Устройство для измерения вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах

(51)5 С 01 Р 5/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Морской гидрофизический институт АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР У 960629, кл, С 01 Р 5/00, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В СТРАТИФИ 1 ИРОВАННЫХ ВОДОЕМАХ .(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для гидрофизических исследований внутренних волн в океане, 11 елью изобретения является повышение точности за счет возможности проведения экспресс-поверки устройства в . эксплуатационных условиях. Устрой" ство, содержащее распределенный преобразователь 1 температуры с расположенными на его концах сосредоточенны 801644040 А 1 2ми преобразователями 2 и 3 температуры, опускается сначалана глубину залегания верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) океана и поверяется в нем, При этом в момент поверки распределенный преобразователь 1 свернут в бухту. Затем устройство опускают в слой термоклина. При достижении устройством заданной глубины преобразователь 4 давления выдает командный сигнал на блок 12 управления и преобразователь 1 автоматически вытягивается в линию для определения вертикальной скорости движения води по алгоритму И= -4 Т 2/ДТ А, где ЪТ - разность последовательных показаний распределенного преобразователя температуры; Т - разность граничных сосредоточенных преобразователей с учетом величины систематического расхождения;,Ь 2 - размер слоя воды, равный длине распределенного преобразователя температуры; 1 - дискретность измерений. 1 з.п, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при гидрофизических исследованиях внутренних волн .в океане,Цель изобретения - повьппение точности за счет возможности проведенияэкспресс-поверки устройства в экс-плуатационных условиях,На Фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на Фиг. 2 -устройство, общий вид; на Фиг, 3 -схема типичного вертикального распределения температуры морской воды втропической Атлантике и размещениев верхнем квазиоднородном слое (а)и в стратифицированном слое (б),Устройство (Фиг. 1) состоит израспределенного первичного преобразователя 1 температуры. двух сосредоточенных первичных преобразователей 2 и 3 температуры, первичногопреобразователя 4 давления, преобразователей 5-8 аналог-код, вычислителя 9, коммутатора 10 каналов, регистратора 11, блока 12 управления,блока 13 питания и устройства 14 развертывания измерительной линии Выходы первичных преобразователей 1-3(датчиков) подсоединены к входам преобразователей аналог-код. Выход преобразователя 5 распределенной темпе-ратуры подключен к первому сигнальному входу коммутатора 10 каналов,выходы преобразователей сосредото 35ченных температур 6 и 7 подключенык входам вычислителя 9, выход которого подключен к второму сигнальномувходу коммутатора 10 каналов, выходкоммутатора каналов 10 подключен квходу регистратора 11, Выход преобразователя 8 давления подключен к входу блока 12 управления, выходы блокауправления подключены к управляющимвходам вычислителя 9, коммутатора 10каналов, к блоку 13.питания, к устройству 14 развертывания измерительной линии выходы блока 13 питанияподключены ко всем электронным блокамаппаратуры.функциональное назначение и возможное выполнение основных узловустройства следующее.Внешний вид измерителя приведен:на фиг, 2. В качестве сосредоточенных датчиков 2 и 3 температуры можетбыть использован термометр сопротивлений или кварцевый термометр частоты,а распределенный датчик 1 температурь 1 представляет собой длинный (10-100 м)высокоомный провод в винилпластовойизоляции, Датчики .температуры объединены в измерительную линию 15, на одном конце которой расположен датчик3 температуры, а другой конец введенв герметичный контейнер 16 и подсоединен к блоку электронной аппаратурыДатчик 2 температуры и датчик 4 давления расположены на крьппке 17 контейнера 16. Датчиком 4 гидростатического давления может служить вибростержневой частотный преобразователь типа ПДВ. Сигналы, которые Формируются на выходе первичных преобразователей гидрологических параметров,представляют собой аналоговые электрические величины (сопротивление,частота), пропорциональные измереннымФизическим параметрам (температура).,Эти величины преобразуются в цифровойкод с помощью аналого-цифровых преобразователей 5-8, широко применяемь(хв цифровых телеметрических системах7 и 8, Коммутатор 10 каналов предназначен для поочередного подключенияизмеренных гидрофиэических параметровк регистратору 11 и выполнен на интегральных микросхемах. Блок 12 управления обеспечиваетФункционирование измерителя в целомнеобходимыми сигналами по заданномуалгоритму измерений и состоит из кварцевого генератора, электронных счетчиков, регистров, выполненных на интегральных микросхемах. Кварцевый генератор вырабатывает стабильную частоту порядка 100 кГц, которая поступаетна электронные счетчики-делители, навыходах которых формируются импульсывключения аппаратуры скважностью 1,5, 10 мин, поступающие через переключатель на коммутирующие реле блока 13питания. Кроме того, со счетчика снимается тактовая частота и канальныеимпульсы, необходимые для Функционирования преобразователей, В блоке управления также расположены два регйстра, в один с помощью тумблеров устанавливают код Рг, в другой в каждомцикле измерения заносится измеренныйкод давления Р, выходы регистров поданы на схему сравнения, выходы которой поданы на управляющий вход вычислителя 9 и на обмотку электромагнитаустройства 14 развертывание измерительной линии,164 4040 5 10 15 20 Т 1-Т 2= ЬТ25 30 35 40 5Блок 13 питания состоит из первичного источника напряжения, которымявляется блок аккумуляторных батарей,и вторичных источников напряжений -стабилизаторов и коммутирующих устройств, подключающйх источники напряжения к потребителям. Регистратор11 выполнен в виде однодорожечногокассетного магнитофона с записью циЬровой кодовой информации на компакткассету типа МК, Вычислитель 9представляет собой вычислительное устройство на базе микропроцессора,Устройство 14 развертывания измерительной линии представляет собойэлектромеханический узел, предназначенный для фиксирования измерительнойлинии в свернутом состоянии и развертывания ее в рабочем состоянии, Оносостоит из цилиндрической корзины18, поддерживающего троса 19, фиксатора защелки 20, электромагнита 21,поворотной скобы 22, В исходном состоянии измерительная линия свернута вбухту и уложена в корзину 18, котораяпри помощи троса 19 подвешена на поворотной скобе 22, застопоренной Фиксатором 20 электромагнита 21, обмоткакоторого подключена к выходу блока12 управления. Управление устройства14 происходит по сигналу с блока 12управления,Конструктивно зонд представляетсобой .герметичный контейнер 16, в котором размещена стойка с электроннойаппаратурой 23 и аккумуляторными батареями. На крышке 17 контейнера установлены датчики и измерительнаялиния, Зонд с помощью гидрологического угольника 24 подвешивается на становом тросе 25 носителя, напримерисследовательского судна (фиг. 3).Устройство работает следующим образом;Выбирают слой термоклина, где необходимо провести измерения, Включаютустройство. Устройство работает автоматически в стартстопорном режимес заданной дискретностью измерения.Постоянно функционирует только блок12 управления, который с заданной дискретностью формирует импульсы включения. Предварительно в блок 12 управления вводят код глубины залеганиянижней границы верхнего квазиоднородного слоя (ВКС), а также дискретностьизмерения. С борта носителя на становом тросе устанавливают измерительв ВКС с измерительной линией в свернутом положении (фиг. 3, поз. а). Вблоке 12 управления формируется импульс включения, который поступает в,блок 13 питания. По импульсу включения подаются питающие напряжения напервичные преобразователи 2-4, а также на преобразователи 6-8 и вычислитель 9, физические величины температуры и давления преобразуются ваналоговые электрические сигналы идалее в цифровой код. Цифровой кодТ 1, Т 2 сосредоточенных преобразователей 2 и 3 температуры поступает навычислитель 9, цифровой код давленияР поступает в блок 12, где происходит его сравнение с заранее занесенным кодом Рг. Так как РРг, то вблоке 12 формируется управляющий сигнал, который поступает на вычислитель9. По этому сигна;:у в вычислителереализуется алгоритм Результат запоминается. Измеритель выключается. Через промежуток времени Д 1, равный заложенной дискретности измерения, формируется следующий импульс включения, и цикл повторяется. В вычислителе 9 накапливаетсяРвеличинаДТи Б - количествоциклов включения измерителя,Через некоторый промежуток времени, в течение которого измеритель производит 20-50 циклов измерений,зонд опускают на заданную глубину в термоклине океана (фиг. 3, поз, б). По очередному импульсу включения подается питание на измерительные преобразователи 6-8, на выходах которых формируется цифровой код соответству ющих физических параметров. Цифровойкод давления поступает в блок 12 управления, но в этом случае при Р )Рг в блоке управления формируется сигнал, который поступает на обмотку элек тромагнита 21 устройства развертывания измерительной линии, По этому сигналу сердечник 20 электромагнита.освобождает скобу 22, она поворачивается против часовой стрелки. Трос 55 19, удерживающий корзинку 13, соскальзывает со скобы 22, и под действием силы тяжести корзина падаетвниз, при этом измерительная линияразвертывается в прямую линию и зани 1644040мает вертикальное положение (Фиг. 3, поз. 6), перекрывая слой воды толщиной ЬЕ. Подается сигнал на блок 13 питания, по которому обеспечиваются питающими напряжениями регистратор 11, коммутатор 10 каналов, а также управляющий сигнал на вычислитель 9,1 фгде вычисляется величина Ю = - Т( 10 которая определяет ошибку систематического расхождения сосредоточенных нреобравователей температуры. Начиная с этого момента, вычислитель работает по следующему алгоритмуТ-Т,; 4 зУ,=Т, .На коммутатор 10 каналов также поступает первый канальный потенциал с блока управления, который разрешает прохождение цифрового, кода распределенного датчика 1 температуры Т на регистратор 11, затем второй канальный потенциал, разрешающий прохожде ние на регистратор величины Тр рассчитанной в вычислителе 9 по цифровым кодам преобразователей Т 1 и Т 2 и величины 8, регистратор 11 запоми- . нает эти величины, Измеритель отклю 30 чается. Через время й цикл измерений повторяется.В результате измерений регистратор запоминает информацию о Физических параметрах, по которым затем вычисляются.значения вертикальной скорости движения воды в данном районе постановки зонда по алгоритмуЬТ ЬЕее иа шЬТ Ю ф 40 где Т - разность последовательныхпоказаний распределенногопреобразователя температуры;ЬТ - разность граничных сосредоточенных преобразователейс учетом величины систематического расхождения д;АЕ - размер слоя воды, равныйдлине распределенного преобразователя температуры 1,4 й - дискретность измерений,Таким образом, устройство позволя ет проводить экспресс-поверку устройства непосредственно в условиях55 его эксплуатации, что повышает еготочность измерений.Ф о р м у л а изобретения1, Устройство для измерения вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах, содержащее распределенный первичный преобразователь гидрологического параметра, на концах которого закреплено по одному сосредоточенному первичному преобразователю того же параметра, при этом один конец распределенного первичного преобразователя прикреплен к.герметичному контейнеру с электронной аппаратурой, в состав которой входят блок управления и коммутатор каналов, к первому входу которого подключен распределенный первичный преобразователь, управляющий вход коммутатора соединен с первым входом блока управления,.а выход коммутатора каналов .подключен к регистратору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности за счет возможности проведения экспресс-поверки устройства в эксплуатационных условиях, распределенный первичный преобразователь свернут в бухту и зафиксирован в свернутом положении Фиксатором на герметичном контейнере дополнительно установлен электромагнит, сердечник которого выполнен с возможностью контактирования с фиксатором, а обмотка подключена к второму входу блока управления, при этом в состав электронной аппаратуры дополнительно введен вычислитель, к сигнальным входам которого подключены сосредоточенные первичные преобразователи, управляющий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с вторым сигнальным входом коммутатора каналов.2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации процесса развертывания свернутого в бухту распределенного первичного преобразователя на требуемой глубине, дополнительно введен измеритель давления, выход которого соединен с входом блока управления.1644040 РО Ю ЮО ТС б 2 Фиа 2 ктор С.Па Корректор Л.Бе и ГКНТ изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Заказ 1231 ВЙИИПИ Госуд Составитель Ю,Власова Техред Л. Олийнык Тираж 349 Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5