Устройство для измерения вертикальных профилей гидрологических параметров морской воды

9357 бда и выхода датчика из воды в воздух можно лишь косвенным путем по точке резкого изменения температурной кривой. Однако такое определение температуры не является однозначным, на" пример, при равенстве температуры воды и воздуха, горизонтальной стра.- тификации температуры воды и воздуха, когда наблюдается равенство темпера" тур на различных горизонтах и т.п. 10 Кроме того, экспериментально установ. лено, что вследствие колебания трехпоплавковой системы на волне можно получить только лишь интегральную оценку температуры по глубине (осреднение 15 по глубине порядка 1 см при волнении моря до 2 баллов), Существуют колебания, вызванные волной, и их веКалицина(а(К) где К - коэффициент термодиффузии;а - амплитуда волны;ю - угловая частота волнения.Форма поверхностной волны и вызван ное ею тепловое колебание взаимосвязаны. При этом установлено, что гребень волны отстает от максимума тем" пературной волны от 0 до 90 . Следо"Фвательно, для точной интерпретации Зо результатов зондирования устройство должно одновременно измерять фазовый угол волны в точке пересечения дат" циками границы раздела.Цель изобретения - повышение точности измерения профилей температуры и расширение функциональных возможностей измерения.Поставленная цель достигается тем, цто в устройство для измерения вертикального профиля гидрологических параметров, содержащее несущую. труб" чатую мачту, поддерживаемую поплавками в вертикальном положении, снабженную кронштейнами, на которых закреплены блок автоматики, двигатель и два связанные тросом шкива, и датчик температуры, закрепленный на тросе и связанный кабелем с блоком автоматики, введены датчик электропрооводности, закрепленный на тросе в месте расположения датчика темпера" туры, и следящая система, состоящая из вибрационного волнографа, частотного дискриминатора, логического эле мента И-НЕ и многоканального регистратора, причем первые выходы датчиков температуры и электропроводности 9 4связаны поочередно с неинвертирующимвходом дополнительного компараторачастотного дискриминатора, вторые ихвыходы связаны со входом многоканального регистратора, а третий выход.датчика электропроводности связанс первым входом логического элемента И-НЕ, второй вход которого связанс выходом предварительного усилителя волнографа, при этом одновременно выход предварительного усилителясвязан через последовательно соединенные дифференцирующую цепь, генератор пилообразного напряжения, основной компаратор, фильтр, сумматор иусилитель частотного дискриминаторас двигателем, а выход генератора пилообразного напряжения через последовательно соединенные дополнительные компаратор, фильтр и электронноереле связан со входом сумматора иодновременно со входом основного компаратора,На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - блоксхема следящей системы зонда; нафиг, 3 - временная диаграмма напряжений частотного дискриминатора.Зонд имеет несущую мачту 1, удерживаемую на поверхности с помощьюпоплавков 2, блок автоматики 3, кронштейн 4 для крепления двигателя 5и герконовых реле б. Колебания чувствительного элемента (струны) волнографа 7 преобразовываются акустическим приемником 8 в напряжение электрического сигнала. Натяжение струныпроизводится поворотом винта 9 нанекоторый угол.Датчики 10 крепятся с помощью троса 11 на шкивах 12. Кабель 13 с помощью разъема 14 соединяет выход датчиков с платой следящей системы зонда 15. Для измерения профиля температуры на разных горизонтах креплениепоплавков на несущей мачте выполненоподвижным и фиксируется с помощьювинта 16.Натяжение троса 11 осуществляетсяс помощью гайки 17 и кронштейна 18,Гайка 19 служит для натяжения струныи ее фиксации на мачте.Следящая система .состоит из волнографа, который включает блок запуска20 выход которого связан со входомвибрирующего чувствительного элемента 7, а вход - последовательно черезформирователь длительности временного интервала.21, усилитель 22, ампли9357 5тудный селектор 23 и первый выход предварительного усилителя-ограничителя 24 связан с выходом акустического приемника 8, при этом второй выход предварительного усилителя 24 связан со входом многоканального регист" ратора 25. Третий выход предваритель" ного усилителя 24 связан со входом .частотного дискриминатора, который включает дифференцирующую цепь 26, 0 генератор пилообразного напряжения 27, выход которого связан с основным компаратором 28, выполненным на интегральном операционном усилителе, Одновременно выход генератора пилообраз ного напряжения 27 подан на вход дополнительного компаратора 29, выполненного на интегральном операционном усилителе. Выход основного компаратора 28 соединен с фильтром 30, а выход 2 ф дополнительного компаратора 29с дополнительным фильтром 31, выход которого соединен со входом дополнительного электронного реле 32, представляющего собой операционный усилитель, охваченный нелинейной отрицательнои оЬратной связью, выход которого подан на второй вход основного компаратора 28, а второй выход подан на сумматор 33. Выход фильтра 30 соединен со вторым входом сумматора 33, выход которого соединен со входом усилителя 34, выход усилителя 34 соединен с двигателем 5. Логический элемент И-НЕ реализован блоком 35. Зонд работает следующим образом, При опускании зонда на поверхность воды несущая мачта 1 погружается в воду на некоторую заданную глубину. Следящая система зонда обеспечивает равномерную протяжку датчиков 10 относительно нестационарной (взволнованной) границы раздела вода - воздух. При этом профили гидрофизических параметров регистрируются как при движении датчиков вниз, так и при движении их в обратном направлении, Скорость двигателя 5 обратно пропорциональна градиенту температуры или50 электропроводности в зависимости от того, по какому параметру происходит слежение, Изменение направления дви" жения датчиков 10 вверх или вниз осуществляется с помощью релейной схемы, управляющий сигнал на которую подает 55 ся с концевых выключателей, выполненных на герконовых реле 6, или с логического элемента И-НЕ 34 и герконовых 69 6реле 6 одновременно в режиме слежения по градиенту электропроводностиСледящая система зонда работаетследующим образом,Импульс с блока запуска 20 поступает на электромагнит (не показан).При этом происходит притяжение струны, а затем вибрация.Сигнал, частота которого пропорциональна изменению амплитуды волны,воспринимается акустическим приемником.Когда амплитуда колебания струны затухает, срабатывает амплитудныйселектор 23 и через формователь длительности временного интервала 21сигнал поступает на блок запуска 20.Процесс повторяется., С выхода акустического приемника сигнал поступаетна усилитель-ограничитель 22 и далеена частотный дискриминатор, которыйпреобразует отклонение частоты напряжения переменного тока относительно данной частоты в напряжение,При включении питающего напряжения и подаче на вход дифференцирующейцепи 26 напряжения О 1 представляющего собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов,снимаемых с предварительного усилителя"ограничителя 24, последние дифференцируются и в виде напряжения Опоступают на вход генератора пилообразного напряжения 27. С выхода генератора 27 напряжение Оп поступает наинвертирующий вход дополнительногокомпаратора 29, на неинвертирующийвход которого подается опорное напря.жение с датчика 10 температуры илиэлектропроводности. Одновременно пилообразное напряжение Оп поступаети на инвертирующий вход основногокомпаратора 28,фильтр 30 обеспечивает получение среднего значения напряжения. О , При 1 = 1 П Оф -- 0 . При изменейии частоты входного сигнала от 0 до оо выходное напряжение дополнительного фильтра изменяется в соответствии со статической характеристикой, ширина линейной зоны которой равна 2 ГН , а выходное напряжение дополнительного электронного реле равна Ор = 0 при изменении частоты входного сигнала от 0 до 21 Когда частота выходного сигнала становится равной 2 ГН , то соответственно на выходе дополнительного фильтра 31 на/ пряжение О ф = ОВы о; Напряжение О фравно ОЬжо пока частота входногосигнала Г2 ГИ.При подаче на вход дополнительного электронного реле 32на еговыходе фоРмиРУетсЯ сигнал Ог = О5Напряжение Орподается на вход сумматора 33 и одновременно на неинвертирующий вход основного компаратора 28,В результате того, что на неинвертирующий вход компаратора 28 поступает напряжение с выхода электронного реле 32, потенциал на этом входестанет равным О(а среднее значение напряжения Оф на выходе фильтра30 равно нулю. Результирующее напряжение ОВь, на выходе сумматора 33при этом равно Ощо,Получение импульса, фиксирующегофазовый угол волны в точке пересечения датчиком электропроводности гра" 29ницы раздела двух сред, реализуетсяизвестным логическим элементом И-НЕ34 на,один вход которого поступаетсигнал с датчика электропроводности10, а на второй вход - с четвертого 25выхода предварительного усилителяограничителя 24. При этом выходнойимпульс поступает на многокальныйрегистратор. При обработке получен. ной информации легко установить фа- ЗОзовый угол волны в точке пересечениядатчиками границы раздела по волнограмме и метке границы, получаемойна выходе схемы И-НЕ, на вход которой подается сигнал с .волнографа идатчика электропроводности.Одновременно выходной импульс ло-гического элемента И-НЕ служит для из"менения направления движения датчиковв случае слежения по градиенту электропроводности так как в воздухе значение электропроводности равно 0,Следящая система позволяет регистрировать профили температуры и электропроводности морской воды с точностью451 мм при волнении моря до 3 баллов.Применение устройства позволяетзначительно повысить точность измерения профилей гидрофизических параметров на взволнованной границе раздела;50электропроводности температуры и волнения моря, при одновременной фиксации фазового угла в точке пересечениядатчиками границы раздела, что является крайне необходимым для исследования колебаний температуры и элект 55ропроводности скин-слоя, Кроме того,устройство позволяет корректно исследовать профили верхнего слоя моря,где существуют большие градиенты температуры и электропроводности.Устройство для измерения профилейтемпературы и электропроводности может работать в пяти режимах;слежение только за взволнованнойграницей раздела с постоянной скоростью относительно границы;слежение одновременно по градиентуэлектропроводности и волнению, приэтом скорость двигателя обратно пропорциональна градиенту электропроводности;слежение одновременно по градиен-,ту температуры и волнению, при этомскорость двигателя обратно пропорциональна градиенту температуры;слежение только по градиенту элект.ропроводности в случае спокойной границы раздела;слежение только по градиенту температуры в случае спокойной границыраздела,Во всех случаях одновременно Фиксируется момент перехода датчикамиграницы раздела,Формула изобретенияУстройство для измерения вертикальных профилей гидрологических параметров морской воды, содержащее мачту, удерживающую на поверхности воды поплавками, на которой установлен двигатель с приводом, соединенным с тросом, снабженным датчиками, соединенными с регистратором, о тл и ч а ю щ е е с я, тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены логический элемент И-НЕ, волнограф, содержащий чувствительный элемент преобразователь акустических сигналов в электрические, предварительный усилитель-ограничитель, частотный дискриминатор, содержащий усилитель, дифференцирующую цепь, генератор пилообразного напряжения, основной и дополнительный компараторы, основной и дополнительный фильтры, электронное реле, сумматор, причем первый выход датчиков соединен с одним из входов регист ратора, второй выход соединен с неинвертирующим входом дополнительного компаратора, третий - с первым входом логического элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом предварительного усилителя волногра9 935769 10фа, выход предварительного усилителя- реле соединен с входом сумматора и ограничителя соединен через последо- с входом компаратора.вательно соединенные дифференциру- Источники информации, ющую цепь, генератор пилообразного принятые вр внимание при экспертизе напряжения, основной компаратор, ос"1. Авторское свидетельство СССР новной фильтр, сумматор и усилитель по заявке У 2785852/25,частотного дискриминатора с двигате- кл. 6 01 й 27/02, 1980.лем, а выход генератора пилообразного 2. Андреев Е. Г, и др. 0 вертикаль напряжения через последовательно со- ном профиле температуры вблизи граединенные дополнительный компаратор, 1 о ницы раздела море - атмосфера. "Окедополнительный фильтр и электронное анология", М., 1969, У 2, с. 3 ч 8-355,Иу фЮыюр Ььц СоставительРедактор М. Петрова Техред А. А ивенко ректор Г, Огар одписное/43 Тираж 887 П ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.