Устройство для определения параметров волн

СОЮЗ СОВЕТСКИХюэйллююетипРЕСПУБЛИК а С О 1 С 3 ОО ЗОБРЕТЕН ИОАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1Авторское свидетельство СССР Р 532758, кл С 01 С 13/00, 1976,2. Авторское свидетельство СССР В 477301, кл. С 01 С 13/00, 1973,3, Авторское свидетельство СССР Р 446746, кл. 4 01 С 13/00, 1973. (54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕ ЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН, содержащее две пары электродов, размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостях питаемых от источника переменного напряжения и подключенных к схеме обработки сигналов, снимаемых с пар электродов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения схемы обработки сигналов при определении крутизны и ориентации волнового склона, в центре симметрии обеих пар электродов закреплена вертикально индукционная катушка, обмотки кото.ЯО, 426 А рой подключены к схеме обработки сигналов, а одна иэ пар электродов подключена к источнику переменного напряжения через фаэосдвигающее звено.2.Устройство по п, 1, о т л и чающее ся тем, что, сцелью повыаения помехозащищенности, обмотка индукционной катушки составлена иэ двух секций, размещенных по высоте сердечника катушки и включенных встречно, а электроды, длина которых не превьааает длины намотки секции, размещены на уровне только одной из секций3, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что проводни- Е ки для подключения электродов к источнику переменного напряжения проложены в сквозном центральном от,верстии цилиндрического сердечника индукционной катушки, а сами электроды закреплены на внешней поверхности по образующим цилиндрического корпуса, соосного расположенному внутри него сердечнику с обмоткой,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для определения параметров волн, содержащемдве пары электродов, размещенныхво взаимно перпендикулярных плоскостях, питаемых от источника переменного напряжения и подключенных к схеме обработки сигналов,снимаемых с пар электродов, в центре симметрии обеих пар электродовзакреплена вертикально индукционная катушка обмотки которой подключены к схеме обработки сигналов, а одна из пар электродов подключена к источнику переменного напряжения через фазосдвигающее звено,Для повьааения помехозащищенностиустройства обмотка .индукционнойкатушки сосгавлена из двух секций,размещенных по высоте сердечникакатушки и включенных встречно, аэлектроды, длина которых не превышает длины намотки секции, размещены на уровне только одной из секций,Кроме того, проводники для подключения электродов к источникупеременного напряжения проложеныв сквозном центральном отверстиицилиндрического сердечника индукционной катушки, а сами электродызакреплены на внешней поверхности по образукюцим цилиндрическогокорпуса, соосного расположенномувнутри него сердечнику с обмотекой,На фиг. 1 представлена схема,иллюстрирующая принцип действия устройства; на фиг 2 - структурнаясхема устройства; на Фиг, 3предпочтительная конструктивнаямодификация устройства,Датчик устройства уостоит из электродов 1-1 и 2-2, установленных по образующим цилиндричес- кого корпуса 3 симметрично в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, Внутри корпуса 3 расположена индукционная катушка 4, продольная ось которой совпадает с осью симметрии электродов 1-1 и 2-2, Электроды 1-1 непосредственно соединены с источником 5 переменного напряжения, а электроды 2-2 - через Фазосдвигающее звено бобеспечивающее сдвиг Фазы на 90, Обмотка индукционной катушки 4 через усилитель 7 соединена со схемой 8 обработки сигналов.Обмотка индукционной катушки может быть выполнена из двух секций 9, разнесенных по сердечнику 10. Через аксиальное отверстие цилиндрииеского серцечника 10 проложены .проводники 11, по которым подаются напряжения питания измеоительньи электродов 1-1 и 2-2 55 Однако обработка результатов измерений, связанная с интегрированием 7 разностных сигналов, датчиков, требует достаточно сложной схемы и не предусматривает определения крутизны и ориентации волнового склона.Дель изобретения - упрощение схе" ью обработки сигналов при определении крутизны и ориентации волнового склона,Изобретение относится к гидрофизике и может быть использовано приизучении поверхностных и внутреннихволн в лабораторных и натурныхусловиях,Известны устройства для определе"ния параметров морских волн с помощью буя, в которых контактноеустройство, прикреплзнное к маятниковой подвеске, замыкается на круго"вой потенциометр, Контактное устройство обесгечивает определение ориентации фронта волнового склона по индикации направления максимальногоуклона волны относительно направленияветра, регистрируемого Флюгаркой 11 .15Недостатками этого устройства яв"ляются невозможность его применениядля исследования внутренних волн,малые точность и надежность, связанные с использованием электроме"ханических систем.Известно также устрбйство регистрации параметров волн, в котором измерительные электроды вращаются относительно вертикальнойоси, Ориентация фронта волны можетбыть определена путем измеренияуглового положения максимальногоуклона на круговой диаграмме регист-,ратора 2 .Недостатком известного техни" 30ческого решения является искажениеволнового поля собственным движением вращающихся электродов, чтоснижает точность и достоверностьрезультатов измерения, Для умень" 35шения искажений скорость вращения электродов устанавливаетсянизкой. Однако при этом сужаетсядинамический диапазон, из-за чегоустройство неприменимо для реги",т Орации параметров коротких волн скрутым фронтом.Наиболее близким техническимрешением, сохраняющим возможностьвыполненйя измерений в достаточно широком динамическом диапазо 5не, является устройство, в которомс помощью двух пар взаимно перпендикулярных датчиков - проволочныхэлектродов, питаеьих от стабилизиро-,ванного источника переменного тока,предусмотрено определение уклонов взволнованной поверхности вдвух взаимно перпендикулярных направлениях 3 .60 С помощью двух пар электродов1-1( и 2-2( в проводящей среде соэ.дается вращающееся поле электрического тока, Регистрации искажений этого поля.в присутствии волнового склона осуществляются путем измерения напряженности магнитного поля, создаваемого токамирастекания электродов,Вращающееся электрическое полеГЕ . создают путем подачи на элект-( 10роды 1-1 и 2-2 напряжений О, (и Ц.у одинаковой амплитуды О. ичастоты д(, ( сдвинутых относи. -тельно друг друга по фазе на 90. О = Особй,15О. = Оэл(и,1,При вертикальном расположенийкорпуса 3 вокруг оси индукционнойкатушки 4 в горизонтальной плоскости возникает в проводящей, средевращающееся с частотой Ы(, полеэлектрического тока, Стекающйй скаждого из электродов ток разветвляется на токи, которые распределяются относительно корпуса 3 сим 1метрично, как точки Э, и Э, 1,фиг,1,Для наглядности на фиг, 2 токи Э(Э( Эг ( Э , текающие с элект"родов 1-1 и 2-2, показаны проте кающими по проводникам с реэисторами 118,8, Суммарное магнитное поле, создаваемое токами рас"текания по оси 0-0, регистрируетсяиндукционной катушкой 4.Направления токов Э и Э, соответственно Э 1 и Э ) , таковы чтомагнитные поля, создаваемые ими пооси 0-0, направлены навстречу другдругуеПоэтому в стратифицированной по 40вертикали среде в отсутствии волнового склона вращающиеся поля элект(рических токов Э Э, и Э(, Усимметричны, а суммарное магнитное полепо оси 0-0, действующее на катушку 4,равно нулю,Присутствие волнового склона искажает симметрию вращающегося полятока, При этом суммарная индукциямагнитного поля по оси 0-0 зависиткак от крутизны волнового склона, 50так и от его ориентации относительно электродов датчика. Если отсчитывать уголориентации фронта относительно оси, проходящей черезэлектроды 1-1, то приращения токов, 55вызванные присутствием волновогосклона, будут соответственно равныд 3 =О, ,6,-6,1 рсоь рд 5О . (,Ь,-бдЯусоэ(3,где 0 О - напряжения между соответствующими электрода"фми6 -6 - разность проводимостеймежду средами; 65 Я - крутизна волновогосклона,учитывая, что О =Оса 51(,Ь,(где Ь 1 - изменение индукции маг-.нитного поля по оси 0-0;коэффициент пропорциональности.Амплитуда приращения индукции магнитного поля при постоянной разности электропроводимостей между средами является Функцией крутизны волнового склона, а фаза индукции однозначно определяется ориентациейФронта волнового склона относительно оси, проходящей через электроды,1-1, Иэмерение индукции магнитногополя осуществляется индукционнойкатушкой 4,. амплитуда напряженияна выходе которой пропорциональнакрутизне волнового склона, а разность фаз между выходным напряжением катушки и напряжением на электродах 1-1( характеризует пространственную ориентацию фронта волновогосклона.Выходное напряжение с обмотки индукционной катушки 4 через усилитель 7 гоступает на схему 8 офработки сигналов, в которой производится определение разности фаз междуизмеренной индукцией магнитногоноля и напряжением, создающим вращающееся поле электрического тока,и преобразование этой разности,характеризующей пространственнуюориентацию фронта волнового склона, в форму, удобную для индикации.В схеме 8 осуществляется также измерение.амплитуды напряжения, пропор"ционального индукции магнитногополя и характеризующего крутизнуволнового склона,Одним из недостатков ийдукционной катушки, работающей на повышенной частоте, является высокаячувствительность к помехам, в частности создаваемым токами в прово(дах идущих к электродам 1-12-2(Для пойышения помехозащищенности, что особенно важно при прове-дении работ в .условиях оптовогобассейна, обмотка индукционной катушки выполнена из двух одинаковыхсекций(, расположенных симметричнопо длине сердечника и включенныхвстречно, а электроды с размерами,не превышающими длину намотки секции установлены напротив толькоодной иэ секций. В этом случае помехи, создаваеьие в секциях выходной обмотки внешними источниками,105942 б коз 9817/4 б ВНИ ая,4 г.ужгород,ул,взаимно компенсируются, а токи, соэдаваемйе исследуемым волновым склоном, действуют только на одну секцию индукционной катушки, что и приводит к появлению полезного сигнала на ее выходе,Применение бесконтактного метода измерения и повьааенной частоты пита. ния электродов обеспечивают высо" кую скорость кругового обзора про" странства, расширяют динамический диапазон и повыщЬют точность определения крутизны и ориентации фронта волнового склона.Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает воэможность ре"гистрации параметров как поверх ностных, так и внутренних воли.Проверка, выполненная в лабораторных условиях с помощью макета,подтвердила воэможность выполненияизмерений с погрешностью определения ориентации феронта волновогосклона не выае б.