Способ регистрации поверхностного волнения жидкостей Советский патент 1975 года по МПК G01F23/296 G01C13/00 

1

Изобретение относится к области океанографических измерений и может быть использовано для регистрации и измерения волнения в широком спектре гравитационных колебаний, включая его высокочастотную часть.

Известен способ регистрации поверхностного волнения жидкостей, основанный на излучении ультразвуковых колебаний и приеме их после отражения от поверхности жидкости с помощью преобразователя, полностью погруженного в воду.

Однако такой способ не позволяет регистрировать короткопериодные волны, т. е. такие, пространственный период которых меньше размера озвученного участка.

Известен также способ, регистрации высоты волн путем измерения электрического сопротивления (или тока) между электродами, один из которых (струна) частично погружен в воду.

Этот способ не обеспечивает высокой точности измерения короткопериодных волн небольшой амплитуды из-за влияния эффектов смачивания, инерционности измерений, необходимости регулярной тариров ки датчика и досуаточно высокой электропроводимости жидкости.

Цель изобретения - повышение точности измерения высоты короткопериодных волн малой амплитуды, что особенно важно при лабораторных измерениях волнения высотой несколько миллиметров.

Предлагаемый способ является практически безынерционным, не нуждается в регулярной тарировке датчика и может быть реализован в жидкостях с любой электропроводностью. Он объединяет преимуш,ества обоих известных способов и в то же время свободен от недостатков каждого из них.

Особенностью предлагаемого способа является то, что излучение ультразвуковых волн проводят с помошью электроакустического преобразователя обычного типа, полностью помещенного в воду, а прием - с помощью электроакустического преобразователя, выполненного в виде длинного тонкого полого стержня с воздушным заполнением внутри, который располагают вертикально над точкой излучения и частично погружают в воду. Так как волновое сопротивление воды и воздуха сильно отличается друг от друга, то в приеме ультразвуковых колебаний участвует только погруженная часть приемника, величина которой меняется при волновых колебаниях поверхности жидкости. Способ основан на измерении амплитуды сигнала, принятого таким приемником. Можно показать, что амплитуда принятого сигнала Аг выражается так Л,: Л{1-С08 ро + , где AI - амплитуда излученного сигнала у поверхности воды; (t) -отклонение высоты волнения от среднего уровня в момент времени t; К - длина излучаемой волны; фо - начальная фаза, равная 2я-, где h - глубина погружения приемника в случае отсутствия волнения. Начальную фазу сро для различения впадин и гребней волнения следует брать равной - - +лп, где п - целое число. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 приведена зависимость отношения амплитуд принятого сигнала AZ к амплитуде излученного Ai в зависимости от отношения между величиной погруженной в воду части приемника h и длиной излучаемой ультразвуковой волны Я, в воде в случае отсутствия волнения. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Электрический сигнал заданной частоты и длительности с генератора 1 через усилитель 2 мощности подают на излучатель 3 ультразвука. Ультразвуковая волна распространяется через воду до ее поверхности, отражаетс я от нее и, интерферируя с падающей волной, образует стоячую волну, которую и регистрирует погруженная часть приемника 4. Принятый сигнал усиливают усилителем 5, детектируют пиковым детектором 6, выделяющим амплитуду принятого импульса и сохраняющего ее до прихода следующего импульса, после чего регистрируют амплитуду принятого сигнала самописцем 7, по которой определяют отклонение уровня жидкости от средней величины в функции времени. По этой записи можно определять также среднеквадратичную высоту волнения, корреляционные соотнощения и т. д. Длительность посылок, интервал между ними и длительность анализируемого участка сигнала задают с помощью синхростробирующего блока 8. Во избежание значительной нелинейности шкалы измерителя и неоднозначности отсчета, четверть длины ультразвуковой волны в воде должна быть больше максимальной высоты волнения. В зависимости от ожидаемой максимальной высоты волнения выбирают частоту излучения, удовлетворяющую указанному требованию. Предмет изобретения Способ регистрации поверхностного волне ния жидкостей, основанный на излучении и приеме ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений поверхностных волн высотой менее половины длины ультразвуковой волны, измеряют амплитуду поля стоячей волны, образующейся у поверхности жидкости, с помощью трубчатого приемника, который располагают вертикально и частично погружают в жидкость над точкой излучения гармонического ультразвукового сигнала, и по величине амплитуды определяют отклонение уровня жидкости от средней величины в соответствии с тарировочной кривой, полученной перед измерением.

J о

О