УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛН НА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК G01C13/00 

Описание патента на изобретение RU2548134C1

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн.

Широкий круг задач, связанных с дистанционным зондированием океана из космоса, требует детальной информации о характеристиках морских поверхностных волн. В число таких характеристик входят: уклоны морской поверхности, фазовые скорости и когерентность спектральных компонент волнового поля. Эти характеристики определяются по данным измерений струнными волнографическими датчиками возвышения морской поверхности в двух точках волнового поля.

Известно устройство [1] для измерения характеристик волн на морской поверхности, состоящее из выстрелов, к каждому из которых прикреплён струнный волнографический датчик, помещенный в перфорированный контейнер [2]. Выстрелы крепятся к основанию, жестко установленному на дне, в качестве которого, например, используется нефтедобывающая или океанографическая платформа или мачта, установленная на дне моря и пересекающая границу раздела вода-воздух. Выстрел должен быть достаточной длины, чтобы измерения проводились вне зоны возмущений, создаваемых основанием, к которому он крепится. Сходными с признаками заявленной совокупности являются следующие признаки аналога: размещенный над поверхностью воды выстрел, и струнные датчики, вертикально пересекающие границу океан-атмосфера.

Недостатком приведённого аналога является то, что перфорированный контейнер сильно искажает волновое поле на масштабах коротких гравитационных и гравитационно-капиллярных волн. Измерение характеристик поверхностных волн указанных масштабов наиболее актуально для задач дистанционного зондирования океана, поскольку именно эти волны формируют сигналы, регистрируемые аппаратурой, установленной на космических аппаратах. Кроме того, как показала практика проводившихся в Морском гидрофизическом институте НАН Украины натурных исследований, перфорированный контейнер, закрепленный над водой только в одной точке, в штормовых условиях может проворачиваться в креплении или деформироваться.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является устройство [3] для измерения характеристик волн на морской поверхности, состоящее из закреплённого над водной поверхностью выстрела, к которому крепится вертикально ориентированная штанга, пересекающая границу вода-воздух, на которой между двумя кронштейнами, один из которых находится в воздухе, а другой - в воде, натянуты струнные датчики.

Общими существенными признаками прототипа и заявленного технического решения являются: установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем крон-Штейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга.

Недостатком прототипа является следующее. Волны, течение, турбулентность (далее совокупность этих факторов именуется водным потоком) оказывают динамическое воздействие на струнные датчики. Под воздействием динамических нагрузок происходят колебания датчиков. Вследствие пространственной неоднородности водного потока и, соответственно, различия динамической нагрузки на струнные датчики расстояние между датчиками меняется в течение сеанса измерений. Указанные факторы приводят к снижению точности определения характеристик поверхностных волн. Кроме того, поскольку струнные датчики должны быть заглублены ниже впадины максимальных по высоте волн примерно на полтора метра, то длина вертикальной штанги значительна. Это снижает жесткость конструкции и также приводит к колебаниям струнных датчиков.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для измерения характеристик морских волн, в котором за счет признаков, характеризующих особенности постановки и натяжения струнных волнографических датчиков, достигается новое техническое свойство - обеспечение неподвижности и параллельности датчиков в процессе измерений. Указанное новое свойство обусловливает технический результат изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения характеристик волн на морской поверхности, содержащем установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, при этом датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга, новым является то, что натяжение датчиков обеспечивается грузами, прикрепленными к нижним концам датчиков, нижний кронштейн расположен на уровне, соответствующем максимальной впадине волн, и выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики, при этом устройство содержит по крайней мере один дополнительный закрепленный на штанге горизонтальный кронштейн, который расположен между верхним и нижним кронштейнами и также выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики.

Сущность изобретения поясняется с помощью рисунка, на котором изображено: 1 - выстрел; 2 - штанга; 3-5 - кронштейны; 6 - струнные волнографические датчики; 7 - грузы.

На основании, жестко установленном или на дне моря в шельфовой зоне, или на массивной плавучести, закреплен выстрел 1. К выстрелу прикреплена металлическая штанга 2 длиной, например, 5 метров. Штанга прикреплена так, чтобы, в зависимости от способа постановки выстрела, в рабочем положении она была ориентирована вертикально. На верхнем конце штанги закреплен верхний кронштейн 3, на нижнем конце штанги - нижний кронштейн 4. Между верхним и нижним кронштейнами на штанге 2 закреплены промежуточные кронштейны 5, по крайней мере - один, как показано на рисунке. Все кронштейны установлены перпендикулярно штанге. Каждый из кронштейнов, кроме верхнего кронштейна 3, выполнен, например, в виде пластины и содержит ряд отверстий, соосных отверстиям другого кронштейна (других, если промежуточных кронштейнов больше одного). Струнные волнографические датчики 6 закрепляют на каркасе из штанги и кронштейнов в последовательности - датчики пропускают через соосные отверстия кронштейнов 4 и 5 и закрепляют верхние концы датчиков на верхнем кронштейне 3. Длина струнных датчиков определяется целью проведения измерений. Например, при проведении исследований изменчивости поля поверхностных волн на Черном море при сильных ветрах и развитом волнении датчики должны иметь длину 5-7 метров. К нижним концам датчиков подвешивают грузы 7. Массу груза подбирают так, чтобы обеспечить достаточное натяжение струнного датчика.

Отверстия в кронштейнах 4, 5 выполнены так, чтобы обеспечивалась параллельность струнных датчиков 6 друг другу и заданное расстояние между датчиками. В случае выполнения кронштейнов из электропроводящего материала в отверстия кронштейнов устанавливают втулки, изолирующие струнные датчики.

При работе устройства штанга 2 расположена вертикально и проходит через границу раздела воздух-вода. При этом кронштейн 3 находится в воздухе, кронштейн 5 - в воде, на уровне максимальной впадины волн.

Совокупность существенных признаков заявленного устройства позволила, во-первых, уменьшить длину погружённой в воду части вертикальной штанги, несущей волнографические струнные датчики, но одновременно с этим обеспечить требуемое заглубление датчиков. Во-вторых, устранен фактор воздействия водного потока на струнные датчики - устройство не позволяет датчикам колебаться, смещаться относительно друг друга, менять вертикальное положение. Новые технические свойства изобретения не присущи известным аналогам и особенно проявляются в условиях штормового моря. Это обеспечивает повышение надежности устройства и получение достоверной информации о параметрах морских волн.

Использованные источники:

1. Ефимов В.В., Соловьёв Ю.П. Частотно-угловые спектры и дисперсионное соотношение ветровых волнах // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. - 1979. - Том. 15, № 11. - С. 1181-1196.

2. Ефимов В.В., Сизов А.А., Христофоров Г.Н. Волнограф с коаксиальным емкостным датчиком. В кн.: Методика и аппаратура для гидрофизических исследований. Киев: Наукова думка, 1969, С 97-101.

Похожие патенты RU2548134C1

название год авторы номер документа
Устройство для определения характеристик морских ветровых волн 1988
  • Запевалов Александр Сергеевич
  • Мищенчук Юрий Алексеевич
SU1712784A1
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ 2014
  • Запевалов Александр Сергеевич
  • Пустовойтенко Владимир Владимирович
RU2548113C1
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЛКОМАСШТАБНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ПРИПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ МОРЯ 2014
  • Барабаш Валерий Александрович
  • Самодуров Анатолий Сергеевич
  • Чухарев Александр Михайлович
RU2549250C1
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ 2014
  • Запевалов Александр Сергеевич
  • Пустовойтенко Владимир Владимирович
RU2548129C1
ПРОФИЛИРУЮЩАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ СТРУКТУРАХ 2015
  • Барабаш Валерий Александрович
  • Самодуров Анатолий Сергеевич
  • Чухарев Александр Михайлович
RU2617289C1
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСТОЧНИКА ШТОРМОВЫХ НАГОНОВ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ТЕЧЕНИЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПОДВИЖНОГО АТМОСФЕРНОГО ТАЙФУНА 2016
  • Храмушин Василий Николаевич
RU2652642C1
Устройство для измерения вертикальных профилей гидрологических параметров морской воды 1980
  • Гопко Анатолий Тихонович
SU935769A1
КОРАБЛЬ ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ И ПАТРУЛЬНОЙ СЛУЖБЫ 2010
  • Гордеев Игорь Иванович
  • Похабов Владимир Иванович
  • Катенин Владимир Александрович
  • Чернявец Владимир Васильевич
  • Павлюченко Евгений Евгеньевич
  • Суконкин Сергей Яковлевич
  • Алексеев Сергей Петрович
  • Курсин Сергей Борисович
  • Бродский Павел Григорьевич
  • Леньков Валерий Павлович
  • Аносов Виктор Сергеевич
  • Жильцов Николай Николаевич
  • Руденко Евгений Иванович
RU2459738C2
ПОЗИЦИОННАЯ СТАНЦИЯ ЗОНДИРОВАНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ 2002
  • Попов В.Г.
RU2237594C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Калечиц Василий Геннадьевич
  • Чернявец Владимир Васильевич
  • Катенин Владимир Александрович
  • Жильцов Николай Николаевич
  • Чернявец Антон Владимирович
  • Червякова Нина Владимировна
  • Свиридов Валерий Петрович
  • Шарков Андрей Михайлович
  • Полюга Сергей Игоревич
RU2559338C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 548 134 C1

Реферат патента 2015 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛН НА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн.

Технический результат изобретения - повышение точности измерений за счет устранения фактора воздействия водного потока на струнные волнографические датчики, что обеспечивает их неподвижность даже в условиях штормового моря, а также за счет уменьшения длины погруженной в воду части штанги, несущей волнографические датчики, и одновременно с этим - обеспечения требуемого заглубления датчиков.

Сущность: устройство содержит установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу раздела воздух-вода. На штанге закреплены горизонтальные, по крайней мере три, кронштейны. Верхний кронштейн закреплен вверху штанги, нижний - внизу, на уровне максимальной впадины исследуемых волн. Кронштейны служат для постановки струнных волно-графических датчиков, которые верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне и пропущены через отверстия, выполненные в остальных кронштейнах. Нижние концы датчиков снабжены грузами для необходимого натяжения датчиков. Отверстия кронштейнов обеспечивают вертикальное положение датчиков на заданном расстоянии друг от друга. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 548 134 C1

Устройство для измерения характеристик волн на морской поверхности, содержащее установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга, отличающееся тем, что натяжение струнных волнографических датчиков обеспечивается грузами, прикрепленными к нижним концам датчиков, нижний кронштейн расположен на уровне, соответствующем максимальной впадине волн, и выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики, при этом устройство содержит по крайней мере один дополнительный закрепленный на штанге горизонтальный кронштейн, который расположен между верхним и нижним кронштейнами и также выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики.

RU 2 548 134 C1

Авторы

Смолов Владимир Евгеньевич

Запевалов Александр Сергеевич

Даты

2015-04-10Публикация

2014-12-18Подача