УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА Советский патент 1973 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к геофизике и предназначено для геотермических исследований на море.

Известно устройство для измерения теплового потока через дно акваторий, при помощи которого определение величины удельного геотермического потока производят путем измерения геотермического градиента в осадках океанического дна и удельной теплопроводности осадков, причем градиент измеряют непосредственно на дне, а измерение теплопроводности производят в лаборатории на борту судна. Для этого устройство содержит зонд с двумя датчиками температуры и регистрирующую систему, включающую в себя усилитель и коллекторный двигатель постоянного тока. Зонд этого устройства представляет собой конструкцию, аналогичную геологической донной трубке, способную брать образцы, по которым определяется теплопроводность донных осадков.

Однако конструкция известного устройства не позволяет производить ряд измерений теплового потока без подъема его на борт судна, так как зонд устройства переполняется осадками, что приводит к потере информации о глубине залегания того или иного слоя; изза отсутствия у оператора информации о ходе измерения трудно определить тот момент времени, когда температура датчиков установилась, и поэтому приходится выдерживать зонд в осадках максимально возможное для установления температуры время, в результате чего судно может быть настолько далеко

отнесено ветром или течением, что при выдергивании зонда из осадков возникнет горизонтальное усилие, изгибающее зонд и делающее его непригодным для повторного погружения в осадки; оператору так же трудно установить вошел ли зонд в осадки и не выдергивается ли он из осадков за счет дрейфа судна. Отсутствие информации о работе снижает также надежность .работы прибора и может привести к дополнительным безрезультатным нотерям судового времени и в случае неправильной заправки самописца или какого-либо повреждения нрибора в процессе измерения. Из-за отсутствия информации трудно также выяснить причину того или иного эффекта, возникшего при измерении.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения нутем проведения многократных измерений теплового потока в близлежащих точках без подъема устройства

на поверхность.

Для этого прибор содержит схему формирования импульсов, вход которой электрически связан с цепью ротора коллекторного двигателя; по крайней мере, один дистаиционно управляемый нагреватель датчика, причем вход квадратичного элемента подключен к выходу усилителя, а выход его подключен ко входу схемы управления скоростью двигателя.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчики температуры и 2 (например терморезисторы), установленные на трубе зонда 3, которая прикреплена к герметичному контейнеру 4.

.Внутри контейнера 4 находится устройство для определения разности температур 5, содержащее радиальный реохорд 6, например мост, выход этого устройства - токосъемник реохорда электрически связан с усилителем 7. Механически подвижный токосъемник реохорда связан через редуктор 8 с коллекторным двигателем постоянного тока 9. К выходуусилителя присоединен вход схемы совпадений 10. В цепи ротора двигателя имеется нагрузочный резистор 11, к которому подключен вход схемы формирования импульса, например усилитель-ограничитель 12. Выход этой схемы подается на второй вход схемы совпадений Ю. Выход схемы совпадений 10 связан со входом модулятора генератора радиоимпульсов 13, выход которого через фильтр 14 подключен к тросу-проводу 15. Сигнал с другого выхода усилителя 7 поступает на квадратичный элемент 16 (при сигнале переменного тока, когда в схеме применен усилитель 7 с преобразованием это может быть амплитудный детектор), выход которого связан с управляющей цепью регулятора оборотов 17 двигателя 9.

Выход фильтра, например С-фильтра, связан со входом схемы дистанционного включения тока 18 нагревателя 19.

Б случае, если устройство имеет не одну, а несколько пар датчиков, т. е. многоканальное устройство, датчики 20, 21 подключают к своей измерительной схеме 22, аналогичной схеме устройства 5, а реохорд 6 делается таким, что его подвижный контакт переходит с резистора - калиброванного проводника, входящего в устройство 5, на резистор - калиброванный проводник, входящий в схему 22. В многоканальном устройстве схема дистанционного включения тока нагревателей может включать подогрев не одного, а одновременно нескольких датчиков.

Устройство работает следующим образом.

Зонд погружают в осадки за счет энергии падения и веса устройства. После рассеивания тепла, образовавщегося при трении датчиков об ил, устанавливается разность их температур, характеризующая геотермический градиент в точке измерения.

Появление разности температур приведет к смещению того положения подвижного контакта реохорда, при котором на входе усилителя 7 будет нулевой потенциал. Подвижный контакт реохорда 6 непрерывно вращается в одну сторону двигателем 9.

При вращении ротора в цепи его тока возникают импульсы, связанные коммутацией коллектором. Эти импульсы, сформированные схемой 12, будут проходить через схему совпадений 10 с того момента времени, когда подвижный контакт реохорда 6 попал на начало проволоки реохорда, и до тех пор, пока напряжение на входе усилителя 7 не стало равно нулю. Этот угол поворота будет характеризовать измеряемую разность температур. После прохождения положения подвижного контакта, соответствующего нулевому потенциалу, напряжение на выходе усилителя изменит знак и схема совпадения перестанет пропуекать импульсы пульсаций коллекторного тока. Таким образом, число импульсов за каждый цикл прохождения токосъемника характеризует измеряемую , разность температур. Эти импульсы принимают на борту судна при помощи радиоприемника и подсчитываются стандартным счетчиком; результат измерения получают в виде цифр (кода) или при наличии соответствующего преобразователя в виде аналоговой величины.

К выходу усилителя 7 подключен та«же квадратичный элемент 16 и напряжение на его входе не зависит от знака входного напряжения (т. е. не зависит от полярности сигнала на выходе усилителя). При подходе

токосъемника реохорда к нулевой точке скорость вращения, управляемая регулятором 17 (который может быть выполнен в виде каскада усилителя постоянного тока) резко замедляется, в результате чего сильно снижается требование к полосе пропускания усилителя 7. от которой зависит сдвиг времени между моментом прохождения подвижным контактом реохорда 6 точки с нулевым потенциалом и моментом закрывания схе.мы 10.

Уменьшение полосы пропускания усилителя 7 позволяет сделать его более чувствительным и увеличивает точность прибора. Фильтр 14 разделяет сигналы радиоимпульсного генератора 13 от сигнала постоянного тока управления схемы 18, идущего с борта судна.

Нагреватель 19 включается по команде оператора при измерении теплопроводности, которая определяется из соотнощения между мощностью нагревателя и скоростью изменеПИЯ температуры подогреваемого датчика. Для передачи информации используют троспровод 15 диаметром 4 мм. Благодаря полиэтиленовому покрытию трос не коррозирует и удобен в эксплуатации. В устройстве применепы энергетически экономичные элементы, так что общее энергопотребление его не превышает 0,5 вт. Точность устройства при одном канале 0,5% (при двух каналах 1 % и т. д.). Чувствительность его лучще чем

5- 10-3 °С.

Для работы с устройством не требуется лебедка со скользящим контактом.

Устройство может быть также нрименено для получения температурных разрезов в

толще воды.

Предмет изобретения

Устройство для измерения геотермического потока через дно акватории, содержащее зонд, по крайней мере, с одной парой термисторных датчиков температуры, усилитель, коллекторный двигатель постоянного тока, схему управления скоростью двигателя и квадратичный элемент,, например амплитудный детектор, отличающееся тем, что, с

целью повышения достоверности измерения, В него введены схема формирования импульсов, вход которой электрически связан с цепью ротора коллекторного двигателя, по крайней мере, один дистанционно управляемый нагреватель датчика, причем вход квадратичного элемента подключен к выходу усилителя, а выход его подключен ко входу схемы управления скоростью двигателя.

10

Г