измеритель скорости движения парусной яхты против ветра

Формула изобретения

Измеритель скорости движения парусной яхты против ветра, содержащий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер, а также лаг и морской компас, при этом выход усилителя подключен через аналого-цифровой преобразователь ко входу компьютера, отличающийся тем, что содержит источник когерентного света и фотоприемник, оптически согласованные с предметной и опорной волоконными катушками в интерферометр с фазосдвигающим устройством в одной из волоконных катушек, подключенным к управляющему генератору, а также дополнительно содержит фильтр высоких частот и средство, измеряющее время, обратно пропорциональное расстоянию между источником когерентного света и опорной волоконной катушкой, при этом лаг выполнен в виде цилиндрической флюгарки, на носовой части которой расположена предметная волоконная катушка интерферометра, а на оси вращения воздушной флюгарки расположена пластина с радиусом кривизны, изменяющимся по закону спирали Архимеда, причем на боковой поверхности пластины закреплена опорная волоконная катушка интерферометра, напротив которой установлен неподвижно излучатель акустических импульсов, при этом пластина и излучатель акустических импульсов размещены в кювете с водой, выход фотоприемника соединен со входом усилителя, выход которого через фильтр высоких частот дополнительно подключен ко второму входу средства, измеряющего время, обратно пропорциональное расстоянию между источником когерентного света и опорной волоконной катушкой, первый вход которого соединен с синхронизирующим выходом излучателя акустических импульсов, а выход - со вторым входом компьютера, подключенным выходом к управляемому входу управляющего генератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области морской навигации и может быть использовано для определения скорости движения парусной яхты против ветра.

При движении яхты против ветра она периодически должна менять галс, чтобы придерживаться заданного направления.

Для определения скорости движения яхты против ветра используется устройство, содержащее последовательно соединенные лаг, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и компьютер, а также компас [Заявка Великобритании № 1355185, кл. G 1 N (G 01 P 5/00), 1974].

Данное устройство принято за прототип. В прототипе скорость движения яхты измеряется обычным лагом, а затем определяется произведение скорости на косинус угла между направлением движения яхты и направлением ветра.

Недостатком известного измерителя скорости является отсутствие оптического сигнала на его выходе. Оптический сигнал не подвержен влиянию электрических и магнитных помех.

Техническим результатом, появляющимся от внедрения изобретения, является обеспечение оптического сигнала на выходе измерительного устройства.

Данный технический результат достигается за счет того, что известный измеритель скорости движения парусной яхты против ветра, содержащий усилитель, АЦП и компьютер, а также лаг и морской компас, при этом выход усилителя через АЦП подключен ко входу компьютера, дополнительно содержит источник когерентного света, фотоприемник, оптически согласованные с предметной и опорной волоконными катушками в интерферометр с фазосдвигающим устройством в одной из волоконных катушек, подключенным к управляемому генератору, а также дополнительно содержит фильтр высоких частот (ФВЧ) и средство, измеряющее время, обратно пропорциональное расстоянию между источником когерентного света и опорной волоконной катушкой, при этом лаг выполнен в виде цилиндрической флюгарки, на носовой части которой расположена предметная волоконная катушка интерферометра, а на оси вращения воздушной флюгарки расположена пластина с радиусом кривизны, изменяющимся по закону спирали Архимеда, причем на боковой поверхности пластины закреплена опорная волоконная катушка интерферометра, напротив которой установлен неподвижно излучатель акустических импульсов, при этом пластина и излучатель акустических импульсов размещены в кювете с водой, выход фотоприемника соединен со входом усилителя, выход которого через ФВЧ дополнительно подключен ко второму (останавливающему) входу средства, измеряющего время, обратно пропорциональное расстоянию между источником когерентного света и опорной волоконной катушкой, первый (запускающий) вход которого соединен с синхронизирующим выходом излучателя акустических импульсов, а выход - со вторым входом компьютера, подключенного выходом к управляемому входу управляющего генератора.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлена схема движения яхты против ветра; на фиг.2 - схема расположения флюгарок на яхте; на фиг.3 - оптико-электронная схема измерителя.

Как показано на фиг.1, измеритель 1 скорости яхты 2 совершает галсы под углом к направлению ветра, дующего со скоростью V ₁. Яхта движется со скоростью V₂ под углом к направлению ветра.

Измеритель 1 включает в себя (фиг.2) воздушную флюгарку 3, на оси 4 вращения которой закреплена пластина 5 с радиусом кривизны, изменяющимся по закону спирали Архимеда. Напротив боковой поверхности пластины 5 расположен неподвижно излучатель 6 акустических импульсов.

Имеется также морская флюгарка 7 цилиндрической формы, расположенная на оси 8 вращения, прикрепленная к днищу яхты 2.

На боковой поверхности пластины 5 закреплена опорная катушка волоконно-оптического интерферометра (ВОИ). Предметная волоконная катушка ВОИ установлена на носовой части 9 морской флюгарки 7.

Оптическая схема ВОИ (фиг.3) включает в себя также источник 10 когерентного света, фотоприемник 11 и фазосдвигающее устройство 12.

Предметная и опорная волоконные катушки на фиг. 3 обозначены под позициями 13, 14, а на фиг.2 не обозначены.

Пластина 5 и излучатель 6 акустических импульсов расположены в кювете 15 с водой (фиг.2). При этом перед началом работы измерителя прямая, соединяющая начало и конец спирали Архимеда, направлена вдоль киля яхты.

Измеритель также включает в себя морской компас (не показан).

Электронная часть устройства включает в себя усилитель 16, ФВЧ 17, средство 18, измеряющее время, обратно пропорциональное расстоянию между источником когерентного света и опорной волоконной катушкой, АЦП 19, компьютер 20 и управляемый генератор 21.

Выход фотоприемника 11 подключен через усилитель 16 параллельно к ФВЧ 17 и АЦП 19. Синхронизирующий выход излучателя 6 акустических импульсов подключен к запускающему входу таймера 18, а выход ФВЧ 17 - к останавливающему входу таймера 18.

Выход АЦП 19 соединен с первым входом компьютера 20. Выход средства 18, измеряющего время, подключен ко второму входу компьютера 20. Выход компьютера 20 соединен с управляемым входом управляемого генератора 21, подключенного выходом к фазосдвигающему устройству 12, установленному в одной из волоконных катушек (например, опорной) ВОИ.

Измеритель работает следующим образом.

При движении против ветра яхта совершает галсы под углом к направлению ветра. Для определения скорости движения яхты против ветра необходимо измерить величину V ₂ cos .

Поскольку предметная волоконная катушка 13 ВОИ является по существу лагом, то выходной сигнал интерферометра, снимаемый с фотоприемника 11, преобразуемый АЦП 19 и обрабатываемый компьютером 20, дает информацию о скорости движения яхты V ₂. При этом компьютер 20 так управляет генератором 21, чтобы на фазосдвигающее устройство 12 поступал сигнал, возвращающий первоначальную величину разности фаз интерферометра.

Информацию об угле поворота дает воздушная флюгарка 3. В момент измерения угла излучатель 6 направляет к опорной катушке ВОИ звуковой импульс 22. Одновременно на запускающий вход таймера 18 направляется электрический импульс, открывающий счет тактовых импульсов средства 18, измеряющего время.

Когда звуковой импульс достигнет опорной волоконной катушки 14, с фотоприемника 11 через усилитель 16 и ФВЧ 17 на останавливающий вход средства 18, измеряющего время, поступает второй импульс, при этом отсчет тактовых импульсов средства 18, измеряющего время, прекратится. Средство 18 покажет время, обратно пропорциональное расстоянию между излучателем 6 и опорной волоконной катушкой 14. Исходя из свойств спирали Архимеда, это расстояние будет пропорционально углу поворота флюгарки относительно киля яхты 2.

При этом компьютер 20 определит произведение V₂ cos , пропорциональное скорости движения яхты против ветра.

По показаниям компаса (не показан) определяется также значение азимута.

Период следования звуковых импульсов 22 подбирают таким, чтобы они не мешали работе АЦП 19 и компьютера 20.

В противном случае на входе АЦП 19 необходимо установить дополнительно фильтр низких частот.

Таким образом, измеритель позволяет определить скорость движения яхты против ветра при оптическом выходном сигнале, чем достигается поставленный технический результат.