Волнограф Советский патент 1985 года по МПК G01C13/00 

Изобретение относится к океаногр фическим измерениям и может быть использовано для определения параме ров ветрового волнения на морях, водохранилищах как в прибрежной зоне, так и с судов в дрейфе. Кроме того, оно может быть использовано для технологического контроля. уровня в цистернах, например, при хранении и транспортировке нефтепро дуктов, виноматериалов и др. ; Известны волнографы,содержащие вибрирующий чувствительный элемент предварительный усилитель, блок зап ка,формирователь длительнос и временного интервала, блок приеНньпс ка тушек, усилитель мощности, амплитудн селектор, электромагнит и регистратор 1 3. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является волнограф,содержащий вибри рующий чувствительньш элемент,звуко сниматели, сумматор5 предварительнь усилитель, выпрямитель, счетчик чис ла импульсов, ключ,РС-фш1ьтр, первы и второй нуль-органы, триггер, схему И,кварцевый генератор, усилитель мощностиS электромагнит, блок запуска и регистратор, при этом выходы вибрирзтащего чувствительного элемента связаны с входами звукоснимателей, выходы .которых соединен с входами сумматора;выход сумматора соединен с предварительным усилителем5выход которого череа после довательно соединенные выпрямитель счетчик, ключ и RC-фидьтр связан входами первого и второго нуль-органов, второй выход выпрямителя соединен с вторым входом RC-фильтр а выход первого нуль -органа - с пе вым входом триггера, второй выход которого соединен с первым выходом второго нуль-органа5второй выход которого последовательно через уси литель мощности, блок запуска и электромагнит связан с вибрирующим чувствительным элементом, а выход триггера соединен с входом схемы Из второй вход которой подключен к кварцевому генератору, а выход схемы И связан с входами регистратора 2, Однако для известного устройства характерны невозможность получения непрерьюной информации, так как в каждом цикле измерений отсутствует информация в моменты срабатывания электромагнита, а также недостаточно высокая чувствительность вследствие больщой крутизны характеристики, Цель изобретения - повышение эффективности устройства путем получения непрерывной информации и повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что в волнограф, содержащий чувствительный элемент,выполненный в виде натянутой струны, электромагнит, усилитель мощности, подключенный выходом к электромагниту, и регистратор, введены генератор синусоидального напряжения, пьезоэлемент и блок сравнения фаз, при этом один выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом усилителя мощности, а другой выход подключен к первому входу блока сравнения фаз, к второму входу которого через пьезоэлемент подсоединен чувствительный элементj а к выходу - регистратор. Путем введения в схему двух усилителей-ограничителей, второго выпрямителя, двух дифференцирующих цепей, пье30элемента, генератора синусоидального напряжения, а также образования новых связей между блоками построена блок-схема волнографа, принцип действия которого основан на измерении сдвига фазы между колебаниями струны и вынуждающей силы. Такое построение поз- воляет получить непрерьгеную информацию и повысить чувствительность. На фиг.1 представлен волнограф, общий вид; на фиг.2 -его блок-схема; на фиг.З - времен1ше диаграммы работы волнографа, где а - напряжение на выходе генератора синусоидального напряжения J б - напряжение на выходе пьезоэлемента, в напряжение на выходе второго усилителя-ограничителя г - напряжение на выходе первого усилителя-ограничителя/ д - напряжение на выходе второй дифференцирующей цепи; е - напряжение на выходе первой дифференцирующей цепи, ж - напряжение на выходе второго выпрямителя; з - напряжение на выходе первого вьшрямителя; и - напряжение на выходе триггера; на фиг.4 - график .-зависимости фазового сдвига 4 между колебаниями струны и вынуждающей силы от глубины погружения 2 струны в воду,

Корпус волнографа выполнен в виде трубы 1, к верхней и нижней частям которой прикреплены кронштейны 2. К корпусу крепится электромагнит 3, вибрирующий чувствительный элемент 4,вьтолненный из стального провода,нижним кондом крепится на натяжных винтах 5 выступов 6 к нижнему кронштейну, а верхний конец - к металлической упругой пластине 7, к которой приклеен пьезоэлемент 8, Бластина 7 с помощью втулки 9 и винтов 10 крепится к стакану 11, который прикреплен к верхнему кронштейну. Блок-схема волнограф содержит генератор 12 синусоидального напряжения, усилитель 13 мощности, электромагнит 3, чувствительный элемент 4 пьезоэлемент 8, который соединен с вторым входом блока 14 сравнения фаз, выполненного в виде последовательно соединенных первого усилителя-ограничителя 15, первой дифференцирукяцей цепи 16, первого выпрямителя 17 и триггера 18, а также последовательно соединенных второго усилителя-ограничителя 19, второй дифференцирзтощей цепи 20, второго выпрямителя 21, подключенного к второму входу триггера 18, Первый выход генератора 12 синусоидального .напряжения связан через усилитель 13 мощности с электромагнитом 3s который магнитным полем связан с чувствительным элементом 4, выход которого связан с входом пьезоэлемента 8, а второй выход - с вторым усилителем-ограничителем 19, Выход триггера 18 связан с входом регистратора 22,

Устройство работает следующим образом.

После погружения волнографа в воду подается питание на измерительную схему волнографа. Напряжение генератора синусоидального напряжения поступает через усилитель мощности на электромагнит, который начинает колебать струну с частотой, равной частоте вьшуждаю.щей силы, но с фазовым смещением Ч,

которое зависит от глубины погруже ния струны в жидкость (фиг,4). Колебания струны передаются упругой . пластине и пьезоэлементу, который

преобразует механические колебания струны в электрические. Первый 15 и второй 19 усилители-ограничители , преобразуют напряжения генератора синусоидального напряжения и пьезоэлемента в прямоугольные импульсы той же частоты, которые после прохождения через первую 16 и вторую 20 дифференцирующие цепи, а затем через первый 17 и вто15ой 21 выпрямители подаются на первый и второй входы триггера и управляют его работой. -.

Импульсы с выхода первого I7 выпрямителя переводят триггер в одно

устойчивое состояние равновесия, а импульсы с второго 21 выпрямителя в другое, В результате коллекторный ток одного из транзисторов триггера имеют форму прямоугольного импульса,

длительность f которого пропорциональна фазовому сдвигу f, В,качестве регистратора используется устройство измерения временного интервала, которое определяет Т,

В предлагаемом устройстве в отличие От известного работа электромагнита и преобразование колебаний струны в электрический сигнал совмещены во времени ,поэтому применение блока индуктивньтх приемных катушек является весьма затруднительным ввиду значительных электромагнитных наводок от сильного магнитного поля электромагнита Кроме

того, наличие трех индуктивных

катушек в блоке звукоснимателей -хотя и уменьшает вредный эффект прецессирования струны, но не устраняет полностью его. Замена блока индуктивнык звукоснимателей пьезоэлементом .устраняет эти затруднения.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого волнографа по сравнению с базовым объектом,

которым может быть известное устройство, являются Получение непрерывной информации и повышение чувст витальности.

фаг.2

ВОЛНОГРАФ, содержащий чувствительный элемент,выполненный в виде натянутой cTpyHF.i,электромагнит,усилитель мощности,подключенный выходом к электромагниту, и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности путем получения непрерывной.информации и повьппения чувствительности, в него введены генератор синусоидаль ного напряжения, пьезоэлемент и блок сравнения фаз, при этом один выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом усилителя . мощности, а другой выход подключен к первому входу блока сравнения фаз, к второму входу которого через пьезоэлемент подсоединен чувствительньй элемент, а к выходу - регистратор. СО СХ) ф со