Зондирующее устройство для измерения параметров водной среды

Союз Советскии Социалистических Республик(22) Заявлено 13,03,78 (21) 2589715/18-25 (5)М Л2 б 01 Л/ 27/02 С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения(54) ЗОНДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения параметРов водной сРеды в пРоцессе непрерывного вертикального зондирования.Известен глубоководный зонд, содержащий подводный блок (погружаемоеустройство) с измерительными преобразователями, соединенный через элемент связи с бортовым устройством).Бортовое устройство глубоководногозонда содержит блок управления, миниЭВМ, блок дистанционной индикации,таймер, магнитную запись, цифропечать, телетайп, регистраторы и блок 15ручного управления, Информация обизмеряемых параметрах, полученнаяпри опросе измерительных преобразователей, в виде частотно-модулированных сигналов через элемент связи 20и устройство управления подается непосредственно или после обработкимини-ЭВМ на регистраторы, Частота измерения постоянная (1,Недостатком этого зонда являетсянеоптимальный режим работы, так какчастота опроса датчиков и скоростизондирования выбирается на основесубъективных оценок и не зависят от характеристик измеряемой среды в точках измерения.Известен также зонд-батометр ЦКБ ГМП, содержащий погружаемое уст- ройство с датчиками параметров морской среды и преобразователями, соединенное через элемент связи с бортовым устройством. Бортовое устройство зонда-батометра содержит блоки управления и связи, блок формирования телеграфного кода, блок преобразования информации, телетайп и регистраторы (2 .Недостатком зонда-батометра является увеличение времени зондирования и избыточность информации при уменьшении динамических погрешностей измерения параметров морской среды.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой адаптивный измеритель элементов физических полей океана, содержащий датчик, соединенный с преобразователем аналог-код, вычислитель, вход которого соединен с выходом преобразователя аналог-код, систему автоматического регулирования, вход которой соединен с выходом вычислителя, исполнительный механизм и генераторчастоты измерений, выходы которыхсоединены с выходом системы автоматического регулирования, а выходы соответственно с датчиком и преобразователем аналог-код, а также регистратор, соединенный с выходом преобразователя аналог-код 3,Недостатками данного устройстваявляется то, что в устройстве не учи,тывается постоянная времени первичного преобразователя (датчика), а,следовательно, не обеспечиваетсяфактическая адаптация измерения среды, Каждый датчик, как известно,позволяет в зависимости от величинысобственной постоянной времени измерять с погрешностью меньше заданнойтолько те процессы, в которых градиент изменения параметров не превышает определенной критической величины Ц-хрот, где д х - градиент измеряемого параметра; Ь 1 - градиентвремени. Если таким датчиком измерятьпроцессы, имеющие большие градиенты,то появляющаяся динамическая ошибкапревышает допустимую, а следовательно, и результат измерения искажается.Задачей адаптации должна етоять необходимость обеспечения взаимногосоответствия технических возможностей прибора и параметров среды. Вданном устройстве управляющий сигналпоявляется в результате сравнениясреднего приращения (полученного наосновании и измерений за неизвестноевремя) с неким опорным. Очевидно,что при таком подходе адаптации, кактаковой, не происходит. Допустим,что на каком-то промежутке перемещения устройства существует градиент,параметра, равный Ьх;. Так как имеется воэможность изменения частотыопроса, то на этом интервале перемещения возможно получить и измеренийили за время Ь, или за какое-то другОе время Ь 1. Несмотря на разноевремя измерения, устройство вырабатывает один и тот же управляющий сигнал, никакой адаптации не происходит,хотя условия измерения в первом иво втором случаях принципиально различаются, результаты измерений имеют различный порядок динамическойошибки, а при сокращении времениизмерейия меньше допустимого возможнопоявление условия дХь Х крит.,Ь 1где Ь х - текущий градиент параметра;(Д 1, - текущий градиент времени,при котором результат наблюдениядолжен быть забракован. Естественно,что данная структура не позволяетработать в наиболее эффективном,оптимальном режиме с обеспечениемусловияд 1; дрот.Кроме того; в устройстве отсутствуют условия для выполнения эондирования в минимальное время с обеспечением величины динамических погрешностей меньше определенного значения. Минимальное время обеспечивается,совместно регулируя частоту опросаи скорость погружения, причем выборнужного режима работы должен осуществляться на основе данных о текущихзначениях частоты, скорости и градиента параметров. В данном устройстнеадаптация сводится к изменению либотемпа измерения, либо скорости погружения,Целью изобретения является сокращение времени зондирования,Поставленная цель достигается15 тем, что в бортовое устройство введены схемы управления, дешифраторсостояний, входы которого соединеныс выходами блока выбора частоты опроса и блока управления лебедкой, а2 О выход непосредственно и через иннертор соединен с одними входами схемУПравления и блок градиентов, входкоторого соединен с выходом блокаприема и преобразования, а выход че -25 рез другие входы схем управлениясоединен с блоком выбора частотыопроса и блоком управления лебедкой,На чертеже изображена структурная схема зондирующего устройствадля измерения параметров водной среЗондирующее устройство ля измерения параметров водной среды содержит погружной контейнер 1, в составкоторого входят датчики 2 параметров водной среды , преобразователь3, входы которого соединены с выхо -дами соответствующих датчиков 2,приемопередатчик 4, вход и выход которого соединены с выходом и входом40 преобразователя 3 соответственно,бортовое устройство 5, в состав которого входят блок б приема и преобразования, блок 7 градиентов, входкоторого соединен с выходом блока бприема и преобразования, схемы 8 н 9управления, первые входы которыхсоединены с выходом блока градиентов,инвертор 10, блок 11 выбора частотыопроса, вход которого соединен с выходом схемы 9 управления, а выходсоединен с входом блока б приема ипреобразонания, блок 13 управлениялебедкой, вход которого соединен свыходом схемы 8 управления, дешифратор 13 состояний, входы которогосоединены с выходами блока 11 выборачастоты опроса и блока 12 управле -ния лебедкой, а выход соединен совторым нходом схемы 8 управленияи через инвертор 10 со вторым входомщ схемы 9 управления, регистратор 14,вход которого, соединен с выходом блока приема и преобразонания, лебедку15, соединенную с блоком управлениялебедкой и погружным контейнером,65 линию 16 связи, соединяющую блок бприема и преобразования и приемопе -редатчик 4. Датчики 2 измеряют параметры водной среды такие, как например температуру, удельную электрическую проводимость, давление (глубину), содеркание кислорода и т,д,Преобразователь 3 обеспечивает подключение датчиков 2 с необходимойчастотой опроса и преобразование выходных параметров датчиков в вид, 10удобный для передачи по линии 16связи. Приемопередатчик 4 принимаеткоманду на опрос датчиков с бортового устройства и передает значениеизмеренных параметров на бортовоеустройство.ф15Блок б приема и преобразованияосуществляет подачу команд на измерение в погружной контейнер, приеминформации иэ погружного контейнера,вычисление в физических величинах 20измеренных параметров водной средыи выдачу информации на регистрацию.Блок градиентов 7 вычисляет градиен -ты измеренных параметров и сравнивает их с допустимыми пороговыми эначениями. В зависимости от программыадаптации в блоке градиентов вычисляется отношение Д ХйУгде йх; - приращение текущего значения параметра, напримертемпературы;йу - приращение координаты времени или какого-либо друго -го измеренного параметра,например глубины.Определение градиентов осуществля -ется непрерывно или по серии последовательных измерений. Блок 11 выборачастоты опроса регулирует частотуопроса датчиков в зависимости отградиента параметров и может бытьвыполнен в виде реверсивного счетчика с параллельным выходом. В этомслучае схема 9 управления обеспечивает переключение счетчика на вычитание или сложение, а также фиксирование счетчика в любом промежуточном значении. Блок 12 управления лебедкой регулирует скорость погруженияв зависимости от градиента параметров и также может быть выполнен ввиде счетчика с параллельным выходом,причем управление его работой осуществляется схемой 8 управления, Дешифратор 13 состояний в зависимости 55от соотношения текущих значений частоты опроса и скорости погруженияформирует соответствующие командыуправления на блок 12 управления лебедкой и блок 11 выбора частоты, 60обеспечивая тем самым оптимальныйрежим зондирования с учетом достиже -ния минимального времени работы.Устройство работает следуюшИм образом,Из блока б приема и преобразования через линию 16 связи на приемопередатчик 4 поступают команды наизмерения. По этим командам преобразователь 7 подключается к соответствующему датчику 2, принимает информа 1 ию от него и преобразует в соответствующий вид. Измеренные данные черезприемопередатчик 4 и линию 16 связипоступают на блок б приема и преобразования, а затем в регистратор иблок 7 градиентов, где они анализируются с целью определения градиентов,измеренных параметров и сравнения их с допустимыми пороговыми значениями. В блоке 7 градиентов формируются также и временные метки. Взависимости от программы адаптБиив блоке вычисляются отношенияЛГОпределение градиентов осуществлявется непрерывно или по двум последним измерениям, или по серии после -довательных последних измерений. Допустимые пороговые значения вычисляются заранее, исходя из допустимыхдинамических погрешностей, дискретности измерения, постоянной временидатчиков и устанавливаются в блоке7 градиентов в качестве исходныхданных. Если в результате анализавыявляется, что градиент измеренногопараметра находится в допустимыхпределах, то на выходе блока 7 градиентов формируется сигнал 0,который закрывает схемы 8 и 9 управления. Этим самым достигается неизменность состояний блока 12 управления лебедкой и блока 11 выборачастоты опроса, и, следовательно,сохраняется оптимальный режим зондирования,Если в результате анализа выявляется, что градиент измеряемого параметра превышает допустимый, то для достижения оптимального режима зондирования необходимо либо увеличить скорость опроса датчиков, либо уменьшить скорость движения погружаемого контейнера 1. На выходе блока 7 градиента формируется сигнал -1, по которому схема 9 управления разрешает переход реверсивного счетчика блока 11 выбора частоты опроса в состояние, соответствующее более высоким скоростям опроса датчиков, Этот же сигнал поступает на схему 8 управления и разрешает переход реверсивного счетчика блока 12 управления лебедкой в состояние, соответ - ствующее меньшим скоростям зондирования. Переход счетчиков в новое состояние возможен лишь гри поступлении команды с дешифратора 13 состояний, который, проанализировав текущие значения скорости погружения и частоты опроса датчиков, формирует необходимый управляющий сигнал. Оптимальные соотношения Между скоростью погружения и частотой опроса датчиков анализируется заранее, исходя из воэможностей лебедки, режимов работы регистраторов, обеспечения минимального времени работы и т.д., и закладываются в виде жесткой программы в схему дешифратора 13 состояний.Если градиент параметра уменьшается и возможно увеличение скорости погружения или снижение частоты опроса, то на выходе блока 7 градиента Формируется сигнал +1, по которому схема 9 управления разрешает переход реверсивного счетчика блока 11 выбора частоты опроса в состояние, соответствующее меньшим скоростям опроса датчиков, а схема 8 управления разрешает увеличение скорости зондирования.Изменение состояний блока 12 управ ления лебедкой и блока 11 выбора час.- тоты опроса продолжается до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный режим зондированияИспользование зондирующего устройства, в котором предусмотрена воэможность изменения темпа измерения и скорости перемещения в зависимости от характеристик изучаемой водной среды, позволяет существенно повысить качество наблюдений за счет . снижения динамической погрешности, увеличить срок службы и надежность работы аппаратуры за счет сокращения времени работы, снизить затраты машинного времени на обработку информации вследствие снижения избыточности получаемых данных, повысить производительность труда. Формула изобретенияЗондирующее устройство для измерения параметров водной среды, содержащее погружной контейнер с датчиками параметров водной среды, преобраэователем, входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков, и приемопередатчиком, вход ивыход которого соединены соответственно с выходом и входом преобразо 5 вателя, бортовое устройство, в сост ав которо го входят бло к приема ипреобразования, блок выбора частотыоПюса, выход которого соединен свходом блока приема и преобразования,регистратор, вход которого соединенс выходом блока приема и преобразования, лебедку с блоком управления,соединенную с погружным контейнером,и линию связи, подключенную к приемопередатчику и блоку приема и преобразования, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью сокращения временизондирования, в бортовое устройствовведен дешифратор состояний, входыкоторого соединены с выходом блокавыбора частоты опроса и выходом блока управления лебедкой, первая схемауправления, вход которой соединен свыходом дешифратора состояний, авыход соединен с входом блока управ 25 ления лебедкой, вторая схема управления, вход которой через инверторсоединен с выходом дешифратора состояний, а выход соединен с входом блокавыбора частоты опроса,и блок градиен 30 тов, вход которого соединен с выходом блока приема и преобраэованйя,а выход соединен со входами схемуправления,Источники информации,З 5 принятые во внимание при экспертизе1. Проспект Фирмы Нейл Браун глубоководный зонд МаЖ 111 СТР - Маг)с111 СТР Яуяев. Ме 11 Вгоцп 1 пягищеп Буяещ 1 пс.40 2. Маклаков А.Ф. и др. Океанографические приборы. Л., Гидрометеоиздат, 1975, с. 148.3Сб. Автоматизация научныхисследований морей и океанов,45,ч. 1,. Севастополь, изд, МШ АН УССР,1972, с. 215 (прототип).Тираж 1019 ственного ко бретений и о 35, Раушская Подписимитета СССРкрытийнаб., д, 4/5