Устройство для измерения характеристик двумерного вектора течения Советский патент 1993 года по МПК G01C13/00 

Изобретение относится к- области гидрометеорологии, в частности к процессам измерений характеристик течений с помощью приборов, и может быть использовано для получения данных характеристик течения при проведении океанологических и гидрологических исследований.

Наиболее близким к предложенному яв- .ляется устройство для измерения характеристик двумерного вектора течения, содержащее корпус, соединенный с гибкой связью, магнитную стрелку, узел крепления фотопластинки и подвес с источником излучения.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая точность, обусловленная большим количеством конструктивных элементов и механических связей между ними.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 и 3 показаны виды по сечениям А-А и Б-Б на фиг.1. где раскрыты детали данного устройства; на фиг,4 - устройство при его использовании.

Устройство для осуществления способа содержит корпус 1, соединенный гибкой связью (тросом 2 с якорем 3. В корпусе 1 размещен источник излучения 4, установленный в кардановом подвесе 5, при этом его узконаправленный луч ориентирован вертикально вверх к фотопластине 6, соединенной с магнитной стрелкой 7, свободно вращающейся вокруг своей оси 8, закрепленной в стенках корпуса посредством внутри расположенного кожуха 9. установленного в кардановом подвесе 10 для свободного ориентирования при водных колебаниях.

Работа устройства при обтекании его потоком воды, когда корпус 1 отклоняется от вертикали на угол о. , заключается в орисо

G

v4 Ю

О 00

ентировании источника излучения 4 постоянно в вертикальное положение за счет поворота в кардановом подвесе 5 (в двух взаимно перпендикулярных плоскостях подвеса), при этом кожух 9 также ориенти- руется в вертикальное положение за счет рабфгУ карданового подвеса 10, луч от ис- точнйка 4 попадает не в центр фотопла- Стинки б, а в точку, смещенную отклонением на расстояние у , т. к. пластина 6 непрерыв- .но воздействуется источником 4, то точки от луча образуют пятно засветки с разной оптической плотностью, что и позволяет реализовать способ по далее описанной последовательности.

Работа начинается с установки на дне якоря 3 с гибкой связью 2 и всем устройством в корпусе Т. В период измерений выполняется непрерывное преобразование скорости течения в угол отклонения от. вертикали и непрерывной регистрации этого угла экспозицией фотопластины 6 от источника 4. Распределение оптической плотности засветки отражает распределение углов отклонения от вертикали, следовательно, и функцию распределения вектора скорости течения. По окончании измерений устройство поднимают, например, на борт судна и проявляют фотопластину 6, на которой выявляют участок засветки L, м определяют распределение оптической плотности засветки Р ( у , р ) в пределах этого участка, например, микрофотометром типа МФ-4 (в формуле: у - расстояние до центра; р - угол между радиус-вектором у и направлением на меридиан, т.е. координаты точек и пятна засветки на пластине 6).

Функция распределения вектора скорости течения связана с оптической плотностью соотношением:

k,

(1)

где f - функция распределения вектора те- .чёния;

Р - оптическая плотность засветки; ъ к - коэффициент, определяемый из соотношения:

/sfQMP)ds f Lp(v.y )ds P

И)

где V - модуль вектора скорости течения; S - площадь засветки на пластине 6; т.к. sf(V, (p )ds 1, то

К -

1 .

Г P(v,p)ds

гз;

где знаменатель есть не что иное, как интегральная оптическая плотность засветки, определяемая из соотношения:

5 SSP(V, p )ds S; I-Д t,

(4)

при этом искомая оптическая плотность, определяемая с помощью прибора МФ-4 при использовании источника 4 излучения, например, пластины свинца, содержащего радиоактивный материал , например Сч с узким выходным каналом для точной (мик- рометренной) засветки пластины 6. В качестве фотопластинывыбирают

рентгеночувствительную пленку. РФХ-1, покрытую для предохранения возможной влаги полиэтиленовой герметизированной пленкой (толщина фотопластины около 0,24 мм), диаметр фотопластины выбирают для

данного устройства около 0,25 м.

Далее при реализации способа модуль вектора скорости течения и радиус йектор- точки на засветке связаны следующим соотношением:

---------,

V btg ( arc sin r/d )(5)

где d - расстояние между центрами вращения источника и фотопластины 6;

С - постоянный коэффициент, зависящий от плавучести, размеров и формы корпуса 1 устройства.

Реализация способ основана на том, что каждой выбранной точке засветки с плотностью Р (V, f ) находится значение функции распределения вектора течения f (V, (р }.

Пример. Измерение характеристик двумерного вектора течения осуществляют в открытой морской акватории, в прибрежной шельфоновой его зоне. Для этого с помощью плавсредства (судна) и его лебедки на дно спускают якорь 3 с корпусом 1 на гибкой связи 2.. Корпус изготовлен (в экспериментальной модели заявителя) из пластмассы (прессованного полиэтилена с упрочняющими резольнофенолформальдегидными вставками для осей вращения карданов), высота корпуса 0,5 м, диаметр 0,4 м, связь 2 длиной

1,0 м, диаметром 0,5 см, вес всего устройства (без якоря и связи) 20 кг.

В корпусе источник 4 из свинцовой пластины, имеющей полость с радиоактивным веществом ceriy Cr51, от которого отходит

узкий канал диаметром 0,1-0,2 мм, формирующий узконаправленный строго ориентированный пучок света - луч. В качестве фотопластины 6 использована рентгегочув- ствительная фотопластина РФХ-1 с характеристиками (по ее паспорту): чувствительность S 900 коэффициент контрастности у 1,8; оптическая плотность вуали не более 0,18, при максимальной оптической плотности 3,0.

Пленку б герметизируют покрытием ее полиэтиленом для предупреждения возможного воздействия влагой.

Диаметр фотопластины 6 выбран 0,25 м при толщине 0,25.мм. Выполняют тариро- вочную предварительную оценку требуемой мощности экспозиционной дозы из соображений получения Средней оптической плотности на фотопластине/б пррядка 1,1 - 1,5. Для средних условий это значение Составляет 20-30 мР/ч.

Для фактических условий эксплуатации осуществляют свбтбметрйчёские испытания используемой пленки, придерживаясь методики и правил ГОСТа 10691.0-84- ГОСТа 10691.4-84. По результатам испытаний определяют параметры характеристической кривой используемой пленки в фактических условиях ее использования и определяют интегральную оптическую плотность засветки за известное время экспозиции:

,45; Д t 10 суток 8,64 х ТО6 с,, тогда

0,69.

После проявления фотопластины б с помощью МФ-4 определяют распределение оптических плотностей

Р (V р ) в пределах засветки. , Каждому значению Р (V р ) находятся по формулам (1 ...4) значения f ( V, р ) функции распределения вектора скорости течения.

Так, после нахождения указанное время устройства в водной среде, поврежденной перемещениям водных масс (течения, колебания), подняв на борт устройство и проявив фотопластину 6, определяют конкретные характеристики двумерного

вектора течения:;

г 100 мм, у - 135°, Р (V; р ) 0,95 f- кР - 0,65, С - 0.1. d 150 мм V /ctg (arc sin F/d) 29 смТс

после засветки с оптической плотностью Р 0,95 и указанными координатами 100 мм и

135° определяют функцию распределения вектора скорости течения 0,65 для скорости 29 см/с и угла 135°. Этих данных достаточно для измерения характеристик двумерного вектора скорости течения, т.е.

для полной и точной реализации данного способа при использовании разработанного для него устройства.

Фор мула изобретения ч; Устройство для измерения характеристик двумерного вектора течения, содержащее корпус, соединенный с гибкой связью, магнитную стрелку, узел крепления фотопластинки и подвес с источником излучения, отличающееся тем. что, с целью

повышения точности прм одновременном упрощении конструкции , оно снабжено узлом подвеса магнитной стрелки, жестко связанной с узлом крепления фотопластинки, при этом подвес магнитной стрелки и подвес источника излучения выполнены в виде кардановых подвесов, установленных на оси, совмещенной с вертикальной осью корпуса. .

ГК

.

Использование: гидрометероологиче- ское приборостроение, предназначено для получения статистических характеристик морских течений и может использоваться как лабораторное оборудование. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, сое- диненный гибкой связью с якорем. В полости корпуса.расположены источник излучения и фотопластина, соединенная с магнитной стрелкой, свободно вращающейся вокруг своей оси, причем источник и фотопластина размещены в кардановых подвесках, что позволяет им свободно ориентироваться при волнении водной поверхности. 4 ил.

/SS SSS sty лг Я

Фиъ,1