Волнограф гопко а.т. Советский патент 1981 года по МПК G01C13/00 

(54) ВОЛНОГРАФ ГОПКО

I

Изобретение относится к океанографическим измерениям и может быть использовано для определения параметров ветрового волнения на морях, водохранилищах как в прибрежной зоне, так и с судов в дрейфе.

Известен автономный волнограф, снабженный емкостными датчиками, установленными на вехе Фруда 1.

Недостатком такого датчика является низкая точность измерений из-за обрастания его микроорганизмами, следствием чего является изменение диэлектрической проницаемости.

Наиболее близким по технической сущности является вибрационный сигнализатор уровня, содержащий вибрационный щуп, связанный с генератором колебаний, и измерительное устройство с электроконтактами, расположенными внутри щупа. При этом вибрирующий щуп выполнен в виде манометрической трубчатой пружины с пружинящим наконечником, в котором расположены электроконтакты 2.

Недостатком этого сигнализатора уровня является низкая точность измерений, вследствие ограниченного диапазона частот.

так как манометрическая трубчатая пружина работает только в области низких частот. Кроме того, использование вибрационного сигнализацтора уровня непременимо в морских условиях из-за относительно малой

длины вибрирующего щупа.

Цель изобретения - повыщение точности измерений путем расщирения диапазона измерения частот.

Поставленная цель достигается тем, что волнограф, содержащий вибрирующий чувствительный элемент и регистратор, снабжен блоком запуска, выход которого связан с входом вибрирующего чувствительного элемента, а вход последовательно через формирователь длительности временного интервала, усилитель, амплитудный селектор и первый выход предварительного усилителя связан с выходом акустического приемника, при этом второй выход предварительного усилителя связан с входом регистратора, а вибрирующий чувствительный элейент выполнен в виде натянутой струны, укрепленной внутри трубки, причем труба снаружи снабжена электромагнитом.

На фиг. 1 представлен волнограф, разрез; на фиг. 2 - блок-схема волнографа.

Корпус волнографа 1 представляет собой трубу, на верхнем торце которой установлен акустический приемник (микрофон) 2. По окружности трубы имеется ряд отверстий 3, расположенных равномерно по всей длине, служащих для уменьшения веса конструкции и облегчения проникновения воды к чувствительному элементу (струне). Снаружи трубы крепится электромагнит 4, выполненный в виде кольца. Внутри трубы на винтах 5 закреплена струна б, являющаяся чувствительным элементом. Чувствительный элемент выполнен из ферромагнитного материала, покрытого гидроизоляцие , или из синтетической нити, имеющей ферромагнитный стержень в месте расположения электромагнита. Длину струны выбирают в зависимости от высоты исследуемых волн.

Схема (фиг. 2) состоит из блока 7 запуска исполнительного 8 и чувствительного (струны) 6 элементов, акустического приемника 9, предварительного, усилителя 10, регистратора 11, амплитудного селектора 12, усилителя 13 мощности, формирователя 14 длительности временного интервала.

Волнограф работает следующим образом.

Волнограф погружают в воду. При этом глубину погружения выбирают в зависимости от высоты волны так, чтобы нижний конец трубы был несколько ниже основания волны. Для этого плавучесть конструкции подбирают таким образом, чтобы в щтиль из воды выступала только верхняя половина трубы.

При подаче питания на схему (фиг. 2) срабатывает блок 7 запуска и на электромагнит поступает короткий импульс. Электромагнит притягивает чувствительный элемент (струну) на время, равное длительности запускающего импульса t . При этом возникают колебания струны с частотой

л ./FT

4 -FVl Ci)

где -длина струны;

EI -жесткость струны при изгибе; m -погонная масса струны с присоединенной массой воды.

При перемещении струны радиуса г в жидкости перпендикулярно оси присоединенная масса равна (на единицу длины)

SW --3rr-,j ,(Z.)

где - масса единицы объема жидкости.

Из уравнения (1) видно, что с увеличением присоединенной массы воды частота колебаний струны уменьшается, следовательно с увеличением амплитуды морской волны частота уменьшается и наоборот, с уменьшением амплитуды волны частота колебаний струны увеличивается.

При подаче импульса с блока 7 запуска на электромагнит возникают колебания струны 6 с частотой свободного колебания, однако присутствие воды приводит к быстрому затуханию колебаний. Как только амплитуда колебаний струны станет равной порогу чувствительности акустического приемника,

через предварительный усилитель 10, срабатывает амплитудный селектор (пороговый элемент) 12, сигнал с которого поступает на формирователь 14 длительности временного интервала. Сигнал с формирователя 14 поступает на усилитель 13 мощности и далее

на электромагнит. Процесс повторяется, т.е. после действия каждого очередного.импульса амплитуда колебаний струны возрастает, а затем постепенного затухает. Срабатывает пороговое устройства и т.д. Регистрация сигнала происходит с помощью регистратора 11 (частотомер). Таким образом, волнограф представляет собой систему, на которую действуют через некоторые промежутки TO одинаковые импульсы. Сила притяжения, действующая в этом случае, определяется выражением

(--с, со. ат. sirx 3vT i iin±l si«, (ь)

где о, - отклонение струны от начального

положения;

Я - частота колебаний струны.

Величина п определяется условием

To -t dx-ujTo(1)

Исходя из этого, период, импульсов выбирают так, чтобы период свободных колебаний струны отличался от периода действия запускающи-х импульсов на 10-15% (того обычно достаточно для успокоения вибрации конструкции).

Таким образом, применение изобретения для измерения параметров морских волн значительно увеличивает точность измерений по сравнению с существующими приборами, повыщается их надежность и долговечность.

Формула изобретения 1Ч

усилителя связан с входом регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 627336, кл. G 01 S 23/00, 03.01.77 тотип).

1 S

f

JS

1