Właściwości dynamiczne cyfrowego anemometru skrzydełkowego

W artykule poruszono zagadnienia związane z problematyką pomiarów wykonywanych cyfrowymi (mikroprocesorowymi) anemometrami skrzydełkowymi. Zarówno rutynowe pomiary w przemyśle, jak i naukowe opracowanie danych pomiarowych, wymagają znajomości charakterystyki dynamicznej przyrządu w celu pozyskania informacji o niepewności, z jaką została wyznaczona mierzona wielkość. Analizie poddano czynniki ograniczające dynamikę cyfrowego anemometru skrzydełkowego, na podstawie badań, dedykowanego dla potrzeb aerologii górniczej, anemometru typu uAS4 produkcji Instytutu Mechaniki Górotworu PAN [8]. Zamodelowany został tor przetwarzania sygnału pomiarowego w anemometrze. Autor rozpatruje oddzielnie część analogową przyrządu, za którą uważa mechaniczny czujnik skrzydełkowy i część cyfrową, czyli elektroniczny tor przetwarzania sygnału pomiarowego, począwszy od detektora obecności łopatki skrzydełka, a na wyświetlaczu danych pomiarowych skończywszy. Prezentowane są wyniki analiz pracy anemometru wykonywane w programie SciLab [9]. Model matematyczny został zidentyfikowany w oparciu o utworzony przez autora model geometrii 3D rzeczywistego skrzydełka anemometru. Pozyskano z modelu 3D wartość momentu bezwładności i powierzchnię łopatki. Na etapie identyfikacji modelu matematycznego dane symulacyjne porównywano z rzeczywistymi, zamieszczonymi w pracy Kruczkowskiego [3]. Z modelu matematycznego opisującego ruch obrotowy skrzydełka, program transformuje dane wejściowe do algorytmu symulującego funkcjonowanie części cyfrowej. Autor przedstawia wyniki, co do maksymalnej szerokości pasma przenoszenia sygnału pomiarowego dla skrzydełkowego anemometru cyfrowego w zależności od częstotliwości zmian prędkości przepływu powietrza, jej składowej ustalonej i amplitudy składowej zmiennej. Omówiono problematykę aliasingu w części cyfrowej anemometru, w kontekście błędów pomiaru.

This paper presents issues related to the problems of measurements taken with a digital (microprocessor-based) vane anemometers. The factors limiting the dynamics of digital vane anemometer were analyzed. The uAS4 anemometer, produced by Strata Mechanics Research Institute [8] which is dedicated to the needs of mining aerology, was tested. The signal processing circuit of the measuring anemometer was modeled. The analogue part of the instrument which is mechanical vane sensor, and a digital part in other words the electronic signal processing circuit were considered separately from the detector measuring the presence of the vane and the display of measurement data. The results of analysis of the anemometer work performed with the SciLab [9] were presented. The mathematical model was identified based on 3D models of a real vane anemometer. At the stage of the model identification, analog simulation data was compared with real given from Kruczkowski paper [3]. From the model describing the rotational movement of the vane, the program transforms the input data for modeling which describes the signal processing in the digital part. The author presents conclusions as to the maximum bandwidth of the measurement signal depending on the frequency changes in air velocity. The issue of aliasing in the digital part of the anemometer in the context of measurement errors was discussed.