Устройство для измерения параметров внутренних волн в море Советский патент 1985 года по МПК G01C13/00 

4;

QD

Од

Изобретение относится к приборостроению, в Частности к устройствам для измерения морского волнения, и может быть использовано для проведения гидрофизических экспериментов п изучению явлений 1енерации,распростра;1ения и разрушения внутренних волн в зоне термоклина,т.е. в границе раздела слоев с различными значениями температуры.

Известно устройство для измерения параметров внутренних волн, принцип действия которого основан на автоматическом слежении за положением выбранной изотермы в зоне темоклина. Устройство содержит термочувствительный преобразователь, расположенный на горизонте залегания выбранной изотермы и свободно висящий на нижнем конце многожильного кабеля, являющегося линией связи между преобразователем и следящей системой с серводвигателем. Следящая система с серводвигателем расположена над поверхностью моря на станционарной платформе, установленной на свайном основании. На этой ж платформе установлена лебедка с электроприводом от серводвигателя следящей системы, а на барабан лебедки намотан верхний конец кабельной линии связи. Выход следящей системы подсоединен к аналоговому самописцу i .

Однако устройство весьма громоздк и его установка и использование возможны лишь на специальных прибрежных сооружениях типа стационарных платформ на свайных основаниях. В связи с этим в экспедиционных условиях его применение становится нереальным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устрой- ство для измерения параметров внутренних волн, содержащее интегральный (распределенный) преобразовател температуры, расположенный на базовом тросе стационарной буйковой станции таким образом, что середина преобразователя совмещена со средним положением термоклина, и выполненный, например, в виде растянутой по вертикали- изолированной медной проволоки, причем термопреобразователь подсоединен к измерительной схеме, например, в виде моста постоянного тока, а выход измерительной схемы подключен к аналоговому регистратору, например, к самописцу напряжения 2.

Внутренние волны обслуживают вертикальные перемещения термоклина. По измеренному значению напряжения определяется перемещение термоклина.

Прербразование сигнала в известной измерительной схеме устройства позволяет получить на г налоговом регистраторе запись, вид которой отображает профиль внутренних волн.

Однако при этом такой важный па;раметр как высота (амплитуда) внуренних волн по-прежнему остается практически неизвестной. Причина этого S том, что в функцию преобразования устройства входят температуры выше и ниже термоклииа,которые характеризуются существенной изменчивостью. При отсутствии информации о значениях этих температур и об их изменчивости остается неизвесной величиной коэффициент масштабирования шкалы высот.

Таким образом, известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, позволяет определить лишь периоды внутренних волн, но не дает возможности определять их высоты.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем одновременного определения периодов и высот внутренних волн.

Цель достигается тем, что устройство для измерения параметров внутренних волн в море, .содержащее интеральный термопреобразователь, установленный на базовом тросе стационарной буйковой станции и соединенный с входом мостовой схемы постоянного тока, а также аналоговый регистратор, снабжено управляемь масштабным преобразователем, включенным между выходом мостовой схемы постоянного тока и аналоговым регисратором, двумя дополнительными измерительными каналами температуры с точечными первичными преобразователями, расположенными на концах интегрального термопреобразователя, двумя схемами текущего осреднения и узлом вычитания напряжений, приче выходы дополнительных измерительных каналов температуры подключены к дополнительным синхронным каналам записи аналогового регистратора .и. через схемы текущего осреднения к входам узла вычитания напряжений, выход которого соединен с упраляющим входом управляемого масштабного преобразователя.

На фиг.1 показано расположение первичных преобразователей устройства на заякоренной буйковой станции на фиг.2 - функциональная схема устройства. .

Устройство содержит несущий буй 1 станции, базовый трос 2 станции, точечный первичный преобразователь 3 температуры, интегральный преобразователь 4, исходное положение термоклина 5, второй точечный первичный преобразователь 6 темпеоа турЫ,кабельную линию 7 связи,якорь измерительную схему 9 в виде моста постоянного тока, управляемый масштабный преобразователь 10, аналоговый преобразователь 11, например самописец напряжения, узел 12 вычитания напряжений; первый дополнительный канал 13 измерения температуры с точечным первичным преобразователем 3, расположенным на верхнем конце интегрального термопреобразователя 4, идентичные схемы 14 и 15 текущего осреднения/ вьтолненныа, например, в виде интеграторов на L ионисторах; второй дополнитёльный канал 16 измерения температуры с точечным первич-ным преобразователем 6, расположенным на нижнем конце интегрального термопреобразователя 4, Интегральный преобразователь 4 выполнен в виде данного длинного жгута (5-10 м), скрученного из боль шого количества элементарных петел изолированного медного провода. Точечные термопреобразователи 3 и 6 служат для определения температуры в месте их крепления. В качестве те мопреобразователя может быть исполь зован, например, термистор типа МТ-54. В качестве управляемого маештабного преобразователя 10 используется измерительный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Устройство работает следующим образом. . Устройство стационарно устанавливается на заякоренной буйковой станции {фиг.1), состоящей из прито ленного несущего буя 1, соединенного базовь 1 тросом 2 с якорем 8. Параллельно базовому тросу 2 закреп лен интегральный термопреобразователь 4, выполненный., например, в ви де изолированной медной проволоки, растянутой по вертикали. Причем пре образователь 4 закреплен таким обра зом, что его середина примерно сов мещена с исходным положением термоклина 5. На верхнем конце интеграль ного термопреобразователя установлен точечный (локальный) первичный преобразователь 3 температуры, а на нижнем конце - аналогичный точечный преобразователь 6. Преобразователи 3,4 и 6 подсоединены к последующим, схемам устройства кабельной линией связи 7. Интегральный термопреобразовател 4 включен в измерительную схему 9, выполненную в виде моста постоянног тока. На выходе этой схемы формируется сигнал в виде напряжения, из меняющийся в зависимости от изменен интегральной температуры преобразователя 4. Сигнал с выхода схемы 9 поступает на информационный вход уп равляемого масштабного преобразователя 10, коэффициент передачи (усиления) которого зависит от величины напряжения на управляющем входе,которое поступает от узла 12 вычитания. Выход масштабного лреобразователя 10 подключен к центральному входу аналогового регистратора 11, представляющего собой,например, трехканальный, самописец напряжения типа Н338. На остальные два входа регистратора 11 поступают сигналы с выходов дополнительных каналов 13 и 16 измерения температуры, имеющих точечные первичные преобразователи 3 и 6,расположенные на концах интегрального термопреобразователя. 4. Эти первичные преобразователи конкретизированы как точечные вследствие двух Причин: для фиксации их отличия от интегрального термопреобразователя, который распредуелен по вертикали и имеет линейные- размеры порядка 5 м; для подчеркивания их малой инерционности - динамические характеристики этих преобразователей должны соответствовать динамическим характеристикам интегрального термопреобразователя, в противном случае окажется невозможным получение информации в виде вертикального профиля температуры вьлие и ниже термоклина и о количестве и горизонтах расположения термических прослоек при изрезанном профиле, что важно для решаемой зг.дачи. В связи с отмеченным точечные первичные преобразователи, целесообразно выполнять в виде полупроводниковых терморезисторов, так называемых бусинковых, поместив их в защитные корпуса по известной технологии и подключив к измерительной схеме в виде моста постоянного тока, обеспечивающего при соответствующем выборе элементов линейную зависимость между выходным напряжением моста и измеряемой температурой. Сигналы в виде напряжения с выходов каналов 13 и 16, поступающие на вход аналогового регистратора 11, одновременно подаются также на входы схем 14 и 15 текущего осреднения, выполненные, например, в вид интеграторов на ионисторах. Могут быть применены и другие варианты схем осреднения. Выходы схем 14 и 15 текущего осреднения подключены к входам узла 12 вычитания напряжений. Выполнение этого узла наиболее целесообразно в виде схем дифференциального усилителя с заданным коэффициентом передачи. / Выход узла 12 вычитания напряжений подключен к управляющему входу масштабного преобразователя 10. Преобразователь 10 выполнен в виде усилителя постоянного тока, коэффициен передачи которого зависит от величины напряжения на управляющем входе. Схемы подобных усилителей извесны, их принцип действия состоит в шунтировании информационного сигнсшл управляемым сопротивлением,. в качестве которого, например, используется транзистор, на базу которого подается управляющий сигнал напряжения.

При прохождении внутренних волн происходят вертикальные перемещения термоклина, занимающего в исходном состоянии положение 5 (фиг.1). При этих перемещениях изменяется соотношение длин уча;стков интегрального термопреобразователя 4, находящихся под воздействием температурных профилей выше и термоклина. В результате изменяется сопротивление интегрального термопреобразователя и эти изменения отображают профнль внутренних волн.При этом перио внутренних волн может быть определен как период изменений сопротивления интегрального преобразователя, а при включении его в измерителную схему моста постоянного тока как период изменений выходного напряжения моста.. .

В устройстве соответствие шкалы записи напряжения требуемой шкале

высот достигается тем, что сигнал с выхода моста поступает на регистг ратор не непосредственно/ а через управляемый масштабный преобразователь 10 (фиг.2). Сигналом управления для масштабного преобразователя служит сигнал с выхода узла 12 вычитния , причем для этого сигнала oi6ecпечивается его пропорциональность разности средних по вертикали значений температуры выше и ниже терялоклина.

В схеме устройства (фиг.2) выходы каналов 13 и 16 подсоединены к дополнительным синхронным каналам записи аналогового регистратора 11. Это обусловлено целесообразностью непосредственной регистрации сигналов, которые при последующей обработке дают возможность определить следукицие важные гидрофизические характеристики в окрестностях термоклина при прохождении внутренних волн: градиент температуры по вертикали и изменчивость этого градиента в слоях выше и ниже термоклинаI количество тер)мических прослоек при изрезанном профиле; глубины (уровни) расположения термических прослоек.

Указанные возможности еще больше расширяют функциональные возможности предлагаемого устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В МОРЕ, содержащее интегральный термопреобразователь , установленный на базовом тросе стационарной буйковой станции и соединенный с входом мостовой схемы постоянного тока, а также аналоговый регистратор, отличающееся тем, что, с целью 1 К :3 расширения функциональных возможностей путем одновременного опреде- ; ления периодов и высот внутренних волн, оно снабжено управляемым масштабным преобразователем, включенным между выходом мостовой схемы постоянного тока и аналоговым регистратором, двумя дополнительными измерительными каналами температу с точечными первичными преобразователями , расположенными на концах интегрального термопреобразователя, двумя схемами текущего осреднения и узлом вычитания напряжений, причем выходы дополнительных измерительных каналов температуры подключены к дополнительным синхронным каналам ; записи аналогового регистратора и через схемы текущего осреднения к входам узла вычитания напряжений, выход которого соединен с управляющим входом управляемого масштабного преобразователя.

У

Фиг. 2