсный постоянный магнит магнитопроницаемая перегородка, разделяющая явнополюсные постоянные магниты, а на стороне магнитопроницаниемой перегородки, обращенной к полюсам второго магнита, размещена плоская катушка, концы которой подсоединены к пластинкам, причем торсионы являются жесткими, и выполнены в виде стержня круглого сечения.
Технический результат достигается за счет того, что рамка с обмоткой совершает автоколебания вокруг оси чувствительности под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, достигаемого при осуществлении изобретения в силу того, что содержащиеся в заявленном устройстве пластинки, три торсиона, токопроводящая рамка, два явнополюсных постоянных магнита, балансировочный груз, заслонка, излучатели, фотоприемники, плоская катушка, ключ, источник постоянного тока, компаратор могут быть эффективно использованы для измерения линейной скорости потока.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, и введены следующие обозначения:
1. Рамка с обмоткой
2. Первый торсион задатчика механического момента
3. Второй торсион задатчика механического момента
4. Заслонка
5. Внутрирамочный постоянный магнит
6. Корпус
7. Первый явнополюсный постоянный магнит
8. Второй явнополюсный постоянный магнит
9. Торсион чувствительного элемента
10. Пластинки
11. Плоская катушка
12. Первый излучатель
13. Второй излучатель
14. Источник постоянного тока
15. Первый фотоприемник
16. Второй фотоприемник
17. Компаратор
18. Ключ
19. Магнитопроницаемая перегородка
20. Балансировочный груз.
В предлагаемом устройстве рамка с обмоткой 1 размещена на первом и втором торсионах задатчика механического момента 2, 3, с возможностью угловых перемещений вокруг своей оси симметрии, вместе с заслонкой 4. Торсионы являются жесткими, и выполнены в виде стержня круглого сечения. Внутри рамки с обмоткой 1 расположен внутрирамочный постоянный магнит 5, жестко закрепленный на корпусе 6; рамка с обмоткой 1 соединена с первым явнополюсным постоянным магнитом 7, закрепленным на втором торсионе задатчика механического момента 3, который образует магнитную связь со вторым явнополюсным постоянным магнитом 8, соединенным с торсионом чувствительного элемента 9, на котором расположены взаимодействующие с потоком пластинки 10, к которым подведены фазы плоской катушки 11; датчик положения выполнен в виде двух излучателей 12 и 13, подключенных к источнику постоянного тока 14 и двух фотоприемников 15 и 16 соответственно, закрепленных на корпусе 6, подключенных к входу компаратора 17, к выходу которого подключен ключ 18, обоими выходами подключенный к рамке с обмоткой 1 и входом, к которому подключен источник постоянного тока 14. Магнитопроницаемая перегородка 19 установлена на корпусе 6 между первым 7 и вторым 8 явнополюсными постоянными магнитами. Балансировочный груз 20 закреплен на торсионе чувствительного элемента 9.
Излучатели 12, 13 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых светодиодов КИПД80 В.
Фотоприемники 15, 16 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых фотоприемников МГ-32.
Компаратор 17 может быть выполнен, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы (компаратора) 521СА2.
Ключ 18 может быть выполнен, например, на основе серийно выпускаемого транзистора ГТ108.
Источник постоянного тока 14 может быть представлен любой типовой схемой [1].
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают на объект для измерения линейной скорости потока. В момент времени, предшествующий началу измерения, заслонка 4, закрывает первый излучатель 12, оставляя второй излучатель 13 открытым. В результате, на выходе фотоприемника 16 появляется сигнал, который подается на вход ключа 18 и подключает источник постоянного тока 14 к рамке с обмоткой 1, создавая магнитное поле и заставляя рамку с обмоткой 1, взаимодействующую с внутрирамочным постоянным магнитом 5, поворачиваться под действием силы Ампера до крайнего положения, в котором заслонка 4 закрывает второй излучатель 13, оставляя первый излучатель 12 открытым, после чего процесс повторяется и задатчик механического момента совершает автоколебания. С помощью магнитной связи колебания передаются на торсион чувствительного элемента 9, с закрепленными на нем пластинками 10, которые начинают совершать колебания в той же плоскости, что и задатчик механического момента.
При наличии входного воздействия на пластинки 10, изменяется их центр колебаний, вследствие чего изменяется центр колебаний второго явнополюсного постоянного магнита 8, а за ним и первого явнополюсного постоянного магнита 7, закрепленного на втором торсионе задатчика механического момента 3, рамки с обмоткой 1 и заслонки 4, из-за чего уменьшается время, в течение которого был открыт первый излучатель 12 и закрыт второй излучатель 13. Соответственно время, в течение которого был открыт первый излучатель 12 и закрыт второй излучатель 13, увеличится.
В результате этого на выходе ключа 18 изменятся длительности прямоугольных импульсов, и по изменению их длительности можно судить об измеряемой линейной скорости потока.
Для компенсации действия линейного ускорения введен балансировочный груз 20, размещенный на торсионе чувствительного элемента 9.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измерения малых скоростей и повысить точность измерений, а также упростить конструкцию измерителя.
Источники информации
1. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.Н. Дулина, М.С. Жука. М.: Энергия, 1977.