Способ определения высоты внутренних волн водоема и устройство для его осуществления

(71) Морской гидрофи Н ческий инстит ор на тер."Фиэика М 4, с,416 -Авто чиков ВЫСО А И. У ЛЕНИЯ асти океа- изобрете- еньшение Дь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯВНУТРЕННИХ ВОЛН ВОДОЕМРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ(57) Изобретение относится к облнографических измерений, Цельния - упрощение калибровки, ум времени ее проведения снижение погрешности. вносимой калибровкой в процесс измерений. Устройство содержит распределенный первичный преобразователь, состоящий из центрального участка 1 и отрезков 2, 3 равной длины. Один конец участка 1 подключен к первому входу измерительного преобразователя 5, другой конец его через отрезки 2 или 3 подключен к входам коммутатора 4, выход которого соединен с вторым входом измерительного преобразователя 5, подключенного к регистратору. Измерения высоты внутренних волн осуществляют, поместив первичный преобразователь (1 - 3) в два слоя исследуемого водоема с различными характеристиками. При калибровке измеряют интегральный параметр Х 1, Х 2 при двух положениях коммутатора 4 и рассчитывают коэффициент К чувствительности измерителя по формуле К -- ЛН/Х 1- Х 2, где ЬН - длина отрезков 2 и 3. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к океанографическим измерениям и предназначено для изучения внутренних волн.Известен способ измерения парамет.ров внутренних волн, основанный на измерениях с помощью распределенных датчиков температуры интегрального параметра некоторого слоя, в котором находится датчик. При этом существует проблема определения коэффициентов для пересчета изменения интегрального параметра слоя в высоту внутренней волны. Прямую калибровку распределенного датчика осуществляют в единицах высоты внутренней волны, Это дает основание назвать распределенные датчики (первичные преобразователи) температуры термином "распределенные измерители высоты внутренних волн" (1),.Способ заключается в следующем. Распределенный первичный преобразователь температуры (высоты) внутренних волн перемещают по вертикали на некоторую величину ЛН и определяют изменение интеграль- ного параметра, соответствующее перемещению первичного преобразователя. Затем его возвращают в слой, где проводятся измерения, Коэффициент К чувствительности измерителя вычисляют по формулеЛН К= ---Х 1-Х 2 где Х 1. Х 2 - значения интегрального параметра, измеренные первичным преобразователем в каждом слое.Устройство, реализующее способ, включает распределенный первичный преобразователь температуры. подключенный к измерительному преобразователю (21,Недостаток известных способа и устройства заключается в том. что для проведения калибровки необходимо прерывать запись параметра, измеряемого при иссле. до ва нии на данном горизонте. М инимал ьное время, необходимое для калибровки, определяется временем. механического вертикального смещения датчика и возвращения его в исходное положение, а также его тепловой инерцией, так как в новом положении он должен принять температуру окружающей воды и, вернувшись в исходное положение, также должен принять температуру воды слоя, где проводятся измерения, Минимальное время измерения можно оценить примерно как 3 - 4 г, гдето - постоянная времени датчика, Поскольку оптимальной является дискретность измерений, равная двум измерениям за период, соответствующий т, проведение калибровки приводит к тому, что бточек ряда данных измеренийвысоты внутренней волны оказываются искаженными. В свою очередь, это приводит к соответствующим ошибкам в оценке параметров внутренней волныКроме того, при проведении измеренийантенной решеткой распределенных датчиков внутренних волн, размещенных на некоторой площади с помощью поплавков, их механическое вертикальное перемещение представляет известные технические трудности.15Целью изобретения является уменьшение погрешности и сокращение времени калибровки,Поставленная цель достигается тем, чтопри способе определения высоты внутрен них волн водоема. при котором измеряютинтегральное значение температуры Х 1 первого слоя жидкости, проводят калибровку 1 звена распределенного первичного преобразователя температуры, измеряют интег ральное значение температуры Х 2 второгослоя жидкости смещенного относительно первого слоя по вертикали на величину ЛН,.вычисляют коэффициент К чувствительноЛнсти измерителя по формуле К = и поХ 1-Хполученному значению находят высоту внутренних волн, при калибровке располагают дополнительные 2-е и 3-е звенья рас-.пределенного первичного преобразователя 35 температуры длиной ЛН выше и ниже 1-гозвена и последовательно измеряют значение интеральной температуры обьединенных 1-го и 2-го звеньев, а затем 1-го и 3-гозвеньев.40В устройство для определения высотывнутренних волн водоема, содержащем вертикально расположенное 1-е звено распределенного первичного преобразователя 45 температуры, связанное через усилитель срегистратором, введены коммутатор и дополнительные 2-е и 3-е звенья распределенного преобразователя температуры, расположенные соответственно выше и ни же 1-го звена, причем 2-е и 3-е звенья вы,полнены идентичными и смещены относительно 1-го звена на одинаковое фиксированное расстояние. при этом верхний вывод 1-го звена соединен с первым входом 55 усилителя, нижние выводы всех звеньевсвязаны между собой, а верхние выводы 2-го и 3-го звеньев соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора,выход которого соединен с вторым входом усилителя,На чертеже изображена схема одного из возможных вариантов устройства для реализации способа.Устройство содеркит первичный преобразователь из звеньев 1, 2 и 3 одинакового размера. Центральное звено 1 имеет длину (Н - ЬН), а звенья 2 и 3 имеют длину ЬН, Аналоговый сигнал от первичного преобразователя через коммутатор 4 поступает в блок 5 измерительных преобразователей (ИП), где происходит усиление сигнала. С выхода блока 5 ИП сигнал поступает в регистратор 6, в качестве которого может быть использован аналоговый самописец или ЭВМ с соответствующими согласующими устройствами, Блок 7 питания служит для формирования необходимых напрякений для работы измерительных преобразователей первичного преобразователя,Устройство работает следующим образом,В режиме измерения через коммутатор 4 к блоку 5 ИП подключены звено 1 длиной Н - ЬН и одно из звеньев длиной ЬН, например звено 2. Таким образом, общая длина первичного преобразователя измерителя высоты внутренних волн при каждом измерении равна Н. Из блока 5 ИП сигнал поступает в блок регистратора 6, При формировании в блоке калибровки(не показан) сигнала калибровки (вручную или автоматически) он поступает в блок 4 коммутации. Срабатывает реле блока 4 коммутации, что приводит к отключению от звена 1 звена 2 и присоединению звена 3 к звену 1. Общая длина первичного преобразователя измерителя высоты внутренних волн также равна Н, но он оказывается смещенным относительно слоя, в котором проводились измерения, на величину ЬН;Способ осуществляют следующим образом.Устанавливают звенья 2 и 3 первичного преобразователя на измерительной линии выше и ниже звена 1, Проводят измерения интегральных параметров Х в слое толщиной Н, К блоку 5 ИП последовательно подключены звено 1 длиной Н - ЬН и звено 2 длиной ЬН (положение контактовкоммутатора 4),Переключают коммутатор 4 в положе-. ние контактов(режим калибровки). Продолжительность режима калибровки составляет менее половины постоянной времени первичного преобразователя.Измеряют интегральные параметры Х 2 в слое толщиной Н. К блоку 5 ИП последова тельно подключены звено 1 и звено 3 (положение контактовкоммутатора 4).Рассчитывают чувствительность К измерителя по формуле (1),П р и м е р, В качестве звеньев 1-3 первичного преобразователя, блока 5 и блока 7 питания, могут быть использованы устройства, аналогичные первичному преобразователю и соответствующим блокам прибора "Ритм". Участки первичного 510 преобразователя изготовлены из высокоомного металлического провода марки ПУМ с удельным электрическим сопротивлением 1,27 Ом м при 20 С, сопротивление которого меняется в зависимости от средней температуры слоя воды, охватываемого пер. вичнымм преобразователем. Общая длина Н первичного преобразователя измерителя высоты внутренних волн выбирается в зави симости от глубины залегания и структуры термоклина и может быть равной 10 - 80 м.По данным измерений зондирующего измерителя температуры определяют глубину залегания и структуру термоклина. Принимаем для данного примера. что тер-моклин залегает на глубине 10 - 15 м. Для регистрации высоты внутренних волн измеряют интегральную температуру Х в слое глубиной 5-20 м.Длина ЬН звньев 2, 3 должна быть соиэ 30 преобразователя г= 60 с, Тогда дискретность измерений высоты внутренних волн задают равной 30 с, а калибровка проводится в интервал времени между двумя последовательными измерениями и занимает время менее 30 с. Если последнее перед мерима, т,е, одного порядка с амплитудой измеряемых волн. Для исследования короткопериодных внутренних волн, амплитуда которых составляет единицы метров, можно 35 принять ЬН равное 1 м, Следовательно,длина звена 1 (Н - ЬН) должна быть равна 14 м, длина звеньев 2 и 3 (Ь Н) .равна 1 м. В коммутаторе 4 может быть использовано, например, герконовое реле марки РЭС 55, 40 управляемое сигналом калибровки. Сигналкалибровки подается вручную (кнопкой, переключателем) или, при использовании ЭВМ в качестве регистратора, автоматически, через определенные отрезки времени, 45 В качестве блока регистрации могут бытьиспользованы аналоговые самописцы (типа ЗПП, КСП,.Нили другие), ЭВМ или магнитный регистратор, При использовании в качестве регистратора Э ВМ или магнитного 50 регистратора сигнал из блока 5 ИП долженбыть предварительно обработан аналогоцифровым преобразователем,Пусть постоянная времени первичного1746224 ральной температуры обьединенных 1-го и2-го звеньев, а затем 1-го и 3-го звеньев,Составитель Т,ГорелаяТехред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор И,Шмакова Заказ 2388 Тираж Подписное8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 калибровкой измеренное значение Х = 20 Ом, а при калибровке Хр = 19,5 Ом, то согласно (1) коэффициент чувствительности измерителя К =. 2 м/Ом.Формула изобретения 5 1, Способ определения высоты внутренних волн водоема, при котором измеряют интегральное значение температуры Х первого слоя жидкости, проводят калибровку 1 звена распределительного первичного 10 преобразователя температуры, измеряют интегральное значение температуры Х 2 второго слоя жидкости, смещенного относительно первого слоя по вертикали на . величину ЛН, вычисляют коэффициент К 15 чувствительности измерителя по формулеЛНК =: --- и по полученному значению наХ 1 - Х 2ходят высоту внутренних волн, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения 20 погрешности и сокращения времени измерения, при калибровке располагают дополнительные 2-е и 3-е звенья распределенного первичного преобразователя температуры длиной ЬН выше и ниже 1-го звена и 25 последовательно измеряют значение интег; 2, Устройство для определения высоты внутренних волн водоема, содержащее вертикально расположенное 1-е звено распределенного первичного преобразователя температуры, связанное через усилитель с регистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности и сокращения времени измерения, в него введены коммутатор и дополнительные 2-е и 3-е звенья распределенного первичного преобразователя температуры. расположенные соответственно выше и ниже 1-го звена, причем 2-е и 3-е звенья выполнены идентичными и смещены относительно 1-го звена на одинаковое фиксированное расстояние, при этом верхний вывод 1-го звена соединен с первым входом усилителя. нижние выводы всех звеньев связаны между собой, а верхние выводы 2-го и 3-го звеньев соединены соответственно с первь.м и вторым входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом усилителя.