RU2466435C1 - Прибор метеорологический автоматизированный - Google Patents
Прибор метеорологический автоматизированный Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466435C1 RU2466435C1 RU2011112788/28A RU2011112788A RU2466435C1 RU 2466435 C1 RU2466435 C1 RU 2466435C1 RU 2011112788/28 A RU2011112788/28 A RU 2011112788/28A RU 2011112788 A RU2011112788 A RU 2011112788A RU 2466435 C1 RU2466435 C1 RU 2466435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor unit
- voltage converter
- operator panel
- sensors
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения состояния погоды. Сущность: прибор состоит из блока датчиков (1) и пульта оператора (15). Блок датчиков (1) содержит датчики температуры (2) и относительной влажности (4) воздуха, атмосферного давления (5), трехкоординатный ультразвуковой анемометр (6-11), электромагнитный компас (13), устройство обработки информации (12), преобразователь напряжения (14). Ультразвуковой анемометр (6-11) состоит из трех пар ортогонально расположенных ультразвуковых датчиков, работающих в двух режимах: излучателя и приемника. Датчики располагают в стойках с геометрией, позволяющей определять три ортогональные проекции вектора скорости ветра. Пульт оператора (15) содержит преобразователь напряжения (19) устройство сопряжения (16), вычислительное устройство (17), устройство отображения информации (18). Преобразователь напряжения (19) пульта оператора соединен с преобразователем напряжения (14) блока датчиков. Устройство сопряжения (16) пульта оператора посредством каналов связи соединено с вычислительным устройством (17) пульта оператора и с устройством обработки информации (12) блока датчиков, а также имеет возможность соединения с ЭВМ (21). Кроме того, прибор содержит датчик температуры почвы (3), соединенный каналом связи с устройством сопряжения (16) пульта оператора. Технический результат: увеличение количества измеряемых параметров. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области метеорологии. Метеорологические приборы предназначены для эксплуатации в диапазоне от верхнего до нижнего значения климатических факторов, при этом дополнительно могут быть установлены узкие диапазоны климатического исполнения. Приборы должны обеспечивать эксплуатацию во всех микроклиматических районах на суше и на море. Приоритетными характеристиками приборов являются надежность при эксплуатации в умеренном и холодном климате, использование в носимых вариантах исполнения.
Существующие автоматические метеорологические приборы обеспечивают измерение и контроль нескольких метеорологических параметров, созданные на основе электронных компонентов, имеющие функции сбора, контроля, обработки, накопления и передачи данных с применением информационных технологий.
Аналогом заявляемого устройства является «Преобразователь измерений метеорологических параметров окружающей среды» (патент RU 53024 U1 от 08.11.2005). Преобразователь содержит комбинированный датчик температуры и относительной влажности (воздуха), анемометр с первичным измерительным преобразователем (для определения скорости воздушного потока), флюгарку (для определения направления ветра), барометр для измерения атмосферного давления, вспомогательные устройства, в том числе программируемый контроллер, реализующий цифровое преобразование и обработку сигналов. Недостатком данного устройства является использование механических частей для определения направления ветра.
Другим аналогом заявляемого прибора является «Ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений» (патент RU 2319987 С1 от 05.06.2006). Прибор состоит из пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей и приемников, соединенного с ними устройства измерения временных интервалов, подключенного к основному вычислительному устройству, дополнительно в состав прибора введены электронный датчик температуры воздуха, устройство сравнения, дополнительное вычислительной устройство, ветрозащитный бокс-контейнер и датчик сигнала его закрытия. Недостатком устройства является отсутствие автоматической привязки измеренного вектора скорости ветра к направлению север-юг в точке наблюдения. Для определения азимута вектора скорости ветра требуется установка нулей скорости ветра с помощью ветрозащитного бокс-контейнера, что увеличивает время перевода метеорологического комплекта из походного в рабочее положение и снижает оперативность развертывания прибора.
Прототипом заявляемого прибора является многопараметрический датчик погоды «Lufft WS600 Multi-Parameter Weather Sensor», выпускаемый фирмой Scientific Sales, Inc., США (http://www.scientificsales.com/Lufft-WS600-Multi-Parameter-Weather-Sensor-p/ws600.htm). Датчик WS600 измеряет температуру и влажность воздуха, атмосферное давление, количество осадков, скорость и направление ветра. Датчик имеет встроенный электромагнитный компас для определения направления ветра при установке датчика на движущейся платформе. Анемометр прибора состоит из 4-х ультразвуковых датчиков, которые производят циклические измерения скорости ветра в различных направлениях. Скорость ветра вычисляется по измеренной разности скорости распространения звука между датчиками. Встроенный электромагнитный компас используется для проверки установки корпуса датчика по направлению на север при измерении направления скорости ветра. Компас также используется для вычисления направления скорости ветра. Прибор не обеспечивает измерения температуры почвы, не определяет вертикальную компоненту скорости ветра, степень вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ).
Техническим результатом, достигаемым прибором метеорологическим автоматизированным (ПМА), описываемым в настоящей заявке на изобретение, является увеличение количества измеряемых и определяемых параметров, в том числе измерение температуры почвы, определение вертикальной компоненты вектора скорости ветра, СВУВ.
Указанный технический результат достигается за счет введения в прибор датчика температуры почвы, установки ультразвуковых датчиков, каждый из которых может служить как передатчиком, так и приемником ультразвукового сигнала, в стойках с геометрией, позволяющей определять три ортогональные компоненты вектора скорости ветра по измерению времени распространения сигнала в прямом и обратном направлении между парами датчиков. В прибор введены датчики относительной влажности воздуха, атмосферного давления, с использованием показаний которых в каждом цикле измерений проводится автоматическая калибровка каналов измерений компонент скорости ветра путем вычисления скорости распространения звука и учета ее значения при распространении сигнала в положительном и отрицательном направлениях вдоль фиксированных координатных осей приборной системы координат. В соответствии с сигналами электромагнитного компаса, геометрически жестко связанного с осями приемников-передатчиков ультразвукового излучения, производится пересчет значений компонент вектора скорости ветра к местной системе координат. Определение СВУВ осуществляется на основе показаний ультразвуковых датчиков, датчиков температуры воздуха, почвы, относительной влажности воздуха, атмосферного давления.
Устройство состоит из: блока датчиков (1), включающего датчики температуры воздуха (2), относительной влажности воздуха (4), атмосферного давления (5), трехкоординатный ультразвуковой анемометр, содержащий три пары ортогонально расположенных ультразвуковых излучателей-приемников (6-11), устройство обработки информации (12), выполняющее функции коммутирования, преобразования, усиления сигналов, генерирования импульсов, измерения временных интервалов, двухкоординатный электромагнитный компас (13), преобразователь напряжения (14); датчика почвы (3); пульта оператора (15), включающего устройство сопряжения (16), в том числе с возможностью информационного обмена с электронно-вычислительной машиной (21), вычислительное устройство (17), устройство отображения информации (18), преобразователь напряжения (19), подаваемого от внешнего источника электропитания (20) (фиг.1 и 2).
Пример практической реализации предложенного устройства показан на фиг.2.
В предлагаемом устройстве система координат О, X', Y', Z', связанная со стойками, в которых устанавливаются ультразвуковые датчики и в которой проводятся измерения параметров скорости ветра, расположена в пространстве относительно местной системы координат О, X, Y, Z, в которой определяются магнитный азимут, величины горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра, таким образом, что медиана трехгранного угла О, X', Y', Z' направлена вертикально и совпадает с осью OZ системы координат О, X, Y, Z, а ось ОХ' находится в плоскости XOZ (фиг.3).
Схема согласования осей OX, OY системы координат О, X, Y, Z, в которой производятся измерения компонент напряженности магнитного поля Hx, Hy с помощью компаса 13, проекции оси ОХ' пары ультразвуковых датчиков 6, 7, проекций вектора скорости ветра Vx, Vy показана на фиг.4.
Время распространения сигнала по оси ОХ в положительном и отрицательном направлении
где Lx - расстояние между датчиками по оси ОХ;
с - скорость звука в воздухе;
Исходя их этого, сумма времен распространения сигнала в положительном и отрицательном направлениях равна
а разность
Отсюда расстояние между датчиками по оси ОХ равно
Известно, что скорость звука в воздухе является функцией температуры, влажности воздуха, атмосферного давления. Зная температуру, влажность воздуха, атмосферное давление, можно расчетным путем определить скорость звука.
где е - давление (упругость) водяного пара в воздухе определяется по формуле
Т, °С - температура воздуха;
Hu - относительная влажность воздуха;
Р - атмосферное давление;
Tk - абсолютная температура воздуха, K.
Вычисляемое значение скорости звука используется для определения расстояния между датчиками Lx в каждом цикле измерения для расчета значения проекции скорости ветра на ось ОХ:
Переход от системы координат О, X', Y', Z' к системе О, X, Y, Z осуществляется по формулам:
По разности температур воздуха и почвы и горизонтальной компоненты скорости ветра определяется термодинамический критерий N, характеризующий СВУВ:
где Т - температура воздуха;
Тп - температура почвы;
При N≥0,1 СВУВ соответствует конвекции,
при N≤-0,1 СВУВ соответствует инверсии,
при -0,1≥N≤0,1 соответствует изотермии.
Измеренные и вычисленные метеорологические параметры: температура воздуха и почвы, относительная влажность воздуха, атмосферное давление, величина и азимут горизонтальной компоненты скорости ветра, СВУВ отображаются на пульте оператора и могут быть по интерфейсу (например, RS 485) переданы в электронно-вычислительную машину.
Прибор метеорологический автоматизированный, описанный в настоящей заявке на изобретение, за счет введения датчиков температуры воздуха и почвы, относительной влажности воздуха, атмосферного давления, анемометра, электромагнитного компаса обеспечивает измерение и определение широкого перечня метеорологических параметров, в том числе температуры почвы, магнитного азимута скорости ветра, величин горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра, СВУВ, а схема расположения ультразвуковых датчиков и принятый метод получения трех ортогональных компонент скорости ветра с использованием показаний датчиков температуры, относительной влажности воздуха, атмосферного давления позволяют отказаться от процедуры выставления нулевых значений этих компонент перед началом измерений в ветрозащитном бокс-контейнере, что повышает такие эксплуатационные характеристики комплекта, как точность определения метеорологических параметров, оперативность перевода из походного в рабочее положение.
Claims (1)
- Прибор метеорологический автоматизированный, состоящий из блока датчиков и пульта оператора, при этом блок датчиков содержит датчики температуры воздуха, относительной влажности воздуха, атмосферного давления, трехкоординатный ультразвуковой анемометр, состоящий из трех пар ортогонально расположенных ультразвуковых датчиков, электромагнитный компас, устройство обработки информации, преобразователь напряжения, соединенный с преобразователем напряжения пульта оператора, пульт оператора содержит устройство сопряжения, соединенное каналом связи с устройством обработки информации блока датчиков и имеющее возможность соединения каналом связи с электронно-вычислительной машиной, вычислительное устройство, устройство отображения информации, отличающийся тем, что в прибор введен датчик температуры почвы, соединенный с устройством сопряжения пульта оператора каналом связи, в блок датчиков введены ультразвуковые датчики, каждый из которых работает в двух режимах: излучателя и приемника, располагающиеся в стойках с геометрией, позволяющей определять три ортогональные проекции вектора скорости ветра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112788/28A RU2466435C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Прибор метеорологический автоматизированный |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112788/28A RU2466435C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Прибор метеорологический автоматизированный |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2466435C1 true RU2466435C1 (ru) | 2012-11-10 |
Family
ID=47322394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011112788/28A RU2466435C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Прибор метеорологический автоматизированный |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2466435C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568993C1 (ru) * | 2014-08-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ поверки ультразвуковых анемометров и портативные устройства для его осуществления |
RU2675418C1 (ru) * | 2018-02-15 | 2018-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой акустический анемометр |
RU189744U1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственное объединение "Тайфун" (ФГБУ "НПО "Тайфун") | Ультразвуковой измеритель скоростей потока |
RU2699939C1 (ru) * | 2019-01-14 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ультразвуковой анемометр |
RU2725528C1 (ru) * | 2019-12-18 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ультразвуковой 3D-анемометр с каналом контроля функционирования |
RU209180U1 (ru) * | 2021-08-16 | 2022-02-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Измеритель состояния атмосферы |
RU2783068C1 (ru) * | 2022-02-02 | 2022-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Измеритель состояния атмосферы |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU53024U1 (ru) * | 2005-11-08 | 2006-04-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "МАРС" | Преобразователь измерений метеорологических параметров окружающей среды |
CN2890954Y (zh) * | 2006-05-11 | 2007-04-18 | 国家海洋技术中心 | 船载海气动量通量自动测量*** |
RU2314555C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2008-01-10 | Закрытое акционерное общество "Центр специального конструирования - Вектор" (ЗАО "Центр СК - Вектор") | Установка автоматического измерения метеопараметров воздушной среды и почвы (варианты), устройство для измерения метеопараметров воздушной среды, устройство для измерения метеопараметров почвы и устройство информационной системы обслуживания датчиков метеопараметров воздушной среды и почвы |
RU2319987C1 (ru) * | 2006-06-05 | 2008-03-20 | Институт мониторинга климатических и экологических систем | Ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений |
-
2011
- 2011-04-05 RU RU2011112788/28A patent/RU2466435C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU53024U1 (ru) * | 2005-11-08 | 2006-04-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "МАРС" | Преобразователь измерений метеорологических параметров окружающей среды |
RU2314555C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2008-01-10 | Закрытое акционерное общество "Центр специального конструирования - Вектор" (ЗАО "Центр СК - Вектор") | Установка автоматического измерения метеопараметров воздушной среды и почвы (варианты), устройство для измерения метеопараметров воздушной среды, устройство для измерения метеопараметров почвы и устройство информационной системы обслуживания датчиков метеопараметров воздушной среды и почвы |
CN2890954Y (zh) * | 2006-05-11 | 2007-04-18 | 国家海洋技术中心 | 船载海气动量通量自动测量*** |
RU2319987C1 (ru) * | 2006-06-05 | 2008-03-20 | Институт мониторинга климатических и экологических систем | Ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568993C1 (ru) * | 2014-08-22 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ поверки ультразвуковых анемометров и портативные устройства для его осуществления |
RU2675418C1 (ru) * | 2018-02-15 | 2018-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Ультразвуковой акустический анемометр |
RU189744U1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственное объединение "Тайфун" (ФГБУ "НПО "Тайфун") | Ультразвуковой измеритель скоростей потока |
RU2699939C1 (ru) * | 2019-01-14 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ультразвуковой анемометр |
RU2725528C1 (ru) * | 2019-12-18 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ультразвуковой 3D-анемометр с каналом контроля функционирования |
RU209180U1 (ru) * | 2021-08-16 | 2022-02-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Измеритель состояния атмосферы |
RU2783068C1 (ru) * | 2022-02-02 | 2022-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Измеритель состояния атмосферы |
RU2795417C1 (ru) * | 2022-05-23 | 2023-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Система экологического мониторинга атмосферного воздуха |
RU2801963C1 (ru) * | 2022-12-12 | 2023-08-21 | Акционерное общество "Уральское производственное предприятие "Вектор" | Анемометр-термометр ультразвуковой и способ компенсации искажений воздушного потока, вносимых каркасом анемометра-термометра |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2466435C1 (ru) | Прибор метеорологический автоматизированный | |
US9510318B2 (en) | Method and apparatus for ascertaining a location of a personal portable wireless communication device | |
CN104076348B (zh) | 一种雷达超视距基线无源协同定位方法 | |
CN103728463B (zh) | 超声波测风仪及测量方法 | |
CN108051835B (zh) | 一种基于双天线的倾斜测量装置及测量与放样方法 | |
KR20180063263A (ko) | 3차원 공간 검출 시스템, 측위 방법 및 시스템 | |
EP1310770A1 (en) | Method, device and system for calibrating angular rate measurement sensors | |
CN106291522B (zh) | 一种超声波测距装置及测距方法 | |
CN104501938B (zh) | 一种在置于空气中的矩形混响水槽内测量水下声源低频辐射声功率的方法 | |
Arens et al. | Measuring 3D indoor air velocity via an inexpensive low-power ultrasonic anemometer | |
KR20160007162A (ko) | 위치 추정 장치 및 추정 방법, 위치 추정 장치를 포함하는 전자 장치 | |
AU2015223120A1 (en) | Single platform Doppler geolocation | |
CN112083190A (zh) | 一种超声波风速风向测量装置及其测量误差补偿方法 | |
CN108152838B (zh) | 一种基于观瞄测定目标位置的装置和方法 | |
CN104280024B (zh) | 一种深水机器人组合导航装置和方法 | |
CN105627916B (zh) | 一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法 | |
Liu et al. | A large scale 3D positioning method based on a network of rotating laser automatic theodolites | |
Jiménez et al. | Precise localisation of archaeological findings with a new ultrasonic 3D positioning sensor | |
CN104697488B (zh) | 一种平面法线方位角测量方法及其应用 | |
CN107356902B (zh) | 一种WiFi定位指纹数据自动采集方法 | |
US20220377499A1 (en) | Characterizing height above terrain confidence | |
CN108398090A (zh) | 并联机构式坐标测量仪 | |
JP2010164473A (ja) | キネマティックgpsを活用した計器校正飛行試験方法 | |
Oszczak et al. | The algorithm for determining the coordinates of a point in three-dimensional space by using the auxiliary point | |
CN203643467U (zh) | 超声波测风仪 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170406 |