Пристрій для просторового вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку

Пристрій для просторового вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку відносно підводного апарата, що містить випромінювачі і приймачі ультразвукового випромінювання, електронні засоби обробки інформації, який відрізняється тим, що він має шість ультразвукових блоків: два випромінювачі і чотири приймачі, які C2 2 (19) 1 3 але для визначеності необхідне горизонтальне положення ультразвукового променя на одному рівні. Оскільки випромінювачі-приймачі ультразвукових сигналів встановлюються на берегових відкосах або свайних опорах, треба передбачити в опорних конструкціях можливість переміщення датчиків ультразвуку залежно від коливань рівня без порушення їх взаємного орієнтування. Внаслідок значних похибок від непаралельності площин розповсюдження ультразвукових променів з протилежних берегів і технічних ускладнень для усунення цих похибок, широкого застосування цей метод не знайшов [1]. Недоліком цього способу є визначення тільки швидкості течії. Найбільш близьким аналогом приладу, що пропонується, є ультразвукова установка для визначення швидкості та напрямку течії водного потоку описана в [3], яка містить два ультразвукових випромінювачі і два приймачі, розміщені на площині по горизонтальних лініях, які утворюють ромб, витягнутий за напрямком течії, при цьому напрями розповсюдження сигналів протилежні, а відстані між випромінювачами і приймачами - рівні. Випромінювачі і приймачі жорстко встановлені на спільній основі, що кріпиться на штанзі. Цей пристрій й вибрано за прототип. Недоліком цього пристрою є визначення швидкості та напрямку течії водяного потоку тільки в горизонтальній площині. Задачею винаходу є створення пристрою для вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку в тривимірному просторі. Поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою для просторового вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку відносно підводного апарата, що містить випромінювачі і приймачі ультразвукового випромінювання, електронні засоби обробки інформації, який відрізняється тим, що він має шість ультразвукових блоків: два випромінювачі і чотири приймачі, які установлені в трьох взаємно перпендикулярних площинах так, що у горизонтальній та вертикальній площині траєкторії ультразвукових променів утворюють квадрати і в кожному квадраті в робочому режимі випромінювачі та приймачі розміщені почергово, а також блок управління, блок розподілення і блок передачі даних, при цьому перший вихід блока управління електрично зв'язаний з першим входом блока обробки інформації, другий вихід блока управління електрично зв'язаний з входом блока розподілення, а вхід блока управління електрично зв'язаний з першим виходом блока обробки інформації; виходи блока розподілення електрично зв'язані з входами випромінювачів; виходи випромінювачів зв'язані з входами приймачів ультразвуковим зв'язком; виходи приймачів попарно електрично зв'язані з входами відповідних підсилювачів блока попереднього підсилення; виходи блока попереднього підсилення електрично зв'язані з другим і третім входом блока обробки інформації; другий вихід блока обробки інформації електрично зв'язаний з входами блоків індикації та запису і збереження даних відповідно, а третій вихід блока обробки інформації електрично зв'язаний з входом блока передачі даних. 96242 4 Технічним результатом є просторове вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку з підвищеною точністю. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням (Фіг. 1), на якому зображена - блоксхема пристрою для просторового вимірювання швидкості та напряму руху водного потоку (лініями зі стрілками показані електричні зв'язки, а жирними лініями зі стрілками - ультразвукові). Схема пристрою показана на Фіг. 1 і складається із електронного блока управління - 1; блока комутації (розподілення) 2; група випромінювачів 3; група - приймачів - 4; блока попереднього підсилення - 5; електронного блока обробки інформації - 6; блока індикації - 7, блока запису і збереження інформації - 8; блока передачі даних - 9. Група випромінювачів 3 містить ультразвукові генератори (позиція - 10, 11, розміщені на горизонтальній осі на Фіг. 2). Група приймачів 4 містить приймальні пристрої ПРУ (позиція - 12, 13, 14, 15, розміщені у вертикальній площині на Фіг. 2). Блок попереднього підсилення 5 містить чотири підсилювачі проміжної частоти для кожного приймача відповідно. Електронний блок обробки інформації 6 складається з допплерівського частотоміра, аналізатора. Пристрій встановлюється на зовнішній частині підводного апарата, усі його елементи розміщені в єдиному корпусі, крім блока індикації та блока запису і збереження інформації, при цьому п'єзоелектричні елементи жорстко зв'язані між собою. Пристрій працює наступним чином. Блок управління 1 задає необхідну частоту і керує електронним блоком обробки інформації 6, блок розподілення 2 посилає сигнали опорної частоти f0 для кожного ультразвукового генератора, які випромінюється у чотирьох напрямах попарно ультразвуковими генераторами 10, 11. Зареєстровані приймачами 12, 13, 14, 15 сигнали відрізняються від частоти f0 на величину f допплерівського зміщення, зумовленого впливом течії водного потоку, які попарно підсилюються блоком попереднього підсилення 5 і надходять до електронного блока обробки інформації 6, де відбувається виділення частоти f, яка пропорційна швидкості течії. Потім сигнали аналізуються та передаються в блок управління 1 і виводяться на блок індикації 7, відградуйовані в одиницях швидкості. Реєстрація відбувається в блоці запису і збереження інформації 8. Запропонований пристрій забезпечує вимірювання подвійної різниці фаз сигналів в повздовжньому та поперечних напрямках як в горизонтальній, так і в вертикальний площині для відповідних   проекцій Pri вектора швидкості водного потоку, що дозволяє отримати підвищення точності вимірювання. Проекції направляючого вектора у відповідних площинах в системі координат XYZ (Фіг. 2) визначаються за формулами:     PrXY a  a x i  a y J ;     PrXZ a  a x i  a z k ; 5 96242     PrYX a  a y J  a z k , Сума проекцій буде рівна:        Pr a  2 a x i  a y J  a z k  2a ;       де a x i  a x , a y J  a y , a z k  a z ; a x , a y ,     a z - координати вектора a ; i , J , k - одиничні вектори. Тоді вектор швидкості водного потоку     Pri a . a 2 Просторове відхилення вектора швидкості вказує на напрямок водного потоку. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє одержати компактний пристрій для просторового вимірювання швидкості та напряму руху   6 водного потоку, відносно підводного апарата і підвищення точності вимірювання цього параметра безпосередньо у цифровому варіанті. Джерела інформації: 1. Карасѐв И.В. Гидрометрия: учебник / И.В. Карасев, А.В. Васильев, Е.С. Субботина. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - С. 141-144. 2. Васильев А.В. Водно-технические изыскания / А.В. Васильев, С.В. Шмидт. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - С. 111-112. 3. Пристрій для вимірювання швидкості та напряму течії водного потоку: Патент на винахід №77288, Україна, MПK (2006) G01p5/00, G01p13/00, G01в7/00/ Бурачек В.Г., Мамонтова Л.С, Скітер І.С. - №20041109032; Заявлено 05.11.2004; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11. - 1с. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 96242 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601