УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНИИ РАЗВИТИЯ ПРОТЯЖЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОЙ АНОМАЛИИ С ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК G01N33/18 G01P5/00 

Изобретение относится к исследованию гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль состояния морской среды с подвижного носителя.

Известны различные системы, предназначенные для анализа состояния морской среды [1-8] , содержащие преобразователи гидрофизических полей (ГФП) и регистрирующую аппаратуру. Аппаратура обеспечивает сбор и обработку данных с преобразователей ГФП и регистрацию результатов обработки.

Ни одна из известных систем не обеспечивает определения линии развития протяженных турболентных аномалий.

В результате проведенного поиска не обнаружено известных средств для определения линии протяженной турбулентной аномалии с подвижного носителя.

Задача определения линии протяженной турбулентной аномалии с подвижного носителя решена в предлагаемом изобретении, сущность которого заключается в том, что устройство для определения линии протяженной турболентной аномалии с подвижного носителя содержит последовательно соединенные преобразователь гидрофизического поля, полосовой фильтр, блок вычисления модуля, блок усреднения, преобразователь аналог-код и блок определения максимума, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И и счетчик, а также регистрирующий прибор и блок вычисления функции
,
где ϕ - угол между направлением движения подвижного носителя и линией развития протяженной турбулентной аномалии;
max - максимальное значение числа на выходе преобразователя аналог-код;
l - значение числа на выходе счетчика;
k₁ и α - постоянные величины,
при этом первый и второй входы упомянутого блока вычисления соединены с выходами соответственно блока определения максимума и счетчика, а его выход соединен с регистрирующим прибором, при этом вход полосового фильтра соединен с выходом преобразователя гидрофизического поля, управляющий вход преобразователя аналог-код соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход элемента И является входом "ОБНАРУЖЕНИЕ" устройства.

Преобразователь гидрофизического поля может быть выполнен в виде преобразователя турбулентных пульсаций скорости.

Для исключения влияния собственной скорости подвижного носителя на результаты определения линии развития протяженной турбулентной аномалии генератор тактовых импульсов выполнен в виде преобразователя напряжение-частота, управляющий вход которого является входом "СКОРОСТЬ" устройства.

Благодаря введению в устройство новых блоков и связей обеспечивается определение линии развития протяженных турбулентных аномалий.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема, поясняющая взаимное расположение линии развития протяженной турбулентной аномалии и направления движения подвижного носителя.

В соответствии с фиг. 1 устройство сдержит последовательно соединенные преобразователь 1 ГФП, полосовой фильтр 2, блок 3 вычисления модуля, блок 7 вычисления функции (1) и регистрирующий прибор 8, а также последовательно соединенные генератор 9 тактовых импульсов (ГТИ), элемент И 10, второй вход которого является входом "ОБНАРУЖЕНИЕ" устройства, и счетчик 11, выход которого соединен с вторым входом блока 7 вычисления функции (1).

Преобразователь 1 ГФП может быть выполнен, например, в виде преобразователя пульсаций электрической проводимости морской воды. Наилучшим вариантом с точки зрения решаемой задачи является выполнение преобразователя 1 ГФП в виде преобразователя турбулентных пульсаций скорости, например электромагнитного типа. В этом случае в формуле (1) α = -3/8.

Полосу пропускания полосового фильтра 2 выбирают в зависимости от пространственного масштаба анализируемых неоднородностей и скорости движения подвижного носителя. Для решения поставленной задачи используют преимущественно диапазон пространственных неоднородностей λ = (0,1-10) м. При фиксированной скорости движения подвижного носителя этому диапазону соответствует диапазон рабочих частот Δf = v/λ. В частности, для λ = (0,1-10) м и V=5 м/с Δf = (0,5-50) Гц. Если скорость подвижного носителя может изменяться, то верхнюю и нижнюю частоты диапазона рабочих частот выбирают соответственно из условий
f_max= v_max/λ_min и f_min= v_min/λ_max.

Например, диапазону скоростей носителя V=(2,5-10) м/с и упомянутому выше диапазону λ = (0,1-10) м соответствует полоса рабочих частот фильтра 2 Δf = (0,25-100) Гц. Наилучшим вариантом выполнения фильтра 2 является его выполнение с возможностью ручной или автоматической перестройки полосы пропускания в зависимости от скорости движения носителя.

Блок 3 вычисления модуля может быть выполнен в виде обычного квазидвухполупериодного выпрямителя на операционных усилителях.

Время усреднения блока 4 выбирают, по меньшей мере в 5-10 раз большим минимального периода колебаний на выходе полосового фильтра 2. Если полосовой фильтр 2 выполнен с перестройкой диапазона рабочих частот, то и блок 4 целесообразно выполнить с переменным временем усреднения, изменяющимся обратно пропорционально скорости движения подвижного носителя.

Частоту ГТИ 9 выбирают соответствующей пространственным интервалам, преимущественно в пределах 0,5-10 м. В частности, при скорости носителя V=10 м/с частота тактовых импульсов ГТИ 9 может лежать в пределах 1-20 Гц. Если скорость подвижного носителя может изменяться, то наилучшим вариантом выполнения ГТИ 9 является его выполнение с возможностью изменения частоты импульсов пропорционально скорости движения носителя. Например, ГТИ 9 может быть выполнен в виде преобразователя напряжение-частота или преобразователя код-частота (если информация о скорости носителя поступает в устройство в виде цифрового кода).

Значение постоянной k₁ в формуле (1) зависит от типа преобразователя 1 ГФП, коэффициента преобразования ГТИ 9 и диапазона масштабов анализируемых пространственных неоднородностей и ее можно определить по формуле
k₁= β •l_О•k_ЧС,
где β - постоянный коэффициент, зависящий от критерия оптимальности;
l_О - постоянная величина, м;
k_ЧС - коэффициент преобразования ГТИ 9, Гц/м/с.

При этом должно соблюдаться условие
S₀•k_ГФП•k_ПФ•k_М•k_УС •k_АК=1,
где S_О - постоянная величина, м/с;
k_ГФП - коэффициент преобразования преобразователя 1, В/м/с;
k_ПФ, k_М, k_УС - коэффициенты передачи соответственно блоков 2, 3, 4;
k_АК - коэффициент преобразователя 5 аналог-код, 1/B.

Например, при использовании в качестве преобразователя 1 ГФП преобразователя турбулентных пульсаций скорости электромагнитного типа для диапазона масштабов анализируемых пространственных неоднородностей 0,1 - 1 м β =0,95, l₀=35м, S₀=6•1-^-3 м/с.

Все перечисленные блоки широко известны и применяются в технике.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Носитель преобразователя 1 ГФП, например буксируемая линия корабля экологического мониторинга, осуществляет перемещение преобразователя 1 ГФП в исследуемой среде. Выходной сигнал преобразователя 1 фильтруется, детектируется, усредняется соответственно блоками 2-4 и преобразуется блоком 5 в цифровой код. Частота преобразования сигнала блоком 5 соответствует определенным пространственным интервалам, преимущественно в пределах 0,5-10 м. До появления сигнала "ОБНАРУЖЕНИЕ" код на выходе счетчика 11 равен нулю, и импульсы с выхода ГТИ 9 на его счетный вход не поступают. При появлении сигнала "ОБНАРУЖЕНИЕ" на входе устройства импульсы с выхода ГТИ 9 через элемент 1- И поступают на счетчик 11, который считает импульсы до момента прекращения сигнала "ОБНАРУЖЕНИЕ". В этот момент на выходе счетчика 11 появляется код, соответствующий пространственному размеру турбулентной аномалии по линии ее пересечения. В этот момент на выходе блока 7 вычисления функции (1) появляется сигнал, соответствующий углу фи между направлением движения подвижного носителя и линией развития протяженной турбулентной аномалии. При повторном использовании устройства для определения линии развития протяженной турбулентной аномалии блок 6 и счетчик 11 переводятся в исходное состояние.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность определения линии развития протяженных турбулентных аномалий.

Представленное описание и чертежи позволяют, используя существующую элементную базу изготовить предлагаемое устройство в производстве и использовать его в тех областях техники, где требуется вести контроль состояния морской среды с подвижного носителя, что характеризует изобретение как промышленно применимое.

Список литературы
В. П. Буторин и др. Аппаратура сбора и обработки информации для автоматических контрольно-замерных станций систем контроля окружающей среды типа "АНКОС" /Сб. докл. Семинар Автоматизация контроля загрязнения окружающей Среды. М.: МДНТП, 1988.

Система мониторинга качества воды /Нихон мусэн тихо//GRE Rev. 1988, N 26, с. 14-20.

3. Система для мониторинга приповерхностных вод /Fukuchi Mitsuo, Hottori Hitoshi. - Proc. NIPR Symp. Pokar Biol. 1987, 1, с. 47-55.

4. Burr P. An instrumented underwater towed vehicle. Oceanology internationale 69. Conf. technical sessions, day 1. -Brighton, 1969 (Англия).

5. Analysis of Exploration of Mining Technology for Manganese Nodyles /Seabed Minerals Sessions. - Vol. 2 - United Ocean Economics and Technology Branch (Published in cooperation with the United Nations by Graham & Trotman Ltd). 1984, р. 20, fig. 3.

6. Патент РФ N 1837217, кл. G 01 N 27|00, 1990.

7. Патент РФ N 2030747, кл. G 01 N 33/18, 1990.

8. Свид. РФ N 301 на полезную модель, кл. B 63 B 38/00, 1993.

Использование: в области исследования гидрофизических полей при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль состояния морской среды с подвижными носителями. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь гидрофизического поля и регистрирующий прибор, последовательно соединенные полосовой фильтр, блок вычисления модуля, блок усреднения, преобразователь аналог-код и блок определения максимума, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И и счетчик, а также блок вычисления функции ,
где ϕ - угол между направлением движения подвижного носителя и линией развития протяженной турболентной аномалии; max - максимальное значение числа на выходе преобразователя аналог-код; l - значение числа на выходе счетчика; K₁ и α - постоянные величины, при этом первый и второй выходы упомянутого блока вычисления соединены с выходами соответственно блока определения максимума и счетчика, а его выход соединен с регулирующим прибором, при этом вход полосового фильтра соединен с выходом преобразователя гидрофизического поля, управляющий вход преобразователя аналог-код соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход элемента И является входом "ОБНАРУЖЕНИЕ". Предлагаемое устройство обеспечивает возможность определения линии развития протяженных турбулентных аномалий. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для определения линии развития протяженной турбулентной аномалии с подвижного носителя, содержащее последовательно соединенные преобразователь гидрофизического поля, полосовой фильтр, блок вычисления модуля, блок усреднения, преобразователь аналог-код и блок определения максимума, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент И и счетчик, а также регистрирующий прибор и блок вычисления функции

где ϕ - угол между направлением движения подвижного носителя и линией развития протяженной турбулентной аномалии;
max максимальное значение числа на выходе преобразователя аналог-код;
l значение числа на выходе счетчика;
K₁ и d постоянные величины,
при этом первый и второй входы упомянутого блока вычисления соединены с выходами соответственно блока определения максимума и счетчика, а его выход соединен с регулирующим прибором, при это вход полосового фильтра соединен с выходом преобразователя гидрофизического поля, управляющий вход преобразователя аналог-код соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход элемента И является входом "Обнаружение" устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь гидрофизического поля выполнен в виде преобразователя турбулентных пульсаций скорости. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор тактовых импульсов выполнен в виде преобразователя напряжение-частота, управляющий вход которого является входом "Скорость" устройства.