Регистратор волн на поверхности водоемов Советский патент 1980 года по МПК G01C13/00 

(54) РЕГИСТРАТОР ВОЛН НА ПОВЕРХНОСТИ

вoдoE wв

Изобретение относится к устройст- . вам для измерения параметров поверхностного волнения в и может быть преимущественно использовано 5 при проведении океанологических исследований.

Известны регистраторы волн на поверхности водоемов, содержащие поплавок, к которому на гибком токопрово- tO дящемкабеле подвешен концевой груз и измерительный преобразователь вертикальных перемещений поплавка, например вертушечного (турбинного) типа .

Действие таких волнографов, получивших название буйковых, основано на регистрации вертикальных колебаний поплавка на взволнованной водной поверхности с помощью измерительного 20 преобразователя вертикальных перемещений, подвешенного вместе с концевым грузом на гибком ,токопроводящем кабеле на глубинб, куда не проникамт волновьае возмущения. При этом 25 предполагается, что буй повторяет все волновые колебания уровня, кабельная линия вертикальна, нерастяжима и не изгибается под воздействием волновых .нагрузок и теченийС27. зО

Однако буйковые волнографы в результате колебательных движений буйка относительно ватерлинии непрерывно изменяют свое заглубление. Требованйе вертикальности кабельной линии обуславливает применение значительных по весу концевых грузов, что требует увеличения размеров поплавка, и, соответственно, уменьшает чувствительность волнографа к короткопериодным составляющим спектра морского волнения. Кабельная линия может изгибаться и растягиваться под воздействием динамических нагрузок. Все это приводит к возникновению дополните 1ь.ных погрешностей измерений.

Известны также регистраторы волн, в которых в качестве датчика верти;кальных перемещений применимы измерительные преобразователи гидростатического давления, например устройство для регистрации волнения которое является прототипом изобретения. Регистраторы параметров волнения указанного типа получили широкое распространение и содержат заглубленный измерительный преобразователь гидростатического давления, связанный

гибким токопроводящим кабелем со свободно плавающим на воднойповерхности поплавком, концевой груз и линию связи с самописцем. Это устройство, отличающееся простотой и надежностью, вместе с тем имеет некоторые недостатки. В частности, йолнограф чувствителен к кратковременным колебаниям атмосферного давления и к вертикальным колебаниям буя относительно его ватерлинии, которые не могут быть учтены при обработке врлнограмм. Волны в короткопериодной области спектра в значительной степени демп4)ирук)тся поплавком, так как он рассчитан на прослеживание волнового профиля и имеет значительные габариты и плохо обтекаемую для волн форму. Искривление гибкой кабельной линии и отклонение ее от вертикали приводит к несоответствию движений поплавка на поверхности и изменений заглубления измерительного преобразователя давления.

Целью изобретения является повышёнйе точности регистрации параметров волнения путем учета изменений атмосферного давления и вертикальных движений поплавка относительно его ватерлинии.

Поставленная цель достигается тем, что в регистраторе волн на поверхности водоемов, содержащем заглубленный измерительный преобразователь гидростатического давления, связанный гибким токопроводящим кабелем со

свободно плавающим по водной поверхности поплавком, концевой груз, линию связи и самописец, в подводной части поплавка вблизи водной поверхности установлен однотипный с основным

ополнительный измерительный преобразователь гидростатического давления, йЭмерит«льная цепь которого подключе на к цепи основного преобразователя дифференциально.

Регистратор волн на поверхности водоемов схематично показан на чертеже.

Описываемое устройство состойт из свободно плавающего на водной поверхности цилиндрического поплавка 1, к которому на гибком токопроводящем кабеле 2 подвешен.мембранный измерительный преобразователь 5 гйдрост атического давления, например, потенциометрического или тензометрического типа. Выбор конструкции первичного измерительного преббразователя гидростатического давления не

является пpинципиaльныIvI, Дпя предания вертикальности кабельной линий и поплавку преобразователь 3 соединен с концевым грузом 4, В нижней части поплавка 1 дополнительный измерительный преобразователь 5 давления. Заглубление дополнительного измерйтельного преобразоватёЙй пЪДбирается таким образом, чтобы он

постоянно находился в подводном положении при небольшом заглублении относительно подошвы волны (например, на 1м). Электрические измерительные цепи преобразователей -3 и 5 давления включены дифференциально, напри мер, по мостовой схеме, позволяющей получить на входе разность показаний преобразователей. Кабельная линия 2 цепью уменьшения изгибов и растяжений помещена в цилиндрическую трубу б, жестко соединенную с поплавком 1 и концевым грузом 4, С целью, уменьшлйя вертикальных колебаний конструкции на концевом грузе 4, установлены демпфирующие диски 7, Длину кабельной линии подбирают таким образом, чтобы она превышала половину длины волны.

Регистратор волн работает следующим образом.

. Его ,опускают в воду с такимрасчетом, чтобы поплавок 1 выходил на поверхность, дополнительный измерительный преобразователь 5 был постоянно заглублен, а основной измерительный преобразователь 3 давления был расположен на глубине, где волновые давления водной массы незначительны. При волновых колебаниях уровня поплавок 1 вместе с измерительными преобразователями 3 и 5 срвергаает вертикальные колебания. Амплитуда колебаний благодаря цилиндрической форме поплавка 1 и наличию демпфирующих диско 7 значительно меньше амплитуды волн. Движения прибора относительно средней волновой линии учитываются основным измерительным преобразователем 3 на который не влияют волновые колебания гидростатического давления. Дополнительный измерительный преобразователь давления 5 при этом воспринимает как вертикальные движения прибора, так и волновые колебани давления, пропорциональные высоте проходящих волн. Основной и дополнительный преобра ователи давления воспринимают также и величину атмосферного давления. Вычитая электрическим путем, например посредством включения цепей потенциометрических преобразователей в мостовую схему, показания основного и дополнительного преобразователей, на выходе получают сигнал, пропорциональный . только высоте волн. Ошибки за счет движений поплавка относительно его ватерлинии и кратковременных коле баний атмосферного давления из показаний исключаются автоматически. Выходной сигнал .по линии связи подается на самописец и регистрируется. Благодаря цилиндрической форме поплака и отсутствию необходимости прослеживать водную поверхность, т,е. незначительной плавучести, поплавок не демпфирует короткопериодные ватровые волны и незначительно искажает поле волнения. Благодаря жестко трубе б кабельная линия и гибается незначительно.

Устройство позволит повысить точность регистрации параметров волнения ориентировочно на 10-20% (по расчетам).

Формула изобретения

Регистратор волн на поверхности водоемов, содержащий заглубленный измерительный преобразователь гидростатического давления, связанный гибким токопроводящим кабелем со свободно плавающим на водной поверхности поплавком, концевой груз, лини связи и самописец, отличаюm и и о я тем, что, с целью повышения точности регистрации параметров волнения путем учета изменений атмосферного давления и вертикальных движений поплавка относительно его ватерлинии, в подводной части поплавка вблизи водной поверхности установлен однотипный с основным дополнительный измерительный преобразователь гидростатического давления, измерительная цепь которого подключена к цепи основного преобразова0теля дифференциально.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с. 92.

/