Инерциальный волнограф Советский патент 1991 года по МПК G01C13/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров волнения водной поверхности - высоты и периода волны. Волнограф может быть использован для океанографических, метеорологических или гидрологических исследований на морской или речной акватории.

Целью изобретения является повышение точности.

Нафиг.1 показанасхема волнографа; на фиг.2 - вид А.

Волнограф содержит поплавок 1, датчик 2 вертикальных ускорений, схему 3 обработки, регистратор 4, штангу 5, груз 6, нижние пластины 7 демгтфера, верхние пластины 8 демпфера.

Датчик 2 вертикальных ускорений жестко укреплен внутри поплавка 1 в центральной его части. С нижней стороны к поплавку 1 крепится штанга 5, на втором конце которой укреплен груз 6. На штанге, соответственно ближе к поплавку и к грузу,

расположены верхний 8 и нижний 7 демпферы. Демпферы симметричны относительно оси штанги и выполнены в виде вертикальных пластин, например четырех, взаимно перпендикулярных между собой. При этом площадь пластин верхнего демпфера меньше площади пластин нижнего демпфера. Выход датчика 2 ускорений связан со схемой 3 обработки, которая подключена к регистратору 4.

Устройство работает следующим образом.

Поплавок 1 на поверхности воды со штангой 5 и грузом 6 образует физический маятник, который ориентируется по вертикали места. Вследствие этого при волнении на поверхности воды поплавок 1 совершает вертикальные колебания, сохраняя неизменным положение оси в пространстве. Таким образом, датчик 2 ускоренный преобразует в электрический сигнал верти- кальныеускорения поплавка. После двойного интегрирования его в схеме 3 обработки

ё

з

СО

со со со

на регистратор 4 поступает сигнал, пропорциональный текущему возвышению водной поверхности в зоне поплавка, или, а зависимости от решаемой задачи, - значение высоты и периода волны.

Стабильность положения поплавка 1 в плоскости измерения (вертикальная плоскость, параллельная фронту волны) обеспечивается за счет нижнего 7 и верхнего 8 демпферов, которые, не препятствуя вертикальному движению волнографа, создают момент силы, противодействующий его угловому повороту и горизонтальному смещению. Нижний демпфер 7 располагается в слоях воды, практически неподвижных, и поэтому сводит до минимума постоянный горизонтальный дрейф волнографа и создает как бы опорную поверхность, обеспечивающую работу верхнего демпфера 8. Верхний демпфер 8 обеспечивает противодействие основному возмущающему фактору, обуславливающему горизонтальные и угловые колебания поплавка 1, - импульсу силы, который возникает при взаимодействии поплавка с гребневым высокоподвижным слоем воды.

При ударе гребня волны о боковую поверхность поплавка 1 поплавок начинает смещаться по направлению распространения волны. Волнограф при этом стремится развернуться вокруг средней линии нижнего демпфера 7. При этом возникает демпфирующая сила, приложенная к пластинам верхнего демпфера 8 и препятствующая движению, Эта сила действует практически с тем же плечом относительно средней линии нижнего демпфера, что и возмущающая сила. В итоге действие верхнего демпфера 8 оказывается эффективным и существенно уменьшает горизонтальные и угловые колебания волнографа,связанные с гребневым ударом.

Таким образом, совокупность маятникового подвеса поплавка на поверхности воды с разнесенными по штанге демпферами обеспечивает стабильность выдержива- ния оси поплавка в пространстве и позволяет достичь высокой точности измерения в широком диапазоне высот и длин волн.

Поплавок волнографа желательно выполнять в виде диска или цилиндра малой высоты, что обеспечивает снижение возмущающей силы во время удара гребнем волны. Размеры цилиндра выбираются исходя из заданного рабочего диапазона высот

волн, а также массы измерительной или регистрирующей аппаратуры. Отношение диаметра цилиндра к высоте рекомендуется устанавливать порядка 4...5/1. Увеличение

высоты поплавка относительно этого соотношения приводит к возрастанию гребнево го удара. Диаметр наряду с массой волнографа определяет верхнюю границу частотного диапазона измерения. Отношение массы груза к массе поплавка желательно выбирать в диапазоне 1,5 ..2/1, что связано с эффективной работой маятника и балансировкой устройства на волне.

Рациональная длина штанги определяется в соответствии с верхним диапазоном высот волн с учетом их минимально возможной длины, при этом также учитывается требуемая точность измерения. Как правило, длина штанги должна бь ть не менее двух

высот максимальной волны. Чрезмерное увеличение длины штанги не только осложняет эксплуатацию прибора, но уменьшает также собственную частоту маятника, что может привести к дополнительной погрешности.

Демпферы могут быть выполнены в виде четырех пластин, образующих две взаимно перпендикулярные плоскости. Такая конструкция обеспечивает эффективное демпфирование при любом положении их относительно направления распространения волны. Нижний демпфер устанавливается непосредственно у груза, т.е. с максимальным заглублением. Верхний демпфер рекомендуется устанавливать у поплавка, отступив на З...10% по длине штанги. Размеры демпфера и их точное положение определяется в зависимости от диапазона измерения волн, условий эксплуатации, размеров и формы поплавка.

Формула изобретения Инерциальный волнограф, содержащий поплавок с нижней частью, датчик вертикальных ускорений, схему обработки, регистратор и узел демпфирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, узел демпфирования выполнен в виде штанги с грузом на одном конце и

размещенным симметрично относительно оси штанги в верхней и нижней ее части пластинами, плоскости которых проходят через ось штанги, а площадь верхних пластин меньше площади нижних, при этом

другой конец штанги жестко прикреплен к нижней части поплавка.

Фие.1

Вид А

Фиг. 2

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров волнения водной поверхности. С целью повышения точности узел демпфирования выполнен в виде штанги 5, груза 6 и пластин 7, 8, расположенных в верхней и нижней частях штанги. При этом площадь верхних пластин 8 меньше площади нижних пластин 7. Совокупное действие пластин 7, 8 позволяет уменьшить влияние наклона поплавка 1 на датчик 2 вертикальных ускорений. 2 ил.