Устройство для определения параметров волн в водоемах и водотоках

(м)5 601 С 1 ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4466474/10 22 Зайцев(56) Заявка Великобритании ЬЬ 1215440,кл, 6 01 С 13/00, 01.05.69.Авторское свидетельство СССРВ 418747, кл, 6 01 1 11/00, 15.10.71.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ ВОЛН В ВОДОЕМАХ И ВОДОТОКАХ(57) Изобретение относится к гидрологии иможет быть использовано для.измеренийэлементов прогрессивных волн внутреннихводоемов и речных потоков, Цель изобретения - повышение надежности устройства.Среднюю скорость и длину волны в направлении ее луча определяют путем регистра 5 Ы, 1659708 А 1 ции времени пробегания зафиксированных локальных уровней поверхности волны с определенным линейным интервалом дискретизации уровня (или высоты волны) на закрепленном малом участке, а также промежутков времени прохождения через вертикаль подветренных и наветренных склонов волн с дальнейшим вычислением на вычислительном устройстве элементов волн по данным регистрации. Устройство содержит две электроконтактные вехи с коаксиальным расположением внешнего кольца-контакта 1 и внутреннего точечного контакта 2, при этом все внешние кольца- контакты соединены с резисторами одной электрической схемы, а внутренние точеч- я ные - с резисторами другой, идентичной первой. С целью автоматизации регистрации и вычисления элементов волн электрическая схема содержит блок запоминания, компаратор, логическую схему управления Я регистрацией и четыре счетчика. 7 ил,ВВВЭИзобретение относится к гидрологии и может быть использовано для измерения элементов прогрессивных волн скорости, длины), периода и высоты на акваториях внутренних водоемов и речных потоков.Целью изобретения является повышение надежности устройства,На фиг. 1 - 4 приведены схемы вариантов конструкции устройства; на фиг. 5 и 6 - схемы, поясняющие сущность измерения средней скорости и длины волны; на фиг, 7 - электрическая схема устройства.Принцип действия устройства заключается в определении мгновенных локальных скоростей волны при прохождении ее. через . закрепленную вертикаль наблюдения. Волномерные вехи с двумя группами электрических контактов 1 и 2, каждая из которых подключена к своему резистивному преобразователю, устанавливаются на обьекте так, что набегающая волна поочередно замыкает контакты обеих групп. Каждый из контактов второй группы, смещенной по направлению луча волны относительно контактов первой группы на расстояниеХ, где Л - длина волны, замыкается поверхностью подветренного склона волны с временным запаздыванием тфиг, 6), а на участке наветренного склона волны с запаздыванием размыкается контакт первой группы, В результате на форме волны определяются ее локальные скорости распространения, т,е, скорости пробега точек на поверхности волны, распределенные на ней с шагом по высоте, равным Ь. Локальная скорость любой)-й точки на поверхности волны равнаС 1 ыЯСредняя скорость распространения волны равнаС1=1где К - общее число зарегистрированных локальных уровней на подветренном и наветренном склонах волны.Время О прохождения волны через вертикаль складывается из временить прохождения подветреннего склона волны от ложбины до гребня и времени Он прохождения наветренного склона от гребня до следующей ложбины, Эти промежутки времени определяются по знаку изменения сигнала. В моменты прохождения гребня волны и ложбины производная сигнала по времени равна нулю, По времени между моментами с нулевым значением производной можно определить период следования волн Т. По совокупности измерений определяется длина,4 волны из выражения 20 25 30 35 40 50 55 Й:= бь +8,) ,юУстройство состоит из двух вех, на одной из которых закреплена группа кольцевых контактов 1, а на другой - группа точечных контактов 2. Они расположены в экране 3 и подключены к соответствующим схемам реэистивных преобразователей. Контакты размещены по высоте с шагом Ь 6 и закреплены на несущей штанге 4 (фиг, 2) или на несущем каркасе фиг. 3). Радиус кольца.Я,Шагай принимается примерно в два раза меньшим, чем радиус кольца. Такое соотношение размеров позволяет выполнять уверенное измерение времени пробегания зафиксированных локальныхуровней поверхности волны от замыканиявнешнего контакта-кольцэ до замыканиявнутреннего смежного с ним контакта илиот размыкания внутреннего точечного кон-такта до рэзмыкания внешнего до наступления срабатывания следующих по высотеконтакгов для волн крутизной -0,1пв(волны большей крутизны встречаются редко и при необходимости могут быть оценены с соответствующим подбором радиусаколец и расстояния между контактнымигруппами нэ каждой из вех),Контакты крепятся к штанге или каркасукронштейнами 5 с гидроизоляционным покрытием, При расчете конструкций вех учитывают требования точности измерений идинамические нагрузки, обусловленные ло- .бовым сопротивлением в воздушном и водном потоках.Перфорированный экран 3 предназначен для сглаживания мелких волн и ряби нэповерхности измеряемой волны и для защиты контактов от плавающегс мусора и водорослей. Экран может быть выполнен изметаллической сетки с соответствующимрасчетом ее параметров (диаметра цилиндрического экрана, диаметра проволоки иразмеров ячеек сетки).Измерение осуществляют следующимобразом.Два резистивных линейных преобразователя, составленные иэ резисторов В 1 - Яп,и две группы контактов, псдключенных кгенераторам переменного напряжения 61 иОг, вы рабатывают сигналы, снимаемые с реЗИСтОРОВ Вн 1 И йнг В ВИДЕ фУНКЦИИ О = а,(Ь, ),так кэк изменение тока в их цепях зависитот числа контактов, коммутируемых воднойсредой, Эти сигналы через выпрямители и .первичные обмотки импульсных трансформаторбв Тр 1 и Трг подаются на блои управления БУ 1 и БУ 2, с выходов которыхпоступают на входы компаратора. Каждый блок управления состоит из запоминающей ячейки (ЗЯ, например, на операционном усилителе. В ней происходит запоминание сигнала (напряжения) в момент касания или раэмыкания поверхности воды с одним иэ контактов на время т, т.е. до касания или размыкания этого контакта следующей точкой волны. Сигналы на ЗЯ поступают через управляемые ключи К 1, К 2, с помощью которых осуществляется установка нужного режима работы ячеек - режима запоминания или анализа (при открытом входе ячейки и компаратора через открытый ключ),Установка режима ячейки осуществляется следующим образом. Например, в момент возрастания скачком тока в цепи, при касании контакта водной поверхности, одновременно с зарядом конденсатора ЗЯ через от крыт ы й кл юч К 1 со вто рич ной обмоткой Тр 1 снимается положительный импульс, поступающий через формирователь и схему И на триггер Т 1, закрывающий с приходом этого импульса ключ К 1. Для исключения "дребезга" в схему включения временная задержка Ьт. До касания с поверхностью волны смежного контакта преобразователя ключ К 2 открыт, ячейка ЗЯ работает в анализирующем режиме, Последующее открытие ключа К 1 происходит от сигнала, снимаемого с выхода компаратора.При набегании на устройство порветренного склона волны ЗЯ схемы внешнихкольцевых контактов работает в режиме запоминания уровня сигнала в момент касания поверхности волны любого из колец, а ЗЯ схемы внутренних точечных контактов работает в анализирующем режиме. При этом с касанием точечного контакта возникает баланс сигналов на компараторе и прекращается счет временИ, который ведется на счетчике СТ 1, управляемом триггером ТЗ по двум входам - запуска счета с приходом импульса с блока БУ 1 в момент закрытия ключа К 1 и конца счета с наступлением равенства сигналов на входах компаратора, При прохождении наветренного склона волны происходит размыкание контактов и отрицательный скачок тока в цепи,при котором положительный импульс снимается уже с трансформатора Тр 2, у которо 5 го концы обмоток включены в обратномнаправлении. При этом режим ячеек меняется на обратный, а начало и конец счетавремени т ведется до момента раэмыканияточечного контакта до размыкания соответ 10 ствующего ему кольцевого контакта, По из-.менению работы ячеек меняется состояниетриггера Т 4, управляющего счетом периодаследования волны Т на вычислительном устройстве ВУ по входу 5,15 Число коммутируемых контактов регистрируется на счетчике СТЗ, управлениесчетом которого ведется от триггера Т 4. Начало счета поступает от впадины волны состороны подветренного склона до впадины20 наветренного склона (фиг. 5). По общемучислу контактов К на обоих участках ВУ вычисляет высоту волны по формуле:Ь= - ЬьК225. На счетчике СТ 2 регистрируется времяпрохождения через веху подветренногосклона волны О ю, на счетчике СТЗ - наветренного склона Онь На ВУ вычисляетсякКЗ 0 С = Х - :Т,Ь = - Л и и А = ФЫ + Ю)б) , г)2Данные поступают в запоминающее устройство (ЗУ).Формула изобретенияУстройство для определения параметров волн в водоемах и водотоках, содержащее первую и вторую электроконтактныевехи, соединенные через преобразователь сблоком обработки и индикации результатов40 измерений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения надежности, вторая веха выполнена в виде электроконтактных колец, центр каждого иэ которых совмещен ссоответствующим контактом первой вехи, а45 преобразователь выполнен в виде двухидентичных наборов резисторов, каждый изкоторых подключен к соответствующемуконтакту соответствующей вехи, 659708КНТ СССР иаеодстеенно.иадатееьский комбинат "Патент", г. Унсгород, уе, Гагарина, 1Ф Заказ 1832 Тираж 309 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5