УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В РЕКЕ С ДВИЖУЩЕГОСЯ СУДНА Российский патент 1995 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано для измерения расхода воды средних и больших рек с движущегося судна.

Известно устройство для измерения расхода воды с движущегося судна, содержащее штангу, снабженную стабилизатором ее положения в потоке, гидрометрическую вертушку, эхолот, датчик угла поворота оси вертушки и вычислитель, при этом гидрометрическая вертушка, а также приемопередающая система эхолота и датчик угла поворота оси вертушки электрически соединены с входами вычислителя, а механически связаны со штангой, причем вертушка ориентирована по направлению движения относительно воды, датчик угла поворота оси вертушки выполнен в виде индукционного преобразователя, чувствительного к горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля земли, а на штанге в непосредственной близости от индукционного преобразователя установлен диск из немагнитного материала [1]
Недостатком этого устройства является необходимость движения судна строго поперек русла реки, возможно ближе к прямолинейной траектории, ориентируясь по заранее установленным береговым створным знакам. В условиях интенсивного судоходства, а также при большой ширине реки и, следовательно, плохой видимости створных знаков такое условие трудно выполнимо. Кроме того, в данном устройстве для определения угла разворота судна относительно линии гидрометрического створа используется индукционный (магнитный) датчик угла. Это накладывает определенные ограничения на применение устройства, так как оно может использоваться только на судах, корпуса которых выполнены из немагнитных материалов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения расхода воды в реке с движущегося судна, содержащее выносную штангу, гидрометрическую вертушку, эхолот, допплеровский лаг и вычислитель, при этом гидрометрическая вертушка, а также приемопередающие системы эхолота и лага электрически соединены с входами вычислителя, а механически связаны с выносной штангой посредством подвижного элемента, снабженного стабилизатором его положения в потоке, причем верхушка ориентирована по направлению движения относительно воды, а прямопередающая система лага перпендикулярно направлению движения относительно воды [2] В этом устройстве в качестве подвижного элемента, связанного с корпусом судна, применена закрепленная на носу судна выносная штанга, на которой закреплены датчики (вертушка, приемопередающие системы лага и эхолота) со стабилизатором ее положения в потоке (гидрофлюгером).

Однако такая конструкция измерительного устройства, обеспечивающая жесткую связь датчиков с корпусом судна, снижает точность измерений, поскольку при наличии волнения и качки судна влияет на точность параметров, выдаваемых датчиками. Кроме того, качка судна (а с ним и датчиков) усложняет эксплуатацию измерительного устройства и понижает безопасность обслуживания.

Технический результат изобретения повышение точности измерения.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для измерения расхода воды в реке с движущегося судна, содержащее выносную штангу, гидрометрическую вертушку, эхолот, допплеровский лаг и бортовой вычислитель, при этом гидрометрическая вертушка, а также гидроакустические преобразователи эхолота и лага электрически соединены с входами вычислителя, а механически связаны с выносной штангой посредством подвижного элемента, снабженного стабилизатором его положения в потоке, причем вертушка ориентирована по направлению движения относительно воды, а приемопередающая система лага перпендикулярно направлению движения относительно воды, введены измеритель скорости звука и антенный блок, в котором размещены гидроакустические преобразователи эхолота и лага, ориентированные попарно в сторону дна реки под острым углом к вертикальной плоскости, проходящей вдоль оси вертушки.

В качестве подвижного элемента, связанного с корпусом судна, может быть применен обтекаемый рыбовидный груз со стабилизатором его положения в потоке, соединенный посредством гибкого троса с выносной стрелой и барабаном размещенной на судне лебедки.

Первичный преобразователь измерителя скорости звука может быть закреплен на антенном блоке и на нем.

Гидрометрическая вертушка может быть закреплена на корпусе измерителя скорости звука в воде.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения расхода воды в реке; на фиг.2 а и б показаны пунктиром контуры антенного блока и схема размещения в нем гидроакустических преобразователей лага, эхолота и измерителя скорости звука в воде; на фиг.3 приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит обтекаемый рыбовидный груз 1, снабженный стабилизатором 2 его положения в потоке и посредством гибкого троса 3 соединенный с выносной стрелой 4 и барабаном лебедки, размещенной на борту судна. С передней частью груза 1 скреплен антенный блок 5, на котором закреплен преобразователь 6 измерителя скорости звука в воде, выполненный в виде цилиндра с прорезями, внутри которого размещен пьезоэлемент 7 и отражатель 8. На корпусе цилиндра 6 закреплена гидрометрическая вертушка 9 с контактным блоком, ось которой ориентирована по оси груза 1. В антенном блоке размещены гидроакустический преобразователь 10 эхолота и четыре гидроакустических преобразователя 11-14 лага, ориентированных попарно в сторону реки под острым углом к вертикальной плоскости "О-О", проходящей через ось вертушки. Внутри герметичной полости антенного блока размещены согласующие трансформаторы (не показаны).

В состав вычислителя 15 (фиг.3) входят приемопередатчики 16-18 соответственно лага, эхолота и измерителя скорости звука в воде (измерителя С), триггер 19, измеритель 20 периода следования импульсов вертушки, умножитель 21, формирователь 22 сигналов коррекции, счетчик 23 глубины, узел 24 обработки допплеровских сигналов, делители 25 и 26, интегрирующий счетчик 27, а также индикатор 28. Гидроакустические преобразователи 7, 10-14 посредством герметичного электрического кабеля 29 соединены с бортовым вычислителем 15, а контактный блок вертушки 9 с триггером 19.

Устройство для измерения расхода воды в реке работает следующим образом.

Груз 1 с антенным блоком 5 и вертушкой 9 опускают с борта судна в воду, после чего судно начинает двигаться от одного берега к другому со скоростью, близкой к скорости течения. С каждым оборотом вертушки 9 с ее контактного блока на счетный вход триггера 19 поступает импульс. При поступлении первого и каждого последующего нечетного импульса сигналом с одного из выходов триггера включается измеритель 20 периода следования импульсов вертушки, а при поступлении второго и каждого последующего четного импульса триггер 19 отключает измеритель 20 периодов и подает сигнал управления на умножитель 21. Синхронно с нечетными импульсами контактного блока вертушки 9 запускается измеритель скорости звука в воде, при этом с его выхода на вход формирователя 22 поступает импульс, длительность которого Т_с обратно пропорциональна скорости звука в воде. По заднему фронту импульса Т_с запускается преобразователь эхолота, на выходе которого появляется импульс длительностью Т_н, пропорциональный измеряемой глубине. Этот сигнал поступает на первый вход счетчика 23, на второй вход которого с первого выхода формирователя 22 поступает сигнал коррекции, в результате чего с выхода счетчика 23 на первый вход умножителя 21 поступает сигнал глубины с учетом текущего значения скорости звука в воде.

В течение всего времени измерения расхода непрерывно работает преобразователь двухканального допплеровского лага, при этом с выходов первого и второго передатчиков 16 на вход делителя 26 обработки допплеровских сигналов непрерывно поступают сигналы с частотами F_ф1 и F_ф2, пропорциональные нормальной составляющей скорости сноса судна.

После каждого нечетного импульса с контактного блока вертушки 9 по разрешающему сигналу с выхода триггера 19 в узле 24 происходит измерение и суммирование допплеровских сигналов F_ф1 и F_ф2, а результирующий сигнал с выхода узла 24 поступает на второй вход умножителя 21. По команде со второго выхода триггера 19 происходит перемножение сигналов, несущих информацию о глубине и скорости сноса. Сигнал, пропорциональный произведению указанных величин, поступает на вход делителя 25, коэффициент деления которого пропорционален периоду следования импульсов вертушки 9. С выхода делителя 25 сигнал поступает на первый вход делителя 26, на второй вход которого с второго выхода формирователя 22 поступает сигнал коррекции, который устанавливает коэффициент деления делителя 26, обратно пропорциональный скорости звука. С выхода делителя 26 сигнал, пропорциональный расходу воды в элементарной площадке русла реки, поступает на интегрирующий счетчик 27.

По достижении судном противоположного берега измерение прекращают, при этом значение расхода воды, зафиксированное интегрирующим счетчиком 27, отображается на индикаторе 28.

Использование: для измерения расхода воды средних и больших рек с движущегося судна. Сущность изобретения: на судне размещается лебедка с выносной стрелой 4, которая посредством гибкого троса 3 соединена с обтекаемым грузом, снабженным стабилизатором 2 его положения в воде. С грузом скреплен антенный блок 5, на котором закреплены преобразователь 6 измерителя скорости звука в воде, гидрометрическая вертушка 9 с контактным блоком, преобразователь 10 эхолота и четыре преобразователя 11, 12 доплеровского лага (два не показаны). При движении судна поперек реки электрические сигналы, выработанные датчиками, по кабелю 29 поступают на размещенный на судне вычислитель 15, который реализует интегральную зависимость принятых сигналов в функции времени и на индикаторе отражает значение измеренного расхода воды. Изобретение позволяет повысить точность измерения расхода. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В РЕКЕ С ДВИЖУЩЕГОСЯ СУДНА, содержащее выносную штангу, гидрометрическую вертушку, гидроакустические преобразователи эхолота и лага и бортовой вычислитель, при этом гидрометрическая вертушка, а также гидроакустические преобразователи эхолота и лага электрически соединены с входами бортового вычислителя, а мехинически связаны с выносной штангой посредством подвижного элемента, снабженного стабилизатором его положения в потоке, причем гидрометрическая вертушка ориентирована по направлению движения судна относительно воды, а гидроакустические преобразователи лага перпендикулярно направлению движения судна относительно воды, отличающееся тем, что в него введены измеритель скорости звука в воде, выход которого электрически соединен с входом бортового вычислителя, и антенный блок, в котором размещены гидроакустический преобразователь эхолота и четыре гидроакустических преобразователя лага, ориентированные попарно в сторону дна реки и под острым углом к вертикальной плоскости, проходящей через ось гидрометрической вертушки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введена лебедка, выносная стрела которой использована в качестве выносной штанги, а в качестве подвижного элемента использован обтекаемый рыбовидный груз, соединенный посредством гибкого троса с выносной стрелой и барабаном лебедки, при этом антенный блок и гидрометрическая вертушка закреплены в передней части груза. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измеритель скорости звука в воде закреплен на антенном блоке и выполнен в виде цилиндра с прорезями, в котором размещены пьезоэлемент и отражатель. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроакустическая вертушка закреплена на корпусе измерителя скорости звука в воде