ОБРЫВНОЙ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ ЗОНД Российский патент 2012 года по МПК G01W1/02 

Изобретение относится к области исследования гидрологических параметров морской воды, в частности к устройствам, запускаемым с плавсредства-носителя, для исследования на больших глубинах.

Исследования морской среды, связанные с изучением изменчивости гидрологических параметров в зависимости от глубины, в частности с необходимостью погружения зондов на заданные горизонты, требуют точного измерения глубины.

Известен обрывной океанографический зонд (пат. США №3561268, 9.02.1971), конструкция которого, в значительной степени, определяется содержащимся в нем электромеханическим датчиком давления. В силу своих конструктивных особенностей такие датчики, имеющие предельную точность измерения 2-5%, не позволяют измерять гидростатическое давление (глубину) с требуемой точностью, равной 0,1-0,2%, поэтому в настоящее время в системах измерения гидрологических параметров не используются.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является обрывной океанографический зонд (пат. США №5555518 от 10.09.1996), содержащий утяжеленную носовую часть и хвостовую часть со средствами для стабилизации положения зонда при движении, содержащую катушку с кабелем, для соединения с системой сбора данных, расположенной на носителе, установленные в носовой части датчик характеристик морской воды (например, датчик температуры) и датчик давления, контактирующие с морской водой, а также средства для преобразования сигналов давления и характеристик морской воды и их синхронизации, обеспечивающие их передачу по кабелю к системе сбора данных.

В носовой части зонда имеется центральное отверстие к внутреннему проточному каналу, имеющему выход в хвостовой части зонда. В проточном канале могут быть установлены один или несколько датчиков характеристик морской воды, таких как датчик электропроводности или датчик температуры. Датчик давления расположен вдоль проточного канала таким образом, что чувствительный к давлению элемент подвергается воздействию протекающей морской воды.

Недостатком описанного устройства является наличие динамической составляющей сигнала давления, вследствие воздействия на чувствительный элемент датчика давления напора потока воды в канале при движении зонда, что существенно снижает точность измерения.

Кроме того, в описанном устройстве датчик температуры, размещенный внутри корпуса, имеет значительную тепловую инерцию за счет влияния присоединенной массы корпуса зонда и протяженности проточного канала, что также влияет на точность измерения температуры.

Еще одним недостатком является вероятность засорения узкого проточного канала, что может привести к отказу в работе устройства.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений гидрологических параметров и надежности работы зонда.

Указанный технический результат достигается тем, что в обрывном океанографическом зонде, содержащем утяжеленную носовую часть и хвостовую часть, имеющую средства для стабилизации положения зонда при его движении и содержащую катушку с кабелем, выходящим через отверстие в хвостовой части, а также расположенные в носовой части датчик температуры и датчик давления, контактирующие с морской водой, и герметично установленные источник питания и соединенные с ним электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков, на входы которых поступают сигналы с датчиков, а выходы соединены с кабелем, в соответствии с изобретением, датчик давления расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент датчика контактирует с неподвижной морской водой, а датчик температуры установлен так, что его чувствительный элемент выступает над поверхностью зонда.

Заявляемый технический результат может быть достигнут, в частном случае, тем, что датчик давления установлен в перегородке, герметично закрывающей носовую часть зонда, причем его чувствительный к давлению элемент обращен в сторону хвостовой части зонда. Перегородка, в этом случае, может быть выполнена съемной.

Датчик давления, датчик температуры, источник питания и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков могут быть установлены в герметизирующем материале, заполняющем носовую часть зонда.

Для организации цифровой передачи сигналов обрывной океанографический зонд может дополнительно содержать аналого-цифровой преобразователь, установленный в электронных средствах преобразования и синхронизации сигналов датчиков.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, фиг.1 и фиг.2, на которых представлены примеры выполнения обрывного океанографического зонда, и фиг.3, на которой представлен пример структурной схемы электронных средств преобразования и синхронизации сигналов датчиков.

Обрывной океанографический зонд (фиг.1, фиг.2) содержит утяжеленную носовую часть 1 и хвостовую часть 2, имеющую средства 3 для стабилизации положения зонда при движении и содержащую катушку 4 с намотанным на нее кабелем 5, выходящим через отверстие 6 в хвостовой части 2. В носовой части 1 расположены датчик давления 7, датчик температуры 8 и герметично установленные в полости 19 источник питания 9 и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10, соединенные с кабелем 5, обеспечивающим передачу измерительных сигналов от датчиков давления 7 и температуры 8 к системе сбора и обработки информации (на чертеже не показана), расположенной на носителе.

Датчик давления 7 расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент 11 датчика контактирует с неподвижной морской водой, заполняющей хвостовую часть 2.

В качестве датчика давления может быть использован, например, датчик Д10-2 фирмы «ОРЛЭКС», в котором чувствительным элементом является мембрана с кремниевыми тензорезисторами, объединенными в мост.

Датчик температуры 8 установлен в носовой части 1 зонда так, что его чувствительный элемент 12 выступает над поверхностью зонда, чем обеспечивается непосредственный контакт чувствительного элемента с набегающим на зонд потоком.

В качестве датчика температуры 8 может быть использован малоинерционный герметизированный термистор, например СТ3-14, с диаметром чувствительного элемента 12 менее 1 мм.

Электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10 (фиг.3) могут содержать, например, преобразователь сигнала датчика давления 13, преобразователь сигнала датчика температуры 14 и устройство синхронизации сигналов 15.

Преобразователь сигнала датчика давления 13 включает источник опорного напряжения, выход которого соединен со входом тензорезисторного моста чувствительного элемента 11, и инструментальный усилитель, вход которого соединен с выходом тензорезисторного моста, а выход является выходом преобразователя сигнала датчика давления 13.

Преобразователь сигнала датчика температуры 14 содержит мостовую схему, вход которой подключен к датчику температуры 8, и дифференциальный усилитель, соединенный с ее выходом.

Сигналы с выходов преобразователей сигналов датчика давления 13 и датчика температуры 14 поступают на кабель 5, выполняющий функцию линии связи с системой сбора и обработки информации.

Синхронизация сигналов с выходов преобразователей сигналов датчиков 13 и 14 выполняется устройством синхронизации 15, например, по цепи питания.

В качестве устройства синхронизации сигналов температуры и давления 15 может использоваться аналоговый мультиплексор.

В случае организации цифровой передачи, сигналы с выходов преобразователей поступают на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП), устанавливаемого в электронных средствах преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10. При этом устройством синхронизации может выступать, например, мультиплексор АЦП. Измерительные сигналы с выхода АЦП по кабелю 5 передаются к системе сбора и обработки информации.

Стабилизаторы 3 положения зонда могут быть выполнены в виде продольных ребер на пластмассовом корпусе 16 хвостовой части 2 зонда.

В соответствии с первым примером выполнения (фиг.1) датчик давления 7 может быть установлен в перегородке 17, герметично закрывающей носовую часть 1. Датчик температуры 8 установлен в утяжеленном корпусе 18 носовой части 1. Электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10 располагаются в герметичной полости. Перегородка 17 может быть выполнена съемной для облегчения сборки зонда и возможности смены источника питания.

В соответствии с еще одним примером выполнения зонда (фиг.2) датчик давления 7, датчик температуры 8, источник питания 9 и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков 10 установлены в герметизирующем материале 20, заполняющем носовую часть 1 зонда.

Зонд работает следующим образом.

Перед погружением источник питания 9 подключается (например, по команде, получаемой по кабелю) к преобразователям сигналов 13 датчиков давления и 14 температуры, запуская процесс измерения.

Хвостовая часть 2 зонда через отверстие 6 однократно самопроизвольно заполняется морской водой. При движении зонда на чувствительный элемент датчика давления 11 действует только столб вышерасположенной жидкости. Сигнал с тензорезисторного моста чувствительного элемента, через преобразователь сигнала 13, поступает по кабелю 5 к системе сбора и обработки информации. При этом динамическая составляющая сигнала, связанная с воздействием на чувствительный элемент потока жидкости, отсутствует.

Датчик температуры 8 измеряет температуру набегающего потока, при этом влияние присоединенной массы корпуса зонда отсутствует. Сигнал с датчика 8 поступает на мостовую схему преобразователя сигнала 14, усиливается и поступает по кабелю 5 к системе сбора и обработки информации.

Синхронизация передачи сигналов температуры и давления к системе сбора и обработки информации обеспечивается подачей в заданные моменты времени сигналов с устройства синхронизации 15 на преобразователи сигналов 13 и 14. Кабель 5 свободно сматывается с катушки по мере движения зонда. По достижении заданной глубины погружения зонда кабель 5 механически разрывается и работа зонда заканчивается.

Таким образом, предлагаемая конструкция зонда позволяет обеспечить установку датчиков температуры и давления без организации проточного канала в зонде и возникновения связанных с этим дополнительных помех в измерительных сигналах, что обеспечивает высокую точность и надежность работы зонда.

Заявляемый обрывной океанографический зонд может быть изготовлен в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования.

Изобретение относится к области исследования гидрологических параметров морской воды, в частности к устройствам, запускаемым с плавсредства, и может быть использовано при исследованиях на больших глубинах. Сущность: устройство содержит утяжеленную носовую (1) и хвостовую (2) части. Хвостовая (2) часть содержит средства (3) для стабилизации положения зонда при движении и катушку (4) с кабелем (5). Кабель (5) выходит через отверстие (6) в хвостовой части. В носовой части (1) расположены датчики давления (7) и температуры (8). Датчик давления (7) расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент (11) датчика контактирует с неподвижной морской водой, заполняющей хвостовую часть (2). Датчик температуры (8) установлен так, что его чувствительный элемент (12) выступает над поверхностью зонда. Помимо указанных датчиков, в носовой части (1) герметично установлены источник питания (9) и соединенные с ним электронные средства (10) преобразования и синхронизации сигналов датчиков. Выходы электронных средств (10) преобразования и синхронизации сигналов датчиков соединены с кабелем (5), обеспечивающим передачу измерительных сигналов от датчиков давления (7) и температуры (8) к системе сбора и обработки информации, расположенной на носителе. Технический результат: повышение точности измерений гидрологических параметров и надежности работы зонда. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Обрывной океанографический зонд, содержащий утяжеленную носовую часть и хвостовую часть, имеющую средства для стабилизации положения зонда при движении и содержащую катушку с кабелем, выходящим через отверстие в хвостовой части, а также расположенные в носовой части датчик давления и датчик температуры, контактирующие с морской водой, и герметично установленные источник питания и соединенные с ним электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков, на входы которых поступают сигналы с датчиков, а выходы соединены с кабелем, отличающийся тем, что датчик давления расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент датчика контактирует с неподвижной морской водой, а датчик температуры установлен так, что его чувствительный элемент выступает над поверхностью зонда.

2. Обрывной океанографический зонд по п.1, отличающийся тем, что датчик давления установлен в перегородке, герметично закрывающей носовую часть зонда, причем его чувствительный к давлению элемент обращен в сторону хвостовой части зонда.

3. Обрывной океанографический зонд по п.2, отличающийся тем, что перегородка выполнена съемной.

4. Обрывной океанографический зонд по п.1, отличающийся тем, что датчик давления, датчик температуры, электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры и источник питания установлены в герметизирующем материале, заполняющем носовую часть зонда.

5. Обрывной океанографический зонд по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, установленный в электронных средствах преобразования и синхронизации сигналов датчиков.