Medidor de corrente de medição do vetor

Equipamento

Os principais componentes de um VMCM são seus dois sensores ortogonais de hélice de resposta cosseno, que medem diretamente os componentes da velocidade horizontal paralelos aos seus eixos. A orientação do instrumento em relação ao norte magnética é detectada com uma bússola de porta de fluxo, que permite avaliar a direção do fluxo, fornecendo o ângulo do eixo y em relação ao norte magnético. Um microprocessador gira as coordenadas x-y no Componentes convencionais de velocidade leste-oeste e norte-sul. Isso é feito uma vez que cada intervalo de amostra e, no final do intervalo de registro, os componentes convencionais da velocidade são calculados em média e as médias são armazenadas em uma fita magnética cassete. Outros componentes do sistema são um retentor de rolamento, uma tampa final, uma raça de rolamento externo, um retentor de bola e bolas de rolamento, um codificador e um disco de plástico epóxi ou noryl com quatro ímãs, janela de pressão, um disco de alumínio, dois magnetodiodos montados assados ​​assado assado assado assado assado assado assado, assado assado Em um anel de circuito impresso, um cubo e um eixo com corridas internas usinadas nele. A função dos magnetodiodos está detectando a rotação dos sensores da hélice.

Incorporado no sistema, existe a eletrônica de média do vetor, que usa os pulsos dos magnetodiodos e o direção do instrumento da bússola de porta de fluxo para calcular e registrar os componentes de velocidade. Nos anos 90, Way et al. Atualizou os eletrônicos redefinindo os circuitos de medição do vetor, aquisição de dados e componentes de armazenamento e retenção em vez da montagem dos sensores de hélice, que se mostrou confiável nos vários testes realizados. Um estojo de pressão abriga os eletrônicos e o apêndice sobre o qual as hélices são montadas.

Em seu primeiro projeto do final da década de 1970, um VMCM tinha aproximadamente 2,56 m de altura e tinha uma massa de 34,5 kg no ar. O VMCM original não está mais disponível comercialmente na EG&G (atualmente Edgetech). Os componentes eletrônicos da década de 1970 estão desatualizados e difíceis, se não impossíveis, de encontrar. Como muitos dos componentes eletrônicos, o Flux Gate Compass original não está mais disponível.

Sensores de hélice

A inovação trazida do VMCM sobre outros medidores atuais resulta da escolha dos sensores biaxiais da hélice, desenvolvidos com resposta precisa de cosseno e o design do instrumento para que a interferência de fluxo no corpo do instrumento fosse minimizada.

"Resposta Cosina" refere -se a hélices que respondem apenas ao componente do fluxo paralelo ao seu eixo de rotação. Sua taxa de revolução é então proporcional à magnitude do fluxo obtém o cosseno do ângulo entre o eixo e o vetor de fluxo. Medida plana Componentes ortogonais diretamente da velocidade horizontal. Não é necessário cálculo dos componentes (embora sejam girados do quadro de referência do instrumento nos componentes convencionais leste-oeste e norte-sul), e a soma dos componentes realiza a média do vetor.

As vantagens de uma hélice com resposta cosseno foram amplamente reconhecidas. Weller e Davis projetaram os sensores da hélice e sua localização na gaiola de pressão, a fim de obter uma resposta o mais próxima possível de uma resposta angular cosinusoidal ideal. Depois de fabricar e testar várias famílias de hélices, eles encontraram a melhor resposta em uma hélice dupla (duas hélices fixadas em um eixo) com duas hélices de pitch de cinco graus de cinco graus com diâmetro de 22 cm. As hélices são anodizadas duras, epóxi revestidas no exterior e protegidas por ânodos de zinco. Eles foram feitos de plástico de policarbonato (Lexan) e, mais recentemente, de Noryl. Os sensores de hélice fazem uso do sistema de coordenadas cartesianas e fornecem componentes de velocidade ortogonal no plano horizontal. As coordenadas medidas precisam ser giradas apenas nas direções convencionais leste-oeste e norte-sul.

Gaiola de pressão

O caso de pressão abriga os eletrônicos e o apêndice sobre o qual as hélices estão montadas. É fabricado a partir da haste de liga de titânio 6A1-4V (1,27 cm de diâmetro), que suporta maior resistência ao escoamento que o aço e tem uma resistência superior à corrosão e fadiga de metal na água do mar. Projetado dessa maneira, a gaiola de pressão é capaz de tomar tensões de até 10.000 libras e manter os eletrônicos e os sensores de hélice isoladamente da tensão. Isso permite que um seguro trabalhe até 5.000 m de profundidade.

No início, os rolamentos da hélice eram uma fonte de falha. Após testes consideráveis, os rolamentos foram atualizados de plástico de policarbonato para nitreto de silício e, como resultado dessa mudança, não houve falhas de rolamento.

Data Logger/Controller

No início dos anos 90, Brian S. Way et al. desenvolveu uma nova versão do VMCM e melhorou bastante o sistema eletrônico. A nova versão do VMCM inclui como subunidades primárias, o vetor medindo o front-end (consistindo na interface de hardware do rotor e bússola) e um microcontrolador de baixa potência para realizar a amostragem. A configuração inicial da amostragem (por exemplo, taxa de amostragem, intervalo de média, fatores de calibração) é definida pelo comando de um computador de início (Tattletale 8, TT8). No entanto, a amostragem e o cálculo reais das médias vetoriais são tratadas na subunidade front-end do VMCM. Um microcontrolador PIC de tecnologia Microchip lida com todas essas tarefas, produzindo a leitura atual do vetor North e East (VN e VE) no intervalo desejado.

Na operação padrão com a nova versão do VMCM, o microcontrolador PIC no front-end do VMCM amostra os rotores e a bússola na taxa definida pelo TT8 inicialmente. Em cada amostra, as leituras do rotor e da bússola são acumuladas para a média dos vetores e, no intervalo de amostra escolhido, o vetor em média VN e VE são transmitidos ao TT8 para processamento e/ou armazenamento adicionais.

Interface do usuário / software de configuração

O programa de configuração principal oferece ao usuário a capacidade de escolher entre os seguintes comandos: intervalo de registro, quais parâmetros registrarem (é possível adicionar medição de outros parâmetros, como temperatura, condutividade, oxigênio, tempo de palavra atualizado com cada registro, inclinação, inclinação, tensão da bateria), intervalos de amostra para cada parâmetro selecionado, hora de iniciar o início da hora do log para parar o Logger. Na nova versão do VMCM, a facilidade e a flexibilidade para configurar e adicionar sensores diminuíram o tempo necessário para a preparação do instrumento de pré-implantação na porta.

Como o VMCM calcula a velocidade horizontal

Os dois sensores ortogonais da hélice da resposta de cosseno medem diretamente os componentes da velocidade horizontal paralela aos seus eixos. A bússola de fluxo-porta detecta a orientação do instrumento em relação ao norte magnético e permite avaliar a direção do fluxo. O microprocessador gira as coordenadas nos componentes convencionais de velocidade leste-oeste e norte-sul. Isso é feito uma vez que cada intervalo de amostra e, no final do intervalo de registro, os componentes convencionais da velocidade são calculados e as médias são armazenadas. A rotação dos sensores da hélice é detectada pelos magnetodiodos. Como resultado da assimetria na colocação dos magnetodiodos, um par de pulsos escalonados é produzido a cada trimestre; A relação de fase indica o senso de direção de rotação e a taxa de pulso indica a taxa de rotação.

Para calcular e registrar os componentes de velocidade, o circuito de média do vetor é ativado por uma contagem de rotores, que é sinalizada por uma sequência adequada de alterações nos níveis dos magnetodiodos. O cabeçalho do instrumento (θ {\ DisplayStyle \ theta}) é determinado e armazenado em um registro e atualizado a uma taxa de 1 Hz (uma vez a cada segundo). Se a hélice girar suficientemente (a versão original do VMCM apresentou um limite de velocidade inferior a um centímetro por segundo), um par de pulsos é produzido pelos magnetodiodos de um cubo e ocorre uma contagem a partir do rotor. Em seguida, o cosseno e o seno do cabeçalho (atualmente é armazenado no registro do cabeçalho) são adicionados ao registro adequado que armazena os componentes de velocidade u {\ displayStyle u} e v {\ displayStyle v}. Para conseguir isso, no final de cada intervalo de amostragem sobre o qual a média é realizada, as seguintes somas são avaliadas:

u ¯ = ∑ i = 1 N c o s ( θ i ) + ∑ j = 1 M s i n ( θ j ) {\displaystyle {\bar {u}}=\sum _{i=1}^{N}cos(\theta _{i})+\sum _{j=1}^{M}sin(\theta _{j})}

e

v ¯ = − ∑ i = 1 N s i n ( θ i ) + ∑ j = 1 M c o s ( θ j ) {\displaystyle {\bar {v}}=-\sum _{i=1}^{N}sin(\theta _{i})+\sum _{j=1}^{M}cos(\theta _{j})}

onde n é o número de revoluções trimestrais pelo leste-oeste orientado para o sensor quando θ {\ displaystyle \ theta} = 0, m é o número de revoluções trimestrais pelo outro sensor e θ i {\ displaystyle \ theta i} e θ J {\ DisplayStyle \ Theta J} são os títulos do instrumento no registro de cabeçalho quando os pares ITH e JTH de pulsos foram fornecidos pelos dois sensores de hélice. Os componentes de velocidade são armazenados em registros de 12 bits e, no final de cada intervalo de amostragem, eles são escritos como palavras de 16 bits (12 bits de dados, 4 bits identificando o canal) em um suporte de unidade flash (em seu original Design do final da década de 1970, foi utilizada uma fita cassete com capacidade de armazenamento mais limitada).

Os instrumentos normalmente registram a média u {\ displaystyle u} e a média v {\ displaystyle v} a cada intervalo de amostra e tempo a cada hora. Dois outros canais de informação, como temperatura e pressão, podem ser registrados. Vários intervalos de amostra podem ser selecionados. Como o circuito de média do vetor é ativado apenas quando ocorre um par de pulsos de magnetodiodo, o dreno de corrente é proporcional à vazão da água.

Comparação com outros instrumentos de medição

Com base na intercomparação dos dados de teste obtidos no VMCM e de outros instrumentos de medição, como Aandera, VCAT, medidores de corrente eletromagnética e ACM, foi experimentado que o sensor VMCM introduz o menor erro em fluxos médios relativamente pequenos quando oscilatórios de alta frequência Flutuações também estão presentes. (por causa das ondas de superfície, movimento de amarração ou ambos). Essa qualidade, juntamente com a precisão dos sensores de hélice com experiência em fluxos constantes e instáveis ​​e combinações de ambos, tornam o VMCM apropriado para fazer medições precisas no oceano superior.