Принцип действия импульсатора

Импульсатор представляет собой транзисторный блокинг-генератор (см. приложение 1) со срывом колебаний (см. рис.3).

Секции L1 и L2 первичной обмотки трансформатора Тр включены встречно (точками обозначены начала обмоток). Вторичная обмотка L3 включена в цепь базы. С нее снимается сигнал обратной связи. Параметры схемы подобраны так, что когда стержень 5 находится непосредственно около сердечника 6, обратная связь положительная: блокинг-генератор находится в автоколебательном режиме. Смещение стержня 5 при вращении винта в сторону от сердечника уменьшает индуктивность L1, после чего основную роль играет связь между L2 и L3, которая является отрицательной. Генерация срывается. Переменная составляющая в цепи эмиттер-коллектор сглаживается конденсатором С2, падение напряжение на резисторе R2 является выходным. Таких импульсаторов в датчике три: И_оп , И_ос и И_сд. Все импульсаторы вырабатывают импульсы одинаковой частоты, определяемой скоростью вращения винта. Будем называть серию импульсов вырабатываемых импульсатором И_оп - опорной (ОП), И_ос - основной (ОС) и И_сд - сдвинутой (СД) (см. рис. 2).

Измерительный пульт

Импульсы из названных серий на входе измерительного пульта попадают на отдельные формирователи (Ф_оп - Ф_сд), где осуществляется смена знака и усиление импульсов (Рис.4). В схеме измерительного пульта легко выделяются три параллельных канала: канал средней скорости () , канал мгновенной и максимальной скорости (V_мнг и V_max) и канал направления (φ).

Рассмотрим последовательно эти каналы.

Канал измерения средней скорости

Импульсы опорной серии от И_оп поступают на Ф_оп, а оттуда на масштабный делитель (МД) (см. рис. 5). Наблюдатель заводит часовой механизм (ЧМ), при этом ключ К замыкается на 10 минут и в течение этого времени питание подается на масштабный делитель МС. Масштабный делитель представляет собой систему последовательно включенных триггеров. Система триггеров имеет внутренние связи, которые задают коэффициент деления (редукционное число).

Коэффициент деления N может меняться (дискретно, через единицу) от 48 до 64. Этот коэффициент устанавливается при настройке прибора. Уменьшенное в N раз число импульсов регистрируется выходным инвертором, собранном на транзисторе VT , нагрузкой которого является обмотка электромеханического счетчика. Цена деления счетчика соответствует 0.1 м/с. Таким образом, если после 10-минутного интервала счетчик показывает, например, 74 деления, то средняя скорость ветра равна 7,4м/с.

Канал измерения мнгновенной и максимальной скорости ветра

Принципиальная схема канала измерения мгновенной и максимальной скорости ветра показана на рис. 6. Поскольку в схему канала входит SR-триггер, то студентам рекомендуется ознакомиться с работой триггера. Соответствующее описание дано в приложении 2.

Прямоугольные импульсы проходят через диодно-емкостные цепи С1 - VD1 и C2 - VD2. После прохождения через конденсатор прямоугольный импульс дифференцируется - преобразуется в два мгновенных импульса (рис.7 а,б). Диод пропускает лишь положительные импульсы (рис.7 в).

a)

б)

в)

Рис.7

Итак, положительный мгновенный импульс поступает сразу на оба входа триггера. Зададим начальное состояние триггера таким, чтобы на его выходе было бы отрицательное напряжение. Тогда по приходе положительного импульса триггер срабатывает по S-входу и на его выходе появляется нулевое напряжение (здесь и далее уровень напряжения отсчитывается от общего провода, соединенного в схеме с положительным полюсом источника питания). Проходя через R1 на базу VT1 это напряжение закрывает его. Тогда через него ток не проходит и начинается зарядка конденсатора С_Д по цепи: общий провод – C_Д – VD3 – R3 – отрицательный полюс источника питания. Конденсатор С_Д заряжается, причем его верхняя обкладка заряжается отрицательно. Через некоторое время пробивается стабилитрон VD5, так как напряжение на верхней обкладке превысит пробойное. Отрицательный импульс напряжения поступит на S-вход триггера через С3 и триггер возвращается в исходное состояние. На его выходе возникает отрицательное напряжение, которое открывает VT1. Конденсатор С_Д прекращает заряжаться, так как теперь ток проходит по цепи R3 – VT1 – земля. Но теперь зарядившийся конденсатор С_Д оказывается соединенным параллельно с С_И; и С_Д разряжается на С_И по цепи: С_Д – общий провод – VT1 – VD4 – C_И. Величина С_И >> С_Д, поэтому С_Д разряжается практически полностью, а С_И получает некоторую дозу заряда и на его обкладках появляется небольшое напряжение.

Следующий импульс вызывает повторение всего процесса. Конденсатор С_И снова получает дополнительную дозу заряда. С каждым следующим импульсом напряжение на С_И растет. Но вместе с этим идет разрядка С_И через резистор R5, причем с ростом напряжения на С_И разрядный ток возрастает. Вскоре наступает установившееся состояние - заряд, приобретенный С_И за один цикл, равен разряду за один цикл. Нетрудно видеть, что в этом состоянии напряжение на С_И зависит от частоты импульсов, то есть от скорости ветра. Оно измеряется стрелочным или цифровым прибором.

Максимальная скорость ветра измеряется пассивной стрелкой, вмонтированной в стрелочный прибор. Стрелка измерительного прибора «Vмнг» при перемещении по шкале слева направо (в сторону возрастания скорости) специальном поводком увлекает за собой пассивную стрелку «Vmax». При уменьшение скорости этот поводок отходит от стрелки Vmax. Поскольку стрелка пассивная, то есть, лишена возвратной пружины, то она остается на месте, удерживаемая силой трения. Следовательно, она показывает максимальное значение Vмнг между сроками наблюдений. Сброс «Vmax» 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 до 30 м/с. Для того, чтобы воспользоваться этой шкалой, наблюдатель нажимает кнопку "0-30", при этом в канал поступают импульсы как основной, так и сдвинутой серии. Поскольку сдвиг фаз между ними 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 специальный блок контроля. Это генератор импульсов определенной частоты. При включении блока контроля все импульсаторы отключаются от 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 (см. рис.6). При этом регулируется потенциал нижнего электрода стабилитрона VD5. Следовательно, изменяется и потенциал верхнего электрода в момент пробоя, а значит, и доза заряда на С_Д. Следовательно, меняется и напряжение на С_И в установившемся состоянии, а значит, и показания прибора.