Устройство для измерения вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах Советский патент 1991 года по МПК G01P5/00 

фиг Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при гидрофизических исследованиях внутренних волн в океане.

Цель изобретения - повышение точности за счет возможности проведения экспресс-поверки устройства в эксплуатационных условиях

На фиг. 1 представлена структурная схема устройстваj на фиг0 2 - устройство9 общий вид; на фиг„ 3 - схема типичного вертикального распределения температуры морской воды в тропической Атлантике и размещение в верхнем квазиоднородном слое (а) и в стратифицированном слое (б)„

Устройство (фиго 1) состоит из распределенного первичного преобразователя 1 температуры двух сосредоточенных первичных преобразователей 2 и 3 температуры, первичного преобразователя 4 давления, преобразователей 5-8 аналог-код, вычислителя 9, коммутатора 10 каналов, регистратора 11, блока 12 управления, блока 13 питания и устройства 14 развертывания измерительной линии. Выходы первичных преобразователей 1-3 (датчиков) подсоединены к входам преобразователей аналог-код. Выход преобразователя 5 распределенной температуры подключен к первому сигнальному входу коммутатора 10 каналов, выходы преобразователей сосредоточенных температур 6 и 7 подключены к входам вычислителя 9, выход которого подключен к второму сигнальному входу коммутатора 10 каналов., выход коммутатора каналов 10 подключен к входу регистратора 11. Выход преобразователя 8 давления подключен к входу блока 12 управления, выходы блока управления подключены к управляющим входам вычислителя 9, коммутатора 10 каналов, к блоку 13 питания, к устройству 14 развертывания измерительной линии, выходы блока 13 питания подключены ко всем электронным блокам аппаратуры.

Функциональное назначение и возможное выполнение основных узлов устройства следующее.

Внешний вид измерителя приведен на фиг. 2. В качестве сосредоточенных датчиков 2 и 3 температуры может быть использован термометр сопротивления или кварцевый термометр частот а распределенный датчик 1 температур

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

представляет собой длинный (10-100 м) высокоомный провод в винилпластовой изоляции. Датчики температуры объединены в измерительную линию 15, на одном конце которой расположен датчик 3 температуры, а другой конец введен в герметичный контейнер 16 и подсоединен к блоку электронной аппаратуры Датчик 2 температуры и датчик 4 давления расположены на крышке 17 контейнера 16. Датчиком 4 гидростатического давления может служить вибростержневой частотный преобразователь типа ПДВ. Сигналы, которые формируются на выходе первичных преобразователей гидрологических параметров, представляют собой аналоговые электрические величины (сопротивление, частота), пропорциональные измеренным физическим параметрам (температура). Эти величины преобразуются в цифровой код с помощью аналого-цифровых преобразователей 5-8, широко применяемьрс в цифровых телеметрических системах 7 и 8 о Коммутатор 10 каналов предназ- начен для поочередного подключения измеренных гидрофизических параметров к регистратору 11 и выполнен на интегральных микросхемахо

Блок 12 управления обеспечивает функционирование измерителя в целом необходимыми сигналами по заданному алгоритму измерений и состоит из кварцевого генератора, электронных счетчиков, регистров, выполненных на интегральных микросхемах. Кварцевый генератор вырабатывает стабильную частоту порядка 100 кГц, которая поступает на электронные счетчики-делители, на выходах которых формируются импульсы включения аппаратуры скважностью 1, 5, 10 мин, поступающие через переключатель на коммутирующие реле блока 13 питания. Кроме того, со счетчика снимается тактовая частота и канальные импульсы, необходимые для функционирования преобразователей. В блоке управления также расположены два регистра, в один с помощью тумблеров устанавливают код PJ. , в другой в каждом цикле измерения заносится измеренный код давления Р, выходы регистров поданы на схему сравнения, выходы которой поданы на управляющий вход вычислителя 9 и на обмотку электромагнита устройства 14 развертывание измерительной линии.

516

Блок 13 питания состоит из первичного источника напряжения, которым является блок аккумуляторных батарей, и вторичных источников напряжений - стабилизаторов и коммутирующих устройств, подключающих источники напряжения к потребителям. Регистратор

11выполнен в виде однодорожечного кассетного магнитофона с записью цифровой кодовой информации на компакт- кассету типа МК-60. Вычислитель 9 представляет собой вычислительное устройство на базе микропроцессора.

Устройство 14 развертывания измерительной линии представляет собой электромеханический узел, предназначенный для фиксирования измерительной линии в свернутом состоянии и развертывания ее в рабочем состоянии. Оно состоит из цилиндрической корзины 18, поддерживающего троса 19, фиксатора защелки 20, электромагнита 21, поворотной скобы 22. В исходном состоянии измерительная линия свернута в бухту и уложена в корзину 18, которая при помощи троса 19 подвешена на поворотной скобе 22, застопоренной фиксатором 20 электромагнита 21, обмотка которого подключена к выходу блока

12управления. Управление устройства 14 происходит по сигналу с блока 12 управления.

Конструктивно зонд представляет собой герметичный контейнер 16, в котором размещена стойка с электронной аппаратурой 23 и аккумуляторными батареями. На крышке 17 контейнера установлены датчики и измерительная линия Зонд с помощью гидрологического угольника 24 подвешивается на становом тросе 25 носителя, например исследовательского судна (фиг. 3).

Устройство работает следующим образом г

Выбирают слой термоклина, где необходимо провести измерения Включают устройство. Устройство работает автоматически в стартстопорном режиме с заданной дискретностью измерения. Постоянно функционирует только блок 12 управления, который с заданной дискретностью формирует импульсы включения. Предварительно в блок 12 управления вводят код глубины залегания нижней границы верхнего квазиоднородного слоя (ВКС), а также дискретность измерения, С борта носителя на становом тросе устанавливают измеритель

в ВКС с измерительной линией в свернутом положении (фиг. 3, позс а). В блоке 12 управления формируется импульс включения, который поступает в блок 13 питания , По импульсу включения подаются питающие напряжения на первичные преобразователи 2-4, а также на преобразователи 6-8 и вычислитель 9. Физические величины температуры и давления преобразуются в аналоговые электрические сигналы и далее в цифровой код. Цифровой код Т1, Т2 сосредоточенных преобразователей 2 и 3 температуры поступает на вычислитель 9, цифровой код давления Р поступает в блок 12, где происходит его сравнение с заранее занесенным кодом Рг о Так как Р Рг, то в блоке 12 формируется управляющий сигнал, который поступает на вычислитель 9. По этому сигналу в вычислителе реализуется алгоритм

5 Т1-Т2 йТ.

Результат запоминается. Измеритель выключается. Через промежуток времени At, равный заложенной дискретности измерения, формируется следующий 0 импульс включения, и цикл повторяется0 В

вычислителе N

9 накапливается

величина

ЦТ ; и N - количество

циклов включения измерителя.

Через некоторый промежуток времени, в течение которого измеритель производит 20-50 циклов измерений, зонд опускают на заданную глубину в термоклине океана (фиг. 3, поз. б). По очередному импульсу включения подается питание на измерительные преобразователи 6-8, на выходах которых формируется цифровой код соответствующих физических параметров. Цифровой код давления поступает в блок 12 управления, но в этом случае при Р РГ в блоке управления формируется сигнал, который поступает на обмотку электромагнита 21 устройства развертывания измерительной линии. По этому сигналу сердечник 20 электромагнита освобождает скобу 22, она поворачивается против часовой стрелки. Трос

9, удерживающий корзинку 13, соскальзывает со скобы 22, и под действием силы тяжести корзина падает вниз, при этом измерительная линия развертывается в прямую линию и занимает вертикальное положение (фиг„ 3, поз. б) , перекрывая слой воды толщиной UZ. Подается сигнал на блок 13 питания, по которому обеспечиваются питающими напряжениями регистратор 11, коммутатор 10 каналов, а также управляющий сигнал на вычислитель 9,

Iо JL

где вычисляется величина 9 - - 1 fcT

N iti

которая определяет ошибку системати ческого расхождения сосредоточенных преобравователей температуры. Начиная с этого момента, вычислитель работа- ет по следующему алгоритму

TH

На коммутатор 10 каналов также поступает первый канальный потенциал с блока управления, который разрешает прохождение цифрового кода распределенного датчика 1 температуры Т на регистратор 11, затем второй канальный потенциал, разрешающий прохожде- ние на регистратор величины , рассчитанной в вычислителе 9 по цифровым кодам преобразователей Т1 и Т2 и величины О, регистратор 11 запоми нает эти величины. Измеритель отклю- чается о Через время fit цикл измерений повторяется.

В результате измерений регистрато запоминает информацию о физических параметрах, по которым затем вычисляются значения вертикальной скорост движения воды в данном районе постановки зонда по алгоритму

w - 12- ,

uTz-ftt

&Т - разность последовательных показаний распределенного преобразователя температуры ДТа - разность граничных сосредо- ., точенных преобразователей с учетом величины систематического расхождения о j fiZ - размер слоя воды, равный

длине распределенного преобразователя температуры; At - дискретность измерений. Таким образом, устройство позволяпроводить экспресс-поверку устства непосредственно в условиях

50

Q

$

0 5 о

5

0

.,

0

его эксплуатации, что повышает его точность измерений

Формула изобретения

1„ Устройство для измерения вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах, содержащее распределенный первичный преобразователь гидрологического параметра, на концах которого закреплено по одному сосредоточенному первичному преобразователю того же параметра, при этом один конец распределенного первичного преобразователя прикреплен к герметичному контейнеру с электронной аппаратурой, в состав которой входят блок управления и коммутатор каналов, к первому входу которого подключен распределенный первичный преобразователь, управляющий вход коммутатора соединен с первым входом блока управления, а выход коммутатора каналов .подключен к регистратору, отличающееся тем, что с целью повышения точности за счет возможности проведения экспресс-поверки устройства в эксплуатационных условиях, распределенный первичный преобразователь свернут в бухту и зафиксирован в свернутом положении фиксатором, на герметичном контейнере дополнительно установлен электромагнит, сердечник которого выполнен с возможностью контактирования с фиксатором, а обмотка подключена к -второму входу блока управления, при этом в состав электронной аппаратуры дополнительно введен вычислитель, к сигнальным входам которого подключены сосредоточенные первичные преобразователи, управляющий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с вторым сигнальным входом коммутатора каналов„

2„ Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса развертывания свернутого в бухту распределенного первичного преобразователя на требуемой глубине, дополнительно введен измеритель давления, выход которого соединен с входом блока управления.

16

23 Ю 20 JO т

Л

Z5

2 г:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для гидрофизических исследований внутренних волн в океане Целью изобретения является повышение точности за счет возможности проведения экспресс-поверки устройства в эксплуатационных условиях„ Устройство, содержащее распределенный преобразователь 1 температуры с расположенными на его концах сосредоточенны ми преобразователями 2 и 3 температуры, опускается сначала на глубину залегания верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) океана и поверяется в нем. При этом в момент поверки распределенный преобразователь 1 свернут в бухту. Затем устройство опускают в слой термоклина. При достижении устройством заданной глубины преобразователь 4 давления выдает командный сигнал на блок 12 управления и преобразователь 1 автоматически вытягивается в линию для определения вертикальной скорости движения воды по алгоритму W -&T.fl.Z/iTz.uJ:, где ДТ - разность последовательных показаний распределенного преобразователя температуры; ДТ-г - разность граничных сосредоточенных преобразователей с учетом величины систематического расхождения;. UZ - размер слоя воды, равный длине распределенного преобразователя температуры; &t - дискретность измерений. 1 з„п0 Л-лы, 3 ил. а 9 О 4. 4 О 4

Фие.2

N 3

#f/a.J