Методы и средства ГМИ. Григоров Н.О

нии 10-минутного интервала измерений оператор может прочитать по шкале счётчика среднюю скорость ветра с точностью до десятых долей метра в секунду.

Всовременныхцифровыхприборах М-63М-1 измерениевременного промежутка осуществляется с помощью таймера, а счёт импульсов с помощью счётчика. Эти элементы собраны на цифровых микросхемах. Индикацияизмерений производитсяна цифровом табло.

Канал измерения мгновенной и максимальной скорости ветра. Для измерениямгновеннойи максимальнойскорости воспользуемсяосновной серией импульсов. Схема измерительного канала показана на рис. 7.30.

Рис. 7.30. Каналмгновеннойи максимальной скорости

Прямоугольные импульсы проходят через диодно-ёмкостные цепи С1 - VD1 и C2 - VD2. После прохождения через конденсатор прямоугольный импульс преобразуется в два мгновенных импульса (рис. 7.31, а, б). Диод пропускает лишь один положительный импульс (рис. 7.31, в).

Итак, положительный мгновенный импульс поступает сразу на оба входа триггера. Зададим начальное состояние триггера таким, чтобы на его выходебыл бы нуль. Тогда поприходеимпульса триггер срабатывает по S-входу и на его выходе появляется положительное напряжение. Проходя через R1 на базу VT1, это напряжение закрывает транзистор. Тогда через него ток не проходит и начинается зарядка конденсатора С4 по цепи: отрицательный полюс источника питания – R3 - VD3 – C4 - земля. Землясоединена в схемесположительнымполюсомисточника питания.Кон-

221

мгновенной скорости между сроками наблюдений. Сброс показаний максимальной скорости ветра осуществляется вручную наблюдателем после снятия отсчета.

Шкала прибора имеет деления от 0 до 60 м/с. Но, поскольку скорость ветра обычно не превышает 10 - 20 м/с, предусмотрена вторая шкала - от 0 до30 м/с. Длятого чтобы воспользоватьсяэтой шкалой, наблюдатель нажимает кнопку “0-30”, при этом в канал поступают импульсы как основной, так и сдвинутой серии. Поскольку сдвиг фаз междуними составляет 1800, общая частота импульсов увеличивается в два раза. Следовательно, угол отклонения стрелки прибора также увеличивается вдвое и показания должны сниматься по другой шкале.

Для поверки прибора в полевых условиях в пульт вмонтирован специальныйблокконтроля.Этогенератор импульсов определеннойчастоты. При включении блока контролявсеимпульсаторы отключаютсяот схемы и в оба канала (как в канал средней скорости, так и в канал мгновенной скорости) поступают импульсы заданной частоты. Поскольку частота импульсов во время проверки постоянна, то показания по обоим каналам должны совпадать. Если же они не совпадают, то регулируется резистор R6 в канале мгновенной скорости (рис. 7.30). При этом регулируется потенциал нижнего электрода стабилитрона VD5. Следовательно, изменяется и потенциал верхнего электрода в момент пробоя, а значит, и доза заряда на С4. Следовательно, меняется и напряжение на С5 в установившемся состоянии, а значит, и показания прибора.

Канал измерения направления ветра. Как уже было сказано, для измерениянаправленияветра необходимоизмеритьфазовый сдвиг между опорной и основной (ОП-ОС) или между опорной и сдвинутой (ОП-СД) сериями. Схема измерительного канала показана на рис. 7.32.

Предположим, ключК1 находитсяв верхнем положении. Тогдаимпульсы опорной серии поступают на S-вход триггера с формирователя Фоп, а импульсы основной серии - на R-вход триггера с формирователя Фос. Поступившийимпульсопорнойсериипереводиттриггервтакоесостояние, что на его выходе появляется положительное напряжение. Оно запирает транзистор VT. Через некоторое время, определяемое фазовым сдвигом, на R-вход приходит импульс основной серии и перебрасывает триггер. VT при этом открывается. Следовательно, транзистор VT заперт только в течениевремени между импульсами. В течениеэтого времени заряжаетсяконденсатор С. Егоёмкостьдовольновелика,и зарядкапроисходитмедленно. В течениеодного цикла он неуспевает зарядиться полностью. Вместес тем

223

нарелепоступает напряжениеи релепереводитисполнительныеконтакты К1 и К2 в нижнее положение. При замыкании второго геркона на реле поступает нулевое напряжение и оно возвращает К1 и К2 в верхнее положение. Любое положение блокируется схемой блокировки реле (СБР) до замыкания другого геркона.

Исполнительный контакт К2 стоит в цепи питанияодной излампочек Л1 или Л2, по которым наблюдатель определяет, по какой шкале следует измерять направление ветра.

Для поверки канала в полевых условиях включается блок контроля. При этом на S-вход триггера поступает постоянное напряжение. Таким образом, триггер всегда находится в одном состоянии и транзистор VT всегда открыт. Конденсатор С заряжается постоянно, что соответствует максимальным показаниям прибора, т.е. 3600 по верхней шкале 0-360. Если прибор показывает иноезначение,проводитсяегоподстройка резистором R3. При этом изменяется ток заряда конденсатора С и, следовательно, показания прибора в установившемся состоянии.

7.9.Пульт цифрового анеморумбометра МВ1-2-М1

Ванеморумбометре с пультом МВ1-2-М1 используется такой же датчик, каки в аналоговом анеморумбометре. Однако вместо импульсаторов применены герконы, а ферритовые стержни заменены магнитами. При этом по-прежнему выходными сигналами датчика являются последовательности импульсов напряжения: опорная (ОП), основная (ОС) и сдвинутая(СС)серии, частоты следованиякоторых одинаковы. Частоты входных импульсов прямо пропорциональны скорости ветра. Фазовый сдвиг междуимпульсами опорнойи основнойсериейравен направлениюветра. Фазовый сдвиг между импульсами основной и сдвинутой серии 180°.

ПультМВ1-2-М1,используемыйв цифровоманеморумбометре,предназначен для преобразования частоты и фазового сдвига между последовательностями импульсов, значения которых пропорциональны скорости

инаправлениюветра,в цифровыезначенияскоростиинаправленияветра, выдаваемые на табло оператору, а также в аналоговые сигналы (ток и напряжение)выдаваемыена репитеры. Репитеры необходимы длядублированияиндикациисигналов.

Основныеузлы, входящиев состав пульта МВ1-2-М1, представлены на структурной схеме(рис. 7.33). С помощьюблока питания осуществляется питаниепульта какот сети переменноготока, так и от аккумулятора.

225

решениязаписив моментприходаимпульсана входС. ВходС – тактовый. Сюда, собственно, и подаются импульсы с датчика, которые необходимо сосчитать. Вход СJ называется входом переноса. Если на вход переноса СJ подать логическую единицу, то счётный режим запрещается. Выход С0 называется выходом переноса. На этом выходе формируется сигнал при переполнении счетчика (когда на всех выходах устанавливается логическая единица).

Таким образом, счётчик, конструкция которого позволяет сосчитать толькоопределенноеколичествоимпульсов,формируетединичныйсигнал на выходе С0, следовательно, счетчикделит количество поступающих импульсов в определенноеколичествораз. Далеесигнал с выхода С0 можно подать на входС следующегосчётчика. Он работает также, каки первый, следовательно, ещёразразделит количествоимпульсов. Несколькопоследовательно соединённых счётчиков обеспечивают необходимый коэффициент деленияколичества импульсов. На выходах 1, 2, 4, 8 каждого счётчика формируется двоичный код, соответствующий числу поступивших на вход счётчика импульсов. Вход 2/10 - вход переключения модуля счёта. При логической единицена этом входе счётчик производит двоичный счет, при логическом нуле - двоично-десятичный.

На вход ±1 может подаваться логическая единица или логический нуль. Если на входе±1 логическаяединица,топокаждомуспадувходного импульса, поступающему на вход С, состояние счётчика будет увеличиваться на единицу. При логическом нуле на входе ±1 счётчик переключается в режим вычитания - по каждому спаду импульса на входе С состояние счётчика уменьшается на единицу. Если выводы с кружочками, значит они инверсные, т. е. для работы вместо логической единицы подаётся логический нуль и наоборот.

Работа масштабного делителя происходит следующим образом. На входы D1 – D4 подаётся двоичный код необходимого коэффициента деленияКд.Вмоментподачи логической единицынавходРЕэточислозаписывается в счётчик, который находится в режиме вычитания. Счётные импульсы, подаваемыена входС, вызывают уменьшениечисла записанного в счётчик.

Когдаоностанетравно0,тона выходеС0возникнетимпульс,который пойдётдальше.Одновременносэтимимпульсомвсчётчикопять запишется коэффициент деления и работа его продолжится. В результате число импульсов на выходе реверсивного счётчика будет в Кд раз меньше, чем их поступилона вход.

228

Канал измерения мгновенной и максимальной скорости ветра

(рис. 7.36). Мгновенная скорость определяется как результат подсчёта числа импульсов основной и сдвинутой серий за 2,78 с. Иначе говоря, мгновенная скорость ветра принимается равной средней скорости за это время. Для обеспечения измерений с дискретностью 0,1 м/с количество входных импульсов предварительно умножается на 4 схемой умножения «MRL». Это реализуется использованием сначала импульсов основной и сдвинутой серий, сдвинутых одна относительно другой на 180°, а затем передних и задних фронтов импульсов этих серий. Впериод действиялогической единицы на втором входесхемы «И»черезсхему«Сп1»импульсы поступают на счётчикмгновенной скорости «СТVмгн»и производится их счёт. Результаты выводятся на цифровой индикатор мгновенной скорости ветра.

Эти же импульсы будут считываться счётчиком максимальной ско-

рости «СТ Vмакс». Для того чтобы импульсы проходили на этот счетчик, на верхнем входе схемы «И» Сп2 должна быть единица. Эта логическая

единица подаётся со схемы сравнения «= =», но только в том случае, если содержимое счётчика мгновенной скорости равно содержимому счётчика максимальной скорости. В начальный момент счёта это – соот-

Интервал измерения

2,78 с

Рис. 7.36. Блок-схема канала измерениямгновенной и максимальной скорости ветра

229

ношение обеспечивается всегда, потому что содержимое счетчиков мгновенной и максимальной скорости -нуль.

Следовательно, импульсы проходят на счётчик максимальной скорости ветра. Вследующий периодизмерения(2,78 с)логическая единица на схему «И» Сп2 будет подана только в том случае, если содержимое счётчика (т.е. мгновенная скорость за предыдущий период измерения) будет больше содержимого счетчика максимальной скорости. В противномслучаенавходсхемы«И»Сп2будет поданлогическийнуль,импульсы не будут проходить на счётчик максимальной скорости и содержимое счётчика максимальной скорости останетсянеизменным. Таким образом, содержаниесчетчика СТVмакс может тольковозрастать. Значит, в каждый момент времени счетчик сохраняет наибольшееза всёвремя наблюдений значениескорости ветра. Поокончании интервалаизмеренияизмеренные значениямгновенной имаксимальной скоростиизсчётчиков, переносятся в запоминающее устройство (ЗУ), и содержимое счётчика мгновенной скорости сбрасывается. Сброссчётчика максимальнойскорости происходит при нажатии кнопки «Vмакс СБРОС», находящейсяна лицевой панели пульта.

Канал измерения направления ветра. Направление ветра φ опре-

деляетсяпофазовомусдвигумеждуимпульсамиосновнойиопорнойсерий (ψ1) или сдвинутой и опорной серий (ψ2), поступающих сдатчика ветра:

ψ1 = φ ; ψ2 = φ + 180°, если 0° < φ < 180° ;

ψ2 = φ – 180°, если 180° < φ < 360°,

где φ – измеряемое направление ветра в градусах.

Поясним измерениенаправления ветра на примереизмерения фазового сдвига «опорная– основная серия» (рис. 7.37). Импульсы основной (а)иопорной(б)серийпреобразуютсявфазовыеимпульсы(в).Отношение времени фазового импульса кпериоду импульсов основной или опорной серии равно фазовому сдвигу, т. е. направлению ветра. Следовательно, его-то и необходимо измерить.

Тактовый генератор создаёт импульсы, количество которых равно 360 за период осреднения – 16 с (рис. 7.37, г). На счётчик подаются только те тактовыеимпульсы,которыесовпадаютповременисфазовымиимпульсами (рис. 7.37, д). Счётчиких считает. Понятно, что количествоэтихимпульсов численноравнонаправлениюветравградусах,ведьмаксимальноевозможное значение количества импульсов равно 360, а минимальное – 0.

Рассмотрим схемуканала измерения направления ветра (рис. 7.38).

230