Устройство для измерения анизотропии пульсаций векторного поля

Устройство для измерения анизотропии пульсаций векторного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ПУЛЬСАЦИЙ ВЕКТОРНОГО ПОЛЯ, содержащее преобразователь пульсаций поля, соединенный с ним коррелометр и регистратору, -отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений-и упрощения конструкции, в него введены изг-еритель среднеквадратичных значений сигналов, блок вычисления главных дисперсий и блок вычисления углов, а преобразователь пульсаций .поля выполнен н виде датчика пульсаций векторного поля, притем к выходам преобразователя подключены входы коррелометра и входы измерителя среднеквадратичных значений сигналов, к выходам которого пoдкJnoчeны входы блоков вычисления главных дисперсий и вычисления углов, к которьм также подключены выходы коррелометра, при этом выходы блока вычисления главных дисперсий и блока вычисления углов подсоединены к регистратору.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) 4(51) 6 01 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕЙНМЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHÐÜÙ4É (21 ) 3325459/18-10 (22) 23.07.81 (46) 23.01.85. Бюл. У 3 (72) И.А.Цалкин и А.В.Арженников (53) 532 ° 574(088.8) (56) 1. Гусев В.Д. Корреляционный анализ больших неоднородностей ионосферы.-"Вестник ИГУ". Сер. "Физикаматематика", 1959, В 6.

2. Гусев В.Д.,;Миркотян С.Ф.

Коррел .ционный анализ в применении к средам с объемными характеристиками. В кн.: Исследования неоднородностей в ионосфере, сер. "Результаты ИГГ", изд. АН СССР, 1960, В 4 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИКРКНИЯ

АНИЗОТРОПИИ ПУЛЬСАЦИЙ ВККТОРНОГО

ПОЛЯ, содержащее преобразователь пульсаций поля, соединенный с ним коррелометр и регистратор„ -о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений.и упро. щения конструкции, в него введены измеритель среднеквадратичных значений сигналов, блок вычисления главных дисперсий и блок вычисления углов, а преобразователь пульсаций .поля выполнен и виде датчика пульсаций векторного поля, причем к выхоцам преобразователя подключены входы коррелометра и входы измерителя среднеквадратичных значений сигналов, к выходам которого подключены входы блоков вычисления: главных дисперсий I и вычисления углов, к которьж также подключены выходы коррелометра, при этом выходы блока вычисления главных дисперсий и блока вычисления углов подсоединены к регистратору. Ф

Ф т 1

J 5; .ЩН, 1 11360

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении физических свойств воздушной и водной сред.

Известно устройство для опреде ления анизотропии воздушной среды, содержащее преобразователи,, коррелометр и вычислители Я .

Однако это,устройство может =c" пользоваться только для измерений 1п в горизонтальном сечении поля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения анизотропии пульсаций случайного физического пс- 15 ля, содержащее преобразователь пульсаций поля, соединенный с ним коррелометр и регистратор $2) .

Недостатками известного устрсйства являются низкая точность измерений. обусловленная неоднородностью скалярного поля, и сложность конструкции, связанная с необходимостью использования четырех преобразователей.

Цель изобретения — повышение точности измерений и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь пульсаций поля, сое- диненный с ним коррелометр и регистратор, введены измеритель среднеквадратичных значений сигналов, блок вычисления главных дисперсий и блок вычисления углов, а преобразователь

35 пульсаций поля выполнен в виде датчика пульсаций векторного поля, причем к выходам преобразователя подключены входы коррелометра и входы измерителя

4О среднеквадратичных значений сигналов, к выходам которого подключены входы блоков вычисления главных дисперсий и вычисления углов, к которым также подключены выходы коррелометра, при

45 этом выходы блока вычисления главных дисперсий и блока вычисления углов подсоединены к регистратору.

На фиг. 1 показана анизотропия полн в измеряемой системе координат 5О на фиг. 2 — блок-схема устройства.

На фиг. 1 ОХ, ОУ и ОЕ - оси прямоугольной системы координат. Начало координат точка Π— точка, в которой производят измерение анизотропии поля „55

О(, О(?, Π— главные оси анизотропии поля, произвольно расположенные относительно осей ОХ, ОУ и ОЕ. В дан»

S0 2 ном примере направление оси 02 совпадает с направлением оси О . Эллипс с центром з точке О представляет собой линию равной плотности распределения вероятностей компонент вектора пульсаций скорости в.плоскости, совпадающей в данном примере с плоскостью

ХОУ (эллнпс рассеивания).

ОА = d ОВ =6 и ОС = 5 — среднеквадратичные значения соответственно горизонтальных (продольной и поперечной) и вертикальной компонент вектора пульсаций скорости. ОА = dg u

ОВ = d — главные среднеквадратичные значения горизонтальных компонент вектора, равные соответственно боль-. шой и малой полуосям эллипса рассеивания. ОС = 0 — главное среднеквадратичное значение компоненты вектора, совпада:ощее со среднеквадратичным

f зчачениембz . Углы А 0A = К(((и (((А ОБ — = c q —. углы между направлениями осей ОХ и ОУ системы координат, в которой производят измерение анизотропии поля, и направлениями главных осей ((Р и 0 (анизотропии поля.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержи-. преобразователь 1 пульсаций поля скорости, измеритель 2 среднеквадратичных значений сигналов, блоки 3-5 измерения среднеквадратичных значений сигналов, коррело- метр 6, блоки 7-9 измерения коэффициентов взаимной корреляции между парами входных сигналов, блок 10 вычисления главных дисперсий, блок 11 вычисления углов, регистратор 12.

Входы блоков 3-5 измерителя 2 связаны соответственно с одним из выходов преобразователя 1. Пара входов каждого из блоков ?-9 коррелометра б соединена только с одной парой выходов преобразователя 1. Вы-; ходы блоков 3-9 соединены с входами блоков 10 и 11, выходы которых являются входами регистратора 12. В качестве преобразователя 1 может быть использован известный трехкомпонентный термоанемометр. В каждом из блоков 2-(((производятся вычисления по формуле

6080 поненте вектора, направленной вдоль оси б ". Коэффициенты пропсрциональности при преобразовании компонент должны быть одинаковыми. В противном случае они должны учитываться в формулах (i). — (5) при вычислениях.

Полученные сигналы поступают на входы измерителя 2 (коррелометра).

В измерителе 2 в блоках 3-5 вычисляются по формуле (l) среднеквадратичные значения входных сигналов d>,d ид, а в блоках 7-9 . коррелометра 6 по формуле (2) коэффициенты взаимной корреляции между всеми парами входных сигналов.

Полученные на выходах блоков 2-9 величины поступают в вычислители 10 и 11. В вычислителе 11 для каждой плоскости измерения в поле по формуле (3) рассчитываются углы, определяю-. щие направления осей ОХ, ОУ и ОЯотносительно направления главных осей, (,, и анизотропии поля.

Для случая, когда направление осей

07, и О совпадают (фиг, 1), определяют по формуле (3) углы м„ и Мх отличающиеся на угол, Остальные

2 углы равны нулю (так как оси О иО( совпадают) . В вычислителе 1 О для каждой плоскости измерения в поле рассчитываются по формулам (4) и (5) главные дисперсии QpTOFQHBJIBHbIx компонент вектора пульсаций скорости, совпадающих с направлениями главных осей анизотропии поля (на фиг. 1 показаны главные среднеквадратичные значения Й, б и d, равные корню квадратному из соответствуюшей главной дисперсии, причем б = G „ так

2 как в выбранном примере направления осей О = О совпадают).

113 где 5; (4 ) — сигнал на одном из выходов преобразователя 1, пропорциональный одной из ортогональных компонент вектора пульсаций скорости; = Х, У,7;

Т вЂ” интервал временного усреднения.

Коррелометр 6 в общем случае (при измерении в объемной среде) содержит 10 три блока 7-9 измерения коэффициентов взаимной корреляции между парами сигналов преобразователя 1. В каждом из блоков 7-9 выполняются вычисления по формуле 1ф (2) Блок 10 представляет собой вычис- 20 литель, который для каждой плоскости измерения в поле определяет углы между направлениями осей системы координат, в которой производят измерения, и направлениями главных 25 осей (или их проекциями на плоскости первой системы координат) по формуле

Ж;фбС 6а у (3) Блок 11 представляет собой вычислитель, который для каждой плоскости измерения в поле определяет главные дисперсии ортогональных компонент вектора пульсаций скорости, по формулам

40 к =о, сов с; О„ й;о и 2ос; +0 за м; (g) „s n 0 „ - R;>d; d> si 2g<> d сов ;> (5) ,Е=,qÄ,.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь l, размещенный в $0 некоторои точке 0 среды, преобразует пульсации поля скорости в этой точке в электрические сигналы, один из которых 5„(4) соответствует продольной компоненте, направленной вдоль 55 оси ОХ, второй 5 (4) — поперечной компоненте, направленной вдоль оси

ОУ, и третий 5 (t.j — вертикальной комРассчитанные в блоках 10 и 11 величины полностью характериз -ют анизотропию поля. Главные дисперсии г

,, C „ и d определяют оси эллипсоида разной плотности распределения opmгональных компонент вектора пульсаций скорости (на фиг. 1 показан эллипс равной плотности распределения для одной плоскости ХОУ; эллипсы в других плоскостях для упрощения чертежа не показаны). При равенстве главных дисперсий поле изотропно. При их неравенстве поле анизотропно. Анализируя соотношения главных дисперсий можно определить соотношения размеров осей у :азанного эллипсоида

1138080

Составитель Л. Мариан

Техред А .Бабинец. Корректор О. Билак

Редактор .Р.Öèöèêà

Тираж 698

Заказ 10278/33

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и, следовательно, степень анизотропии. При этом наибольшая дисперсия (на фиг. 1 среднеквадратичное значение б ) соответствует наибольшей оси указанного эллипсоида. Направления главных осей указанного эллипсоида по отношению к направлениям соответствующих осей системы координат, в которой производят измерения анизотропии в поле, определяются 10 величинами углов, рассчитанных в вычислителе 10.

Таким образом, по выходньи величинам вычислителей 10 и 11 можно судить 1 о наличии анизотропии поля, ее степени и ориентации главных осей анизотропии поля в пространстве.

Ь

В случае использования в качестве преобразователя пульсаций поля датчика ортогональных компонент вектор пульсаций поля можно путем поочередного вращения датчика вокруг каждой: оси выбранной системы координат получить с выхода коррелометра равные нулю значения измеряемых коэффициентов взаимной корреляции, которые соответствуют совпадению осей системы координат с главными направлениями аниэотропии случайного физического поля.

Таким образом, изобретение павы" шает точность измерения анизотропии поля и отличается большей простотой исполнения по сравнению с известными устройствами.