Измеритель течений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АЗВОИЗОИМ СВИ ВИЛЬСТВУ(23) Приоритет Союз Советских Социалистических Республико 11851266 рцм. (л,з О 01 Р 5/08 Государствеииый комитет ссс) по делам изобретеиий и открвпий ФДата опубликования олисаиия 300291 Я.йЯ.П. Юауриньш, Я.Я. Даванс, А.Й Вулис, , . .П,Н. ЕроФеев и А.Г. СенкевичЦентральное проектяо конструкторское и технологическое,бюро Всесоюзного рыбонромьащенного объединил ")рпщнойбассейна и Всесоюзный научно-исследоийтея)ьский институтюорского Рыбного хозяйства н океанографии(54) ИЗВЕРИТЕЗЬ 1 ЕЧЕНИЯ Изобретение относится к приборо-строению и мойет быть использованопри измерении скорости и направленияморских течений,Известны автономные приборы для измерения скорости и направления течения,построенные на принципах механичес-.кого преобразования гидродинамического давления потока в угловое перемещение оси первичного измерительногопреобразователя. Чувствительным элемейтов у этих приборов обычно явля"ется ротор (лопастной винт, крыльчатка) с горизонтальной нли вертикальной осью вращения. Направление тбче М)ния определяется измерением угламежду диаметральной плоскостью устаиовивыегося в потоке корпуса имагнитным меридианомНедостатки этих приборов ".аключа- фются в том, что они измеряют только горизонтальные составляющие течения, в результате получается искаженная информация о потоке, посколькув нем присутствует еще и вертикальнаясоставляющая, не регистрируемаяэтими приборамиКроме того, в такихприборах отсутствуют устройства иузлы, обеспечивающие стабилизациюих в потоке,НаибОлее близким кПредлагаемомуно технической сущности и достигаемому результату является измерительтечений, содержащий измерительныеэлементы, полыйсообщающнйся с Окружающей средой подвижный корпус, в котором расположены блок, определяющий положение корпуса относительно магнитного Меридиана, успокоитель и ориентатор на земной центр, а также шарнирно соединенный с полым корпусом кронштейн, установленный на штанге с возмойностью поворота вокруг нее, на котором закреплен съемныйгерметичный корпус с установленными в нем регистратором и блоком питания 21.Существенным недостатком известного измерителя является низкая точность получаемых результатов из-за неэффективности действия стабилизирующих н ориентирующих устройств, поскольку они жестко связаны с корпусом измерителя, а корпус - с измерительными элементами, Это особенно сказывается при измерениях течений в больщих акваториях, когда на результаты измерений отражается не- стационарность и турбулентность потоков, стремящихся вывести измерительиз занимаемого им положения. Крометого, иа чувствительные элементывместе с потоком воздействует гидростатическое давление, поскольку этодавление на разных горизонтах разное, так как при измерении на нихтечений появляются дополнительныеошибки, то это приводит к необходимости корректировки полученной информации и усложняет обработку данных.Цель изобретения - повыаение точности измерения.указанная цель достигается тем,что известный измеритель снабжен установленным в полом корпусе по егопоперечной оси с возможностью вращения двумя полуосями, на которых жестко закреплены измерительные элементы,расположенные снаружи подвижногокорпуса, блок определения положениякорпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель и орнентатор наземной центр. Кроме того, корпус выполнен в виде эллипсоида вращения,а успокоитель и ориентатор ыа земнойцентр, выполненный регулируемым,расположены по одну сторону от осивращения полуосей,Наличие в измерителе дисбалансного устройства (успокоителя с ориентатором),самоориентирующегося по отношению к земному центру, и его защищенность от внешних неблагоприятныхфакторов при помощи корпуса,обеспечивает невосприимчивость измерителяк пульсациям и турбулентности потоков, что в целом в работе измерителясоздает благоприятНые условия,оприкоторых возможно получить наибольшуюточность и достоверность получаемойинформации. Этому способствует также взаимная жесткая связь между составными частями дисбалансного устройства и измерительными элементами. Выполнение корпуса в виде эллипсоида вращения обеспечивает постоянную непрерывную самоориентацию измерителя по потоку, что повышаетточность определения направления течения. Расположение успокоителя иориентатора по одну сторону от полуосей обеспечивает ускоренное затухание колебаний дисбалансного устройства и придает стабильность ориентированному положению измерительныхэлементов, что также повышает точность измерений. Возможность регулирования ориейтатора позволяет установить и отрегулировать дисбалаисноеустройство в положение, при которомдостигается наибольшая стабильностьего работы, что также способствуетповышению точности измерений,На фиг. 1 изображен предлагаемыйизмеритель, общий вид; на фиг. 2разрез А-А на Фиг. 1; на фиг. 3 схема ориентации измерительных элементов, например, при воздействии на измеритель сильных подводных течений.Измеритель течений содержит корпус 1, выполненный в вйде полого эллипсоида вращения, способного запол5,няться водой, например, через отверстия, расположенные по периметрукорпуса не показаны), измерительныеэлементы 2 в виде двух пар взаимноперпендикулярных ультразвуковых излучающих и приемных антенн 1-1 и 11-11, ориентированных по ортогональнымосям системы прямоугольных координатв пространстве, размещенных по обеимсторонам корпуса 1 и закрепленных иаполуосях 3, расположенных по поперечной оси корпуса 1 и жестко связанных с успоконтелем 4 и ориентатором5 на земной центр. При этом полуоси3, уснокоитель 4 и ориентатор 5 наземной центр совмастно образуют защи щенное корпусом от возмущения водныхмасс дисбалансное устройство, самоориентирующееся на земной центр.Ориентатор 5 на земной центр ввиде регулируемого груза закрепленв успокоителе 4. Легкий ход полуосей3 обеспечивают подшипники 6, Внутрикорпуса 1 размещены также загерметизированный в кожухе 7 блок 8, определяющий положение корпуса 1 относительно магнитного меридиана и представляющий собой, например, магнитныйкомпас авиационного типа, и электронный блок 9 в герметическом кожухе 10.Корпус 1 имеет две степени свободыперемещения, благодаря узлам 11 и 12вращения, обеспечивающим его свободное вращение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Подвески 13обеспечивают применение измерителякак в заякоренном положении,когда он 40 крепится к буйрепу (не показан), таки при измерениях с борта судна, Вер-.тикальная штанга 14 в виде оси, посаженная на подшипниках 15 кронштейна 16, обеспечивает свободное гори зонтальное перемещение корпуса 1 исвязанных с ним измерительных элементов 2, К кронштейну 16, который слу,жит несущим элементом измерителя,крепится легко съемный герметичный ) корпус 17 с крышкой 18, внутри которого размещены регистрирующее устройство 19 и блок 20 питания. Конструкция предлагаемого измерителя позволяет крепить его, например, к буйрепу при помощи стандартных рам (ие фф показаны), применяемых в океанографии в качестве несущего элементадля приборов.Измеритель работает следующим образом.66 С судна опускают на буйрепе закрепленный измеритель течений на туглубину, на которой необходимо проводить измерения. Нижйий конец буйрепа закрепляется к грунту людным иэ вестным способом. При непрерывномизмерении на разных горизонтах, например, с борта судна нижний конец буйрепа и соответственно его крепле. ыие к грунту й производится. Под действием морских течений на корпус 1 благодаря его Форме зллкпсрида вращения и возможности свободного перемещения в узлах 11 и 12 вращения измеритель занимает ориентированное положение в потоке, при этом дисбалансяое устройство в составе успокоителя 4 и ориентатора 5 на земной центр при затухающем колебательном вращении полуосей 3 в подшипниках бзанимает положение,при котором кэмерительные элементы 2 устанавливаются Соответственно в стабильном вертикальном и горизонтальном положениях. Затуханию колебаний полуосей 3 способствует связанный. с ним успокоитель 4, принимающий своими плоскими поверхностями-лопастями противодавление 20 воды, находящейся внутри корпуса 1.При отклонении буйрепа, а также измерителя от вертикального положения, например, на угол а (Фиг. 3), что при измерениях течений в больших 25 акваториях неизбежно, поскольку зто определяется как дрейфом судна, так ,и воздействием сильного течения иособенно турбулентности потока, измерительные элементы 2 и их антенны 1-1 и 11-11 остаются в первоначальном, ориентированном в пространстве положении соответственно координатным осям Х,У и 2, чем объясняется повьваенная точность измерения.Процесс измерения течений, включающий .измерение величин их горизонтальной и вертикальной составляющих относительно земного центра и магнитного,меридиана, производится общеизвестным способом, например, по 40 следующей схеме. Измеритель течений регистрирует величину горизонтальной составляющей скорости течения к ее угол отклонения от магнитного меридиана, а также величину его вертикаль ной составляющей. В результате представляется возможность при обработке данных получить скалярную велкчкиу, выраженную в м/с, вектора скорости течения и его пространственное поло-. у жение относительно прямоугольной,ко ордкнатиой системы в пространстве, ориентированный осью Е яа центр эем" ли, а осями Х к У - соответственно на широты к долготы координатной сетки кашей планеты.В основу измерения скорости течения положен частотный способ измерения с помощью ультразвука. Ин-формация о скорости потока получается как разность частот автоциркуля цкк акустического синхрокольца измерительных антенн 1-1 и 11-11, расположенных по соответствующим ортогональным осям,.при циркуляции акустического сиихрохольца в обоих наорав лениях относительно потока путем подсчета разности числа импульсов эа определенный интервал времени измерения. Интервал измерений выбирает,ся таким образом, чтобы число импульсов соответствовало физической вели" чине измеряемого параметра. Измерение калоавления течения сводится х измерению угла поворота корпуса 2 по отношению к магнитному меридиану, осуществляемое блоком 8, определяющим положение корпуса относительно магнитного меридиана, включающим, например, компас авиационного типа, который непосредственно связан со следящей системой отработки угла поворота относительно магнитного меридиана земли с выходом на 8-разрядный преобразователь угол-код . Информаци 9 п р физических величинах в виде двоичцого кода по кабелю-тросу (яе показан) передается на буйковую станцию.или записывается регистрирующим устройством 19, например, на магнитную ленту. Питание измерителя осуществляется блоком 20 питания.Таким образом, предлагаемый измеритель течений представляет собой дисбалансную систему в потоке, занимающую ориентированное положение относительно потока и земного центра независимо от действующих на измеритель внешних факторов, и обеспечивает определение истинной скорости и направления течения в больших экваториях, например в морях и океанах.Формула изобретения1, Измеритель течений, содержащий измерительные элементы, полый, сообщающийся с окружающей средой подвижный корпус, в котором расположены блок определения положения корпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель и ориентатор на земной центр, а также шарнирно соединенный с полым корпусом кронштейн, уставов- ленный иа штанге с возможностью поворота вокруг нее, на котором закреплен съемный термический корпус с установленным в нем регистратором и блоком питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен установленными в полом корпусе по его поперечной оси с возможностью вращения двумя полуосями, на которых жестко закреплены блок определения положения корпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель, ориеятатор на земной центр, и расположенные снаружи корпуса измерительные элементые2. Измеритель по и. 1, о. т л ич а ю щ и й с я тем, что успохоитель и ориентатор на земной центр расположены по одну сторону от оси вращения полуооей.3. Измеритель по п. 1, о т л ич а в щ и й с я тем, что корпус выполнен в виде эллипсоида вращения.4. Измеритель по п. 1, о т л и,ч,а в щ и й с я тем, что ориентатор йа земной центр выполнен регулиру- емйме Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Маклаков А.ф. и др. Океанографические приборы. Л., Гидрометеоиздат, 1975, с. 197,2. Авторское свидетельство СССР 9 469087, кл. 6 01 Р 5/08, 15.06.73 (прототип),В 51266 Составитель Н. МилехУехред Т.Маточка Пожо Кор Редактор М, Митровка Заказ 6343 6 филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 краж 907 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 035, Москва, Ж"35, Рауюск