ГМИ методичка

регулятором «контроль скорости» откорректировать показания Vмгн до изменения знака этого неравенства.

7. Снимите и запишите отсчет по указателю направления при включенном канале измерения направления (кнопка «направление» утоплена). Отсчет должен составлять 360±2°. Если показания выходят за рамки этого интервала, то регулятором «контроль направления» вывести стрелку регулятора на отметку 360°.

Внимание! Постоянная времени измерительной цепи канала направления составляет 15–20 с, поэтому отсчет по указателю следует брать через 1,5–2 мин. после включения или регулировки.

8. Перевести прибор из режима «контроль» в режим «измерения». С помощью имеющегося в лаборатории двухканального осциллографа снять эпюры напряжения в узловых точках электрической схемы. Для этого, с учебной целью электрическая схема прибора помещена на верхнюю панель прибора, а клеммы 1–11 соединены с соответствующими точками монтажной схемы прибора. В корпус датчика вмонтирован имитатор скорости ветра, представляющий собой электромотор постоянного тока, питающийся от выпрямителя.

Вывести рукоятку регулировки напряжения выпрямителя против часовойстрелкивкрайнееположение.Соединитьвыходвыпрямителя с кабелем питания электромотора. Включить выпрямитель, поставив левую рукоятку на лицевой панели в положение «Вкл.». Медленно вращаярукояткурегулировкинапряжения,добитьсяустойчивоговращения винта датчика (рекомендуется подать напряжение около 15В).

Внимание! Подавать на электромотор напряжение более 25 В категорически запрещается во избежание выхода из строя электромотора!

Поставить тумблер «контроль» на пульте прибора М-63М в положение «Вкл.», и провести измерение средней и мгновенной скорости ветра при вращающимся винте. Записать показания.

8.1. Включить осциллограф. Проверить подключение корпуса осциллографа к клемме «5» («Земля») на верхней панели анеморумбометра. После этого приступайте к снятию эпюр напряжения. Подайте на первый канал осциллографа напряжение с клеммы «1» (вход формирователя опорной серии), а на второй – с клеммы «2» (выход формирователя). При этом нижние рукоятки усилителей обоих каналов (V/дел) рекомендуется установить в положение 0,5, а верхние до уровня, соответствующего высоте импульсов 0,5–1 деление. Рукоятку развертки (время/дел) установить в положение

141

20 мс (студент может выбрать и другое положение, отвечающее более наглядной картине). Целесообразно производить измерения в ждущем режиме осциллографа.

Зарисуйтепаруэпюр.Вчемотличиемеждуними?Объяснитеего.

8.2.Подайте на первый канал напряжение с клеммы «2», а на второй – с клеммы «3» (выход формирователя основной серии). Зарисуйте пару эпюр. Затем поверните флюгарку в другое положение. Как изменилось взаимное положение импульсов на экране? Покажите это на рисунке. Найдите положение флюгарки, соответствующее синхронности импульсов. Какому значению по указателю направления соответствует это положение? Запишите это значение.

8.3.Подайте на первый канал напряжение с клеммы «4» (выход формирователя сдвинутой серии), а на второй с клеммы «3» (выход формирователя основной серии). Зарисуйте эпюры. Объясните взаимное положение импульсов. Поверните флюгарку, наблюдая на экране осциллографа взаимное расположение импульсов. Изменилось ли оно? Объясните результат.

8.4.(*)1 Определить частоту следования импульсов, пользуясь тем, что время пробега электронным лучом одного деления Вам известно (по рукоятке «время/дел»). Измените скорость вращения винта, подав на электромотор другое напряжение. Как изменилась частота? Измерьте мгновенную скорость и частоту следования импульсов при разной скорости вращения (4–5 значений), постройте график зависимости частоты от мгновенной скорости.

8.5.Замкните ключ К в канале измерения средней скорости, включив часовой механизм. Подайте на первый канал напряжение

склеммы «2», а на второй – с клеммы «9» (выход третьего триггера масштабного делителя). Рукоятку «время/дел» поставьте в положение 0,1. Зарисуйте пару эпюр. Объясните различие между ними. Теперь подайте на первый канал напряжение с клеммы «10» (выход масштабного делителя), а на второй – по-прежнему с клеммы «9». Рукоятку «время/дел» в этом случае рекомендуется поставить в положение 0,5 с. Зарисуйте пару эпюр. Объясните различие между ними. Сопоставьте этот рисунок с предыдущим. Как изменяется частота импульсов на входе («2»), в середине («9») и на выходе («10») масштабного делителя?

8.6.(*) Определите частоту следования импульсов на клеммах 2, 9 и 10 и коэффициент деления масштабного делителя.

1 Абзацы, помеченные значком (*) выполняются только студентами группы «И».

142

8.7.Далее исследуется канал измерения мгновенной скорости. Ручку «время/дел» снова установить в положение 20 мс и подайте на первый канал напряжение с клеммы «2», а на второй с клеммы «8» (выход триггера). Зарисуйте пару эпюр и объясните различие между ними.

Включите кнопку «0–30». Как изменилась частота? Объясните ответ.

8.8.(*) По ширине импульса в точке «8» определите время зарядки дозирующего конденсатора. Время развертки луча осциллографа в этом случае следует изменить (подумайте, как?). Измените скорость вращения винта. Изменилось ли время зарядки? Объясните ответ.

8.9.Подайте на осциллограф пару напряжений с клемм «7» и «8» (выходы триггера), зарисуйте эпюры и объясните разницу между ними.

8.10.Теперь исследуйте канал измерения направления. Подайте на первый канал напряжение с клеммы «3», а на второй – с клеммы«11»(выходтриггераканалаизмерениянаправления).Зарисуйте пару эпюр и объясните различие. Поверните флюгарку, добейтесь срабатывания сигнализатора положения флюгарки – переключения шкал указателя направления. Как изменится картина на экране

вэтот момент?

8.11.Далее включите блок контроля (переведите тумблер в положение «Вкл.») и подайте на первый канал осциллографа напряжение с клеммы «3» (выход формирователя основной серии), а на второй – с клеммы «6» (выход с блока контроля). Зарисуйте эпюры напряжения с блока контроля. Теперь выключите блок контроля и зарисуйте эпюры напряжения с формирователя. Объясните разницу

врисунках.

9.(*) Определите частоту импульсов с формирователя основной серии и с блока контроля. Сопоставьте эти частоты с показаниями измерителя мгновенной скорости ветра. Измените скорость вращения винта, снова измерьте частоты и снимите показания скорости. Сохраняется ли пропорциональность между частотой и скоростью?

10.Выключите все каналы анеморумбометра. Выключите все блоки установки – осциллограф, выпрямитель. Уберите свое рабочие место.

11.Составьте отчет о лабораторной работе.

143

11.11. Требования к отчету

Отчет должен содержать следующие разделы.

1.Краткое пояснение работы анеморумбометра М-63.

2.Описание всех действий, выполненных Вами при проведении работы. При этом сразу же следует помещать полученные Вами результаты (например, эпюры напряжений) и их анализ.

3.Величины средней и мгновенной скорости ветра, измеренную в процессе контроля прибора.

4.Величину направления ветра при включенном блоке контроля. Если Вы корректировали блоки направления и мгновенной скорости ветра, укажите это в работе. Если нет – укажите, почему коррекция не потребовалась.

5.Эпюры напряжения во всех контрольных точках. При этом

вотчете должно быть указано, к какой именно точке относится данная эпюра. Например: «выход формирователя основной серии».

11.12.Контрольные вопросы

1.Какой параметр импульсов в анеморумбометре М-63 зависит от скорости ветра?

2.Какой параметр импульсов в анеморумбометре М-63 зависит от направления ветра?

3.Что такое сдвиг фаз? Каков сдвиг фаз между импульсами основной и сдвинутой серии?

4.Нарисуйте взаимное расположение эпюр всех трех серий импульсов, аналогичное изображенному на рис. 2.

5.Пояснитекинематическуюсхемудатчика,пользуясьрис.11.1.

6.Почему не работает канал направления, если винт не вращается?

7.Как работает импульсатор датчика М-63? Поясните его работу, пользуясь схемой рис. 11.3.

8.Поясните, как работает триггер. Каким образом система триггеров может образовать масштабный делитель частоты?

9.Какую роль играют формирователи в пульте управления

М-63?

10.Поясните работу канала измерения средней скорости М-63.

11.С какой целью в канале измерения средней скорости преду­ смотрен­ масштабный делитель частоты? Исходя из чего выберется коэффициент деления масштабного делителя?

144

12. Исследование регистратора дальности видимости РДВ-3. Лабораторная работа № 12

Цель работы – изучение конструкции и принципа действия прибора РДВ–3, методики работы с прибором, и проведение измерений дальности видимости. Студенты группы «И» дополнительно знакомятся с принципиальной схемой усилителя сигнала разбаланса и исследуют его амплитудную и частотную характеристики.

12.1. Регистратор дальности видимости РДВ-3

Регистратор дальности видимости РДВ-3 предназначен для измерения МДВ в любое время суток в пределах от 200 до 6000 м. Он состоит из двух блоков: фотометрического блока и отражателя, который устанавливается в 100 м от фотометрического блока. Фотометрический блок включает в себя источник света (обычная лампа накаливания), свет от которой направляется к отражателю. Отраженный пучок света несет информацию об МДВ. Такие приборы получили название трансмиссометров.

Метеорологическая дальность видимости SМ зависит от прозрачности атмосферы. В светлое время суток под метеорологической дальностью видимости понимают наибольшее расстояние, с которого можно различить на фоне неба вблизи горизонта черный объект, угловые размеры которого превышают 15 угловых мин. В ночное время – расстояние, на котором можно было бы при существующей прозрачности воздуха видеть такой объект в светлое время суток.

Световой поток, проходя через оптически однородную атмосферу, ослабевает по экспоненциальному закону:

Φ = Φ0 exp(−α Z ),

где Ф – величина светового потока, ослабленного атмосферой. Измеряется в люменах (лм); Ф0 – величина светового потока до его поступления в ослабляющую среду; α– коэффициент ослабления (м-1); Z – длина пути светового потока в атмосфере (м).

Коэффициент ослабления:

146

12.2. Принцип действия трансмиссометра РДВ-3

Принцип действия трансмиссометра РДВ-3 следующий. В фотометрическомблокеформируютсядвапучкасветаотодногоисточника. Один из них, который проходит 100-метровое расстояние до отражателя и обратно, назовем зондирующим пучком. Другой пучок проходит только через оптические элементы внутри прибора и регулируется измерительной диафрагмой. Он называется опорным пучком. Опорный пучок автоматически регулируется диафрагмой так, чтобы его яркость была бы равна яркости зондирующего пучка. Следовательно, если диафрагма мала, то яркость опорного пучка также мала, а поскольку она всегда равна яркости зондирующего пучка, то зондирующий пучок также мал. Следовательно, метеорологическая дальность видимости также мала. Рассуждая так, мы видим,чтовеличинадиафрагмыопределяетсядальностьювидимости.

Рис. 12.1. Оптическая схема РДВ-3

148

рисунке в профиль. Диск-модулятор имеет форму, показанную на рис. 12.2. Он вращается мотором М. Зондирующий пучок проходит через нижнюю часть диска-модулятора, опорный пучок – через верхнюю часть.

Устройство диска-модулятора таково, что когда зондирующий пучок прерывается мелкими зубцами диска, опорный пучок вообще не проходит, так как его не пропускает большой зубец. И, наоборот, когда опорный пучок прерывается, зондирующий не проходит. Таким образом, зондирующий и опорный пучки проходят по очереди с частотой 150 Гц.

То обстоятельство, что в РДВ-3 применяются модулированные (прерывистые) пучки света с частотой модуляции 1800 Гц, позволяет выделить полезный сигнал на фоне помех, например, дневного света. Помехи также воспринимаются фотоумножителем, но резонансный усилитель сигнала пропускает только сигнал с частотой 1800 Гц. Поэтому прибором РДВ-3 можно пользоваться как в ночное время, так и днем.

После прохождения диска-модулятора зондирующий пучок проходит через объектив О3 и превращается в слаборасходящийся (рис. 12.1). Через защитное стекло ЗС он выходит в атмосферу и отражаетсяототражателяОТР.Возвращаясьвфотометрическийблок, зондирующий пучок фокусируется вогнутым зеркалом ВЗ на катод фотоумножителя ФЭУ.

Опорный пучок проходит через установочные оптические клинья УК. Яркость опорного пучка может изменяться с помощью этих клиньев, что необходимо для регулировки прибора. Затем призма П

149

поворачивает опорный пучок под углом 90°, после чего он проходит через измерительную диафрагму Д. Диафрагма управляется реверсивным двигателем через редуктор. Затем опорный пучок проходит через верхнюю часть диска-модулятораи направляетсяна ФЭУ.Как опорный, так и зондирующий пучки проходят через корректирующий фильтр КФ и молочное стекло МС. Корректирующий фильтр пропускает только видимые лучи, выравнивая спектральный состав света со спектральной чувствительностью глаза. Молочное стекло рассеивает свет по всей поверхности фотокатода. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) преобразует световой сигнал в электрический [1].

Для того, чтобы понять прохождение электрического сигнала, воспользуемся блок-схемой, изображенной на рис. 12.3. Чтобы представить себе преобразования сигнала отдельными блоками схемы, будем рисовать эпюры напряжений сигнала в точках схемы обозначенных буквами а, б, в и г. Оптический сигнал приходящий на фотоумножитель, имеет вид, показанный на рис. 12.4-а. Представим себе, что зондирующий пучок больше опорного, например, в результате рассеивания тумана. Докажем, что это вызовет изменение диафрагмы и выравнивание пучков. Фотоумножитель преобразует сигнал в электрический. Затем он усиливается резонансным усилителем и принимает вид, представленный на рис. 12.4-б. Такая форма сигнала обуславливается особенностями электрической схемы усилителя. Этот сигнал детектируется детектором Д и проходит через фильтр Ф. Фильтр преобразует сигнал к синусоидальной форме (рис. 12.4-в). Разумеется, этот синусоидальный сигнал существуеттолькотогда,когдазондирующийиопорныйпучкинеравны.

Рис. 12.3. Блок-схема РДВ-3

150