Тема 6_6-Анеморумбометр М

6.6. Анеморумбометр М-63м
Анеморумбометр М-63м измеряет следующие параметры ветра:
1. Среднюю скорость ветра за 10 минут (за 2 минуты).
2. Мгновенную скорость ветра (в данный момент).
3. Максимальную скорость ветра за промежуток времени между
измерениями.
4. Направление ветра.
6.6. Анеморумбометр М-63м
Анеморумбометр М-63м состоит из следующих блоков.
1. Датчик – помещается на
мачте высотой 9 м.
6.6. Анеморумбометр М-63м
2. Измерительный блок – находится в помещении.
6.6. Анеморумбометр М-63м
3. Блок питания – содержит трансформатор и выпрямитель,
обеспечивающий постоянное питание 12 вольт. Содержит
аккумуляторы для работы при отсутствии сети.
В настоящее время М-63 является основным прибором для
измерения параметров ветра на метеорологической сети.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
Устройство датчика М-63. Работа импульсатора.
2
1
3
4
5
5’
3’
Иос
6
Иоп
Исд
6’
7
Рис.6.6.1. Датчик параметров ветра М-63м.
1- винт,
2 - флюгарка,
3, 3’- две косозубые
шестерни,
4 – медный стаканчик,
5, 5’- ферритовые
стерженьки,
Иоп – импульсатор
опорной серии, Иос –
основной серии, Исд –
сдвинутой серии,
6, 6’- герконы,
7 – магнит.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
2
1
3
4
5
5’
3’
Иос
6
Ио
Исд
п
6’
7
При вращении винта
вращаются шестерни
3 и 3’, а также
медный стакан 4.
Один раз в течение
оборота ферритовый
стержень 5 проходит
над импульсатором
Иоп , а стержень 5’ –
над импульсаторами
Иос и Исд.
Импульсаторы дают импульсы тока при проходе над ними
стерженька.
Таким образом, частота импульсов любой серии зависит от
скорости ветра. Поскольку число зубьев шестерен 3 и 3’
одинаково, частоты импульсов всех серий тоже одинаковы.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
Опорная
Основная
t
Сдвинутая
T/2
T
Рис.6.6.2. Опорная, основная и сдвинутая серии импульсов.
И
ос
И
оп
И
сд
Импульсы ОС и СД сдвинуты на Т/2.
Если флюгарка ориентирована в плоскости рисунка, то
импульсы основной и опорной серии возникают одновременно.
Пусть такое положение соответствует северному
направлению ветра.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
Если же флюгарка
поворачивается на угол φ, то
импульсы ОП и ОС возникают
со сдвигом во времени:
И
ос
И
оп
И
сд
t
То есть, между ними появляется сдвиг фаз:

t
t
 3600   2
T
T
(6.6.1)
Фазовый сдвиг ОС – СД всегда равен 1800 (или π).
Значит, для измерения направления ветра нужно измерить
сдвиг фаз ОП и ОС (или ОП и СД).
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
Будем говорить, что для измерения скорости ветра
употребляется частотно-импульсная модуляция, а для
измерения направления ветра – фазоимпульсная
модуляция.
Работа импульсатора.
Импульсатор представляет собой измененный
блокинг-генератор (рис. 6.6.3)
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
R1
-
C
L1
L2
VT
Выход
R2
Рис.6.6.3. Принципиальная схема блокинггенератора.
Задающим элементом
блокинг-генератора
является колебательный
контур L1 - C.
Возникающие в контуре
колебания тока
усиливаются транзистором
VT. В коллекторной цепи
возникают гораздо более
сильные колебания.
По трансформаторной связи L2 – L1 энергия поступает
обратно в контур и обеспечивает незатухающие колебания
тока. Таким образом, на выходе блокинг-генератора –
незатухающие колебания напряжения, частота которых
определяется параметрами контура.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
R1
L3
Тр
L1
VD1
C1
L2
VT
Выход
C2
R2
Рис.6.6.4. Принципиальная схема импульсатора.
В импульсаторе катушки L2 и L3
намотаны в противоположных
направлениях. Поэтому при
прохождении по ним тока
трансформаторная связь не
работает. Напряжение на
выходе равно нулю.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
R1
L3
Тр
L1
VD1
C1
L2
VT
Выход
C2
R2
В момент прохождения феррита над
импульсатором индуктивность
катушки L3 возрастает и на короткое
время возникает положительная
обратная связь. На выходе
появляется короткий пакет
колебаний (рис.6.6.5-а)
Диод VD1 закорачивает контур во
время верхнего полупериода
колебаний (рис. 6.6.5-b).
a)
Конденсатор C2 детектирует
сигнал (b) и обеспечивает
отрицательные импульсы на
выходе (рис. 6.6.5-с).
b)
c)
Рис. 6.6.5. Эпюры напряжений
6.6. Анеморумбометр М-63м. Устройство датчика.
Иоп
Фоп
Иос
Фос
Исд
кабель
Фсд
Рис.6.6.6. Импульсаторы (Иоп., Иос. и Исд) и
формирователи Фоп., Фос. и Фсд, соединенные
кабелем.
Импульсы всех трех серий подаются по кабелю в
формирователи. Они инвертируют импульсы и превращают
их в прямоугольные.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения средней
скорости ветра.
Канал измерения средней скорости ветра.
Для измерения средней скорости ветра воспользуемся
опорной серией импульсов.
Необходимо решить две задачи:
1. Пропустить импульсы в измерительный канал в
течение строго определенного промежутка времени
(10 минут).
2. Сосчитать количество импульсов, поступивших в
канал за это время.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения средней
скорости ветра.
Счетчик
K
Фоп
+
МД
ЧМ
(таймер)
Рис. 6.6.7. Канал измерения средней скорости (блок-схема.)
Импульсы поступают с формирователя через ключ К.
Через 10 минут таймер автоматически размыкает ключ.
Масштабный делитель МД делит частоту импульсов так,
чтобы их количество за 10 минут было бы численно равно
средней скорости ветра с точностью до 0,1м/с. Например,
34 импульса – 3,4 м/c.
6.6. Анеморумбометр М-63м. Канал измерения средней
скорости ветра.
Счетчик
K
Фоп
+
МД
ЧМ
(таймер)
Усилитель на транзисторе усиливает амплитуду импульсов.
Счетчик считает импульсы и выдает результат на
циферблате со стрелкой или на цифровом индикаторе (см.
раздел 7).