СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВОДОТОКА Российский патент 2005 года по МПК G01P3/40 

Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано при гидрологических наблюдениях, в частности при расходах воды реки, например, на водомерных постах.

Известен способ и устройство для измерения скорости водотока поплавками (см. книгу: Дилов В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. - М.: Гидометеоиздат, 1977. - С.148-151).

Недостатком этого способа является невысокая точность измерения скорости водотока.

Известен также способ измерения скорости движущейся линейки с делениями с помощью стробоскопа (см. книгу: БСЭ. - М.: Советская энциклопедия, 1976. Т.24, с.571, статья “Стробоскоп”, последний абзац).

Недостатком этого способа является то, что он не применяется в гидрометрии, так как движущиеся линейки с делениями устанавливаются на станках и других технических устройствах.

В итоге возникает техническое противоречие между стробированием с помощью линейки с делениями и водной средой.

Технический результат - повышение функциональных возможностей способа стробирования водотока с помощью линейки с делениями.

Этот технический результат достигается тем, что линейку с делениями прикрепляют гибкой тягой со стороны стробоскопа против течения водотока, а в ходе замеров стробоскопом линейку с делениями отпускают по течению водотока. При измерении поверхностной скорости водотока линейку с делениями изготовляют из легкого материала, плавающего в воде. При измерении скорости водотока выполняют несколько повторов, уточняя совпадение частоты мелькания делений линейки с частотой световых вспышек стробоскопа.

При этом включают стробоскоп, ориентируя лучи мелькающего света на линейку с делениями, и, регулируя частотой мелькания света, измеряют скорость чередования делений линейки, а затем вычисляют скорость движения воды на поверхности водотока по формуле ν=Lf, где ν - скорость воды, м/с; L - шаг между делениями линейки, м; f - частота мелькания света, Гц.

Сущность технического решения заключается в том, что используется плавучая линейка с делениями, привязанная гибкой тягой к неподвижному предмету для подтягивания обратно и повторного измерения скорости водотока этой же линейкой.

Сущность также заключается в возможности измерения водотоков на некоторой глубине, определяемой прозрачностью воды и доступностью световых мельканий стробоскопа.

Сущность заключается также в повторных замерах для повышения точности измерения скорости при недостаточной длине линейки с делениями для однократного измерения. Если линейка длиной в один метр используется для измерения скорости водотока в 0,1 м/с, то время движения линейки в воде составит 10 с. Этого промежутка достаточно для управления стробоскопом и определения необходимой частоты световых мельканий. Если же скорость течения составит 0,25 м/с, то 4 с может не хватить для определения частоты стробирования, поэтому потребуется повторный запуск линейки по водотоку. Таким образом, предлагаемый способ и устройство ориентированы на небольшие скорости водотока.

Положительный эффект достигается тем, что стробоскопическое устройство с плавающей линейкой с делениями просты по применению и конструкции. Поэтому этот способ и устройство можно рекомендовать для применения на водомерных постах.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые объединяется стробоскопический эффект с плавающей линейкой с делениями.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 схематично показана схема применения способа и устройство для измерения скорости водотока в исходном положении, вид сбоку; на фиг.2 - то же, в положении после проведения замера; на фиг.3 - вид пострелке на фиг.2 на плавающую линейку с делениями; на фиг.4 - изображена схема части плавающей линейки с делениями; на фиг.5 - показана схема измерения скорости водотока на глубине, меньшей глубины прозрачности воды.

Способ измерения скорости водотока, например, на поверхности реки включает в себя следующие действия.

Стробоскоп 4 устанавливают в постоянном положении над поверхностью водотока. Плавающую линейку 1 с делениями отпускают до вытягивания гибкой тяги 2 относительно неподвижного места 3. Затем включают стробоскоп и, регулируя частоту световых вспышек, определяют частоту перемещения делений плавающей линейки. После этого вычисляют скорость движения воды по формуле ν=Lf, где ν - скорость воды, м/с; L - шаг делений плавающей линейки, м; f - частота мелькания света, Гц.

Устройство для измерения скорости водотока содержит плавающую линейку 1 с делениями, например с черно-белыми равномерными и одинаковыми по ширине 0,5L делениями. Линейка с помощью гибкой тяги 2 прикреплена к постоянному месту 3. Длина линейки может достигать до 2 м.

При шаге делений в 2 мм (белая и черная полосы шириной в 1 мм) между скоростью водотока и частотой вспышек стробоскопа будет зависимость f=500ν Гц. Если учесть, что современные переносные стробоскопы позволяют измерять частоту от 2 Гц и более, а стробоскопическая иллюзия зрения человека появляется при 16 Гц и более, то эффективно измеряемая скорость водотока будет равна ν_min=0,002f_эф, то есть ν_min=0,002·16=0,032 м/с. Это означает, что новое устройство и способ позволяют регистрировать такие малые скорости водотока, которые недоступны существующим гидрометрическим вертушкам.

Способ измерения скорости водотока реализуется, например, на поверхности реки следующим образом.

Пусть измерения на реке выполняют на водомерном посту, когда стробоскоп 4 и место крепления гибкой тяги 2 находятся постоянно в одном и том же месте. При этом плавающая линейка с делениями также постоянно плавает на поверхности воды, закрепленная к месту 3. При измерении включают стробоскоп и отпускают плавающую линейку по водотоку. Регулируя частоту световых вспышек, определяют частоту перемещения делений плавающей линейки. Если с первого раза не удалось точно определить равенство частоты световых вспышек с частотой движения делений плавающей линейки, то измерение повторяют. Для этого плавающую линейку подтягивают к месту 3, а затем снова отпускают по течению водотока.

После этого вычисляют скорость движения воды на поверхности водотока по формуле ν=Lf, где ν - скорость воды, м/с; L - шаг делений плавающей линейки, м; f - частота мелькания света, Гц.

Предлагаемое техническое решение позволяет с высокой точностью измерять скорости водотока, причем на глубине, меньшей глубины прозрачности воды. Способ и устройство можно применять и с плавающих средств, например с лодок и плотов, оборудованных местами крепления стробоскопа и гибкой тяги с плавающей линейкой.

Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано при гидрологических наблюдениях, в частности при подсчете расходов воды реки, например, на водомерных постах. Линейку с делениями выполняют плавающей и прикрепляют гибкой тягой со стороны стробоскопа против водотока, а в ходе замеров стробоскопом плавающую линейку отпускают по течению водотока. Технический результат - повышение функциональных возможностей способа стробирования водотока с помощью линейки с делениями. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ измерения скорости водотока, включающий стробирование с помощью линейки с делениями, отличающийся тем, что линейку с делениями выполняют плавающей и прикрепляют гибкой тягой со стороны стробоскопа против водотока, а в ходе замеров стробоскопом плавающую линейку отпускают по течению водотока, причем до проведения измерений включают стробоскоп, ориентируя лучи мелькающего света на плавающую линейку с делениями, затем отпускают линейку по водотоку и, регулируя частотой мелькания света до совпадения частоты световых вспышек стробоскопа с частотой мельканий делений линейки, измеряют скорость чередования делений линейки, после этого вычисляют скорость водотока по формуле v=Lf, где v - скорость водотока, м/с; L - шаг между делениями плавающей линейки, м; f - частота мелькания света стробоскопа, Гц.2. Способ измерения скорости водотока по п.1, отличающийся тем, что при измерении поверхностной скорости водотока линейку с делениями изготовляют из легкого материала, плавающего на воде.3. Способ измерения скорости водотока по п.1, отличающийся тем, что при измерении скорости водотока выполняют несколько повторов, последовательно уточняя совпадение частоты мелькания делений линейки с частотами световых вспышек стробоскопа.4. Способ измерения скорости водотока по пп.1 и 3, отличающийся тем, что измерения выполняют на глубине, меньшей глубины прозрачности воды.