Способ определения среднего периода морских ветровых волн Советский патент 1990 года по МПК G01C13/00 

ел

СЛ

со оо to

Изобретение относится к океанографии и может быть использовано в гидрометеорологии, прикладной гидрофизике, при исследованиях взаимодействия атмосферы и океана и т.п.

Для решения ряда научных и практических задач необходимо проведение длительных непрерывных измерений ветрового волнения, что связано с на- коплением и обработкой больших объемов информации. Например, для расчета режимных характеристик волнения требуются данные регулярных измерений за 4-5 лет. Однако при решении многих задач достаточно определять не все характеристики волнения, а лишь основные, к которым относятся дисперсия (или среднеквадратическое отклонение уровня на заданном периоде осреднения и характерный период (частота) волнения. Измерение этих параметров ветрового волнения в реальном масштабе времени позволяет существенно уменьшить объем регистрируемой информации и по- высить оперативность контроля за состоянием волнения.

Цель изобретения - повышение точности определения периода энергонесущего максимума спектоа волнения.

На фиг. 1 показаны фрагменты реализаций волнения с близкими периодами энергонесущих компонент; на фиг. 2 - структурная схеиа -устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 3 - принципиальная схема блока управления на фиг. 4 - временные диаграммы работы компаратора.

Устройство для определения средних параметров морских ветровых волн (фиг. 2) содержит первичный преобразователь 1 уровня, схему 2 центрирования сигнала с инверсией, схему 3 вычисления среднеквадратичного отклонения, компаратор 4, блок 5 управ- ления, счетчик 6 импульсов, задатчик 7 временных интервалов и делитель 8 напряжения.

Первичный преобразователь 1 предназначен для преобразования мгновен

ного уровня морской поверхности в электрический сигнал, В качестве преобразователя 1 может быть использован любой известный уровнемер, например реэистивный струнный датчик уровня, запитываемый от генератора тока ста бильной амплитуды, что обеспечивает его хорошую линейность. Выход первичного преобразователя 1 соединен с

JQ5 д25о

50

55

входом схемы 2. цен грирования сигнала с инверсией, которая может быть выполнена по схеме активного фильтра верхних частот второго порядка (фильтр Бартерворта). Частоту среза фипьтра выбирают не выше 0,03 Гц исходя из условия неискаженной передачи всех основных энергонесущих компонентов ветрового волнения.

Выход схемы 2 центрирования соединен с входом схемы 3 вычисления среднеквадратичного отклонения и с инверсным входим компаратора 4. Схема 3 может быть выполнена на двух операционных усилителях с диодными обратными связями.

Компаратор 4 служит для формирования импульсов, длительность которых определяется порогами его срабатывания, и может быть выполнен на интегральном компараторе К554САЗ. Прямой вход компаратора 4 соединен с выходом блока 5 управления, а выход - с управляющим входом блока 5 управления и со счетным входом счетчика 6 импульсов.

Блок 5 управления предназначен для коммутации необходимого порогового напряжения в соответствии с выходным напряжением компаратора 4. Блок 5 управления может быть реализован на аналоговом ключе D2 (микросхема К176КГ1) и инверторах , D1 (микросхема К176ЛА8), необходимых для логического согласования компаратора 4 с аналоговым ключом.

Пример исполнения блока 5 управления показан на фиг. 3.

Первый информационный вход блока 5 управления (т.е. верхний вход ключа D2) соединен с выходом схемы ч через делитель 8 напряжения, в качестве которого может быть использован переменный резистор, например, типа СП5-3, а второй информационный вход блока 4 соединен с потенциалом нуля.

Счетчик 6 импульсов служит для подсчета и регистрации импульсов, поступающих от компаратора 4, а подключенный к его управляющему входу задатчик 7 временных интервалов определяет цикл измерений.

В качестве счетчика 6 и задатчи- ка 7 можно использовать счетчик типа БЕ-1Р-6 и механизм часовой контактный типа МЧ4-10 соответственно.

Блок питания (не показан)вырабатывающий все необходимые для работы

515538276

устроитгна напряжения, выполняетсяСформированные таким образом импо ичвсгтным схемам.пульсы поступают на вход счетчика 6

Устройство работает следующим об-импульсов, который подсчитывает их

разом.количество за интервал времени Т,

Первичным преобразователем 1 мгно- 5 устанавливаемый задатчиком 7. венное значение уровня морской поверх-Выходами устройства являются выход

ности Ј преобразуется в пропорциональ- схемы 3 вычисления среднеквадратично- пый электрический сигнал Ug . В схеме го отклонения и выход компаратора 4. 2 сигнал U центрируется и инверти- w Текущее значение среднеквадратичного руется. Центрированный сигнал - иЈотклонения сигнала регистпоступает на схему 3 вычисления сред- рируют, например, на аналоговом само- неквадратичного отклонения и на ин-писце типа КСП-4, а период энергеверсный вход компаратора 4. Сигналтического максимума может быть измесреднеквадратичного отклонения U 15 рен ЧИФР°ВЫМ частотомером - периодо- с выхода схемы 3 поступает чере з де-мером (например, типа Ф5041). При

литель 8 напряжения на верхний по схе- автономном режиме работы прибора поеме вход аналогового ключа D2 блока 5ле окончания цикла измерения, зада- управления. На нижний по схеме входваемого блоком 7, период энергети- аналогового ключа D2 подается потен- 2п ческого максимума спектра считывает- с табло счетчика 6.

Состояние О на выходе компаратора 4, а следовательно, открытое сое-Формула изобретения тояние верхнего по схеме аналогового

ключа 2 сохраняется до тех пор, пока 25 Способ определения среднего пене выполнится условие .риода морских ветровых волн, при При выполнении этого условия логичес-котором преобразовывают изменения кое состояние выхода компаратора 4 из-УР°вня морской поверхности в электри- меняется на 1, верхний ключ D2 за-ческий сигнал, определяют за изме- крывается, нижний ключ D2 открывается Зоренный промежуток времени средний и компаратор 4 находится в состоянииуровень морской поверхности, число 1 до выполнения условия .пересечений этого уровня и обрабатывают полученные данные, о т л и В результате на выходе компарато-чающийся тем, что, с целью ра 4 формируются импульсы (фиг. 3),повышения точности, определяют до- передний фронт которых соответствует 35полнительный уровень, составляющий моменту пересечения сигналом - U«,0,7-0,8 среднеквадратичного значения поступающим с выхода схемы 2, пороге-сигнала за измеренный промежуток вре- вого значения и,,™, , равного ,мени, а при определении числа пере- а задний фронт соответствует моментусечений среднего уровня учитывают пересечения сигналом - UЈ порогового только те, до или после которых по- значения ипорг , равного потенциалуследовало пересечение дополнительного нуля.уровня.

Изобретение относится к океанографии и позволяет повысить точность определения основного энергонесущего периода волн. Датчиком 1 преобразуют мгновенный уровень морской поверхности в электрический сигнал, который центрируют в схеме 2 центрирования, после чего подают в схему 3 вычисления квадратичного отклонения, где выполняется вычисление стреднеквадратичного отклонения сигнала на заданном периоде осреднения. С выхода схемы 3 сигнал подается через переменный резистор (делитель) R и блок 5 управления на прямой вход управляемого компаратора 4, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода схемы 2 центрирования. Посредством счетчика 6 импульсов осуществляют подсчет импульсов, соответствующих числу пересечений сигналом в одном направлении значения, равного 0, 71 - 0, 82 среднеквадратичного отклонения сигнала, после которых следует переход сигнала через нуль. По числу этих импульсов определяют основной энергонесущий период волн, а по сигналу на выходе схемы 3 судят о средней высоте волны. Пороговое значение 0, 71 - 0, 82 устанавливают изменением величины R. 4 ил.

, «M.I

«ЛЛ

im; - -/Ittogt

Редактор А.Огар

Составитель Л.Кочесова

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец

Заказ 450

Тираж 390

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11303е), Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Г

at

«

Bt-RntMl

at-«mxn

Подписное