Волномер Советский патент 1979 года по МПК G01F23/00 

Изобретение относится к области измерения параметров волн в гидровол новых лабораториях, при исследовании гидротехнических сооружений и защищенности акваторий. Известны измерительные устройства с непрерывной регистрацией во времени колебаний уровня воды на бумажной ленте самописцев, осциллографов и ДР. 1. г1аиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее преобразователь уровня воды в электрический сигнал и последовательно соединенные схему сравнения, триггер Шмитта, генератор запускающих импульсов, генератор опорного напряжения и инверсный каскад (2 . Недостатками известного устройств являются недостаточная точность изме рения и сложность обработки результа тов измерения. Целью изобретения является повыше ние точности измерений и ускорение процесса обработки результатов измерения. Поставленная цель достигается тем что устройство дополнительно снабжено последовательно соединенными усилителем входного напряжения, подключенным к преобразователю уровня воды в электрический сигнал, дифференциальным усилителем, счетчиком числа волн, ключом управления за поминающим генератором суммы опорного напряжения, другой вход которого соединен с входом генератора опорного напряжения, запоминающим генератором суммы опорного напряжения, делителем напряже-. ния, ключом управления цифропечатающим устройством и цифропечатающим устройством, и соединенными между собой формирователем импульсов сброса и переключателем, включенными между счетчиком числа волн и схемой сравнения, при этом переключатель соединен также с генератором опорного напряжения, инверсным каскадом и усилителем входного напряжения, а счетчик числа волн - с ключом управления цифропечатающим устройством. rfa чертеже изображена блок-схема предложенного волномера. Устройство содержит преобразователь 1 уровня веды в электрический сигнал, усилитель 2 входного напряжения, схему сравнения 3, триггер Шмитта 4 , генератор 5 запускающих импульсов, генератор б опорного напряжения. инверсный каскад 7, дифференциальный усилитель 8, переключатель 9, формирователь 10 импульса сброса, счетчик 11 числа волн, ключ 12 управления запоминающим генератором суммы опорного напряжения, запоминающий генератор 13 cyivTMH опорного напряжения, делитель напряжения 14, ключ 15 управления цифропечатающим устройством, цифропечатающее устройство 16. Устройство работает следующим образом. Исходному уровню воды соответствует нулевое значение напряжения на выходе преобразователя 1. При изменении уровня воды, например подъеме, соответственно увеличивается напряжение на выходе преобразователя 1 и усилителя 2. Это напряжение (например, отрицательной полярности) поступает на вход усилителя 8 выходной ток которого управляет переключателем 9 (переключит в нижнее положение) и происходит в соответствии с полярностью входного напряжения под ключение опорного генератора 6 и усилителя 2 к входам схемы сравнения 3. Входное напряжение, подведенное к сх ме сравнения 3, усиливается и вызывае срабатывание триггера Шмитта 4, отрицательное напряжение с выхода триггеРа Шмитта 4 открывает генератор 5, ко торый, начинает генерировать короткие положительные импульсы. Эти импульсы запускают генератор 6 и одновременно через ключ 12 запускают запоминающий генератор 13. Генератор 6 опорного напряжения вырабатывает линейно растущее ступен чатое напряжение пропорциональное чи лу поступивших на вход запускающих импульсов, которое подводится на вход схемы сравнения 3. При равенстве опо ного и входного измеряемого напряжения на выходе схемы сравнения 3 напр жение равно нулю, при этом триггер Шмитта 4 возвращается в исходное по ложение и прекращает генерировать ге нератор 5 запускающих импульсов, а т же генератор 6 опорного напряжения и запоминающий генератор 13 суммы опорного напряжения. Одновременно в параллель с опорным генератором 6 вырабатывает точно также напряжение, пропорциональное числу поступивших запускающих импуль сов, запоминающий генератор 13. При|максимальном подъеме уровня воды В-:измеряемой точке модели, а следовательно, максимальном измеряемом напряжении на входе схемы сравнения 3 опорное напряжение, выработайное опорным генератором 6,. и напряжение, выработанное запоминающим генератором 13, равны максимальному значению измеренного входного напряжения. Опорное напряжение остается равым максимально измеренному напряжеию, точно такое же напряжение и на ыходе запоминающего генератора 13 уммы опорного напряжения. При понижении уровня воды после остижения- максимального подъема и соответствующего уменьшения входного напряжения относительно опорного напряжение на выходе схемы сравнения 3 удерживает триггер Шмитта 4 в исходном нулевом состоянии, при этом генератор 5 запускающих импульсов заперт и не работает, следовательно, не работают генератор 6 опорного напряжения и запоминающий генератор 13 суммы опорного напряжения. Когда, уменьшаясь, уровень воды достигнет исходного нулевого положения, напряжение на выходе усилителя 2 станет равным нулю и, соответственно, на вЕлходе дифференциального усилителя 8 напряжение также будет равным нулю. При этом в формирователе 10 импульса сброса, управляемом дифференциальным усилителем 8, вырабатывается импульс напряжения, который поступает на генератор 6 опорного напряжения и производит сброс опорного напряжения только на этом генераторе, а на запоминающем генераторе 13 суммы -опорных напряжений остается.равным максимально измеренному и сохраняется сколько угодно долго. Одновременно при нулевом выходном напряжении дифференциального усилителя 8 происходит срабатывание счетчика 11 числа волн, который отсчитывает число прохождений уровня воды через нулевое положение. Когда счетчик 11 насчитает заданное количество, он выдает команду на ключ 12 управления запоминающим генератором суммы опорного напряжения, который разрывает цепь поступления запускающих импульсов на запоминающий генератор 13 и удерживается в таком состоянии сколько угодно долго.. При понижении уровня воды относительно нулевого положения происходит увеличение амплитуды напряжения обратной полярности (например, положительной) на выходе усилителей 2, а также дифференциального усилителя 8. Выходной ток дифференциального усилителя 8 в соответствии с полярностью входного напряжения управляет переключателем 9 (верхнее положение), который переключит генератор 6 опорного напряжения через инверсный каскад V с коэффициентом усиления, равным единице, и усилитель 2 к выходам схемы сравнения 3. Далее цикл измерения максимальной амплитуды понижения уровня воды относительно исходного нулевого положения повторяется точено так же, как и ПРИ подъеме уровня воды до максимального значения. При этом опорный гене ратор 6 вырабатывает для автокомпенсации опорное напряжение, равное вхо ному напряжению, которое, поступая в инверсный каскад 7, меняет полярност не изменяясь по абсолютной величине и так до максимального значения. Напоминающий генератор 13 одновре менно продолжает от каждого поступив шего запускающего импульса вырабаты.вать равную по величине ступеньку шриращения однополярного напряжения к ранее выработанному, т.е. напряжение на выходе запоминающего генератора 13 пропорционально общей cyMise поступивших запускающих импульсов в процессе всего измерения. При достижении максимального значения понижения уровня воды и соответственно мак симальной амплитуды входного напряоке ния обратной полярности запоминающий генератор 13 вырабатывает напряжение равное сумме максимальных амплитуд по абсолютной величине входного измеряемого напряжения, что соответствует значению высоты волны, т.е. изменению уровня воды от гребня до впа дины. Далее, при измерении и суммиро вании нескольких волн цикл повторяет ся так же, как и для первой волны. Опорный генератор 6 при этом вырабатывает опорное напряжение для автокомпенсации входного измеряемого напряжения до его максимального значения относительно нуля. При нулевом уровне каждый раз происходит сброс опорного напряжения только на генераторе 6 опорного напряжения, и с исходного положения начинается автокомпенсация амплитуды входного сигнала обратной полярности, а запоминающий генератор 13 выработает напря женив, равное общей сумме от числа измеренных волн. Как только счетчик 11 отсчитает заданное количество вол он выдает команду на ключ управления запоминающим генератором 12, и иэмерения прекращаются, а также выдает команду на ключ 15 управления цифропечатаюшим устройством, который подключает цифропечатающее устройство 1 через делитель напряжения 14 к выходу запоминающего генератора 13. Делитель напряжения 14 делит суммарное опорное напряжение на число измеренных волн, и величина напряжения, соответствукяцая среднеарифметическому значению высоты волны, посту пает на цифропечатанвдее устройство 16 и регистрируется в среднеарифмети ческом значении высотьз волн. При измерении среднеарифметическо го значения амплитуд только, например, подъема уровня воды относительно исходного положения, что соответствует .амплитуде входного напряжения отрицательной полярности, переключатель 9 устанавливается в фиксированном положении соответствующей полярности в процессе всего измерения, и устройство работает, как указывалось выше, только при изменении уровня от нулевого значения до максимального подъема. Запоминающий генератор 13 выработает напряжение, равное сумме максимальных амплитуд только отрицательной полярности. В остальном устройство работает аналогично измерению среднеарифметического значения высоты волн, Формула изобретения . Волномер, содержащий преобразователь уровня воды в электрический сигнал и последовательно соединенные схему сравнения, триггер Шмитта, генератор запускающих импульсов, генератор опорного напряжения и инверсный каскад, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и ускорения процесса обработки результатов измерения, он дополнительно снабжен последовательно соединенными усилителем входного напряжения, подключенным к преобразователю уровня воды в электрический сигнал, дифферени.иальньщ. усилителем, счетчиком числа волн, ключом управления запоминающим генератором суммы опорного напряжения, другой вход которого соединен с входом генератора опорного напряжения, запоминающим генератором cyivBviH опорного напряжения, делителем напряжения, ключом управления цифропечатаювдим устройствам и цифропечатающим устройством, и соединенными мехсду собой формирователем импульсов сброса и переключателем, включенными между счетчиком числа волн и схемой сравнения, при этом переключатель соединен также с генератором опорного напряжения, инверсньм каскадом и усилителем входного напряжения, а счетчик числа волн - с ключом управления цифропечатающим устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Маклаков А.Ф. и др. океанографические приборы. Гидрометеоиздат, Л., 1975. 2., Авторское свидетельство СССР 428290, кл. G 01 R 19/04, 1970 (прототип) .