Устройство для определения параметров волн

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН, содержащее две пары электродов, размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостя питаеьих от источника переменного напряжения и подключенных к схеме обработки сигналов, снимаемых с пар электррдов, отличающее ся тем, что, с целью упрощения схёкы обработки сигналов при определении крутизны и ориентации волнового склона , в центре симметрии обеих пар электродов закреплена вертикгьльио индукционная катушка, обмотки котог рой подключены к схеме обработки сигналов, а одна из пар электродов подключена к источнику переменного напряжения через фазосдвигающее звено. 2.Устройство по п. 1, отличающее ся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, обмотка индукционной катумки составлена из двух секций, размещенных по высоте сердечника катушки и включенных встречно, а электроды, длина которых не превышает длины намотки секции, размещены на уровне только одной из секций. 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем,.что проводники для подключения электродов к источнику переменного напряжения проложены в сквозном центральном от .верстии цилиндрического сердечника индукционной катушки, а сами электроды закреплены на внешней поверхности образующим цилиндрического корпуса, соосного расположенному внутри него сердечнику с обмоткой. / - г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СЦ Ю

РЕСПУБЛИК

„„SU„„426 А

3(50 G 01 С 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3509935/18-10 (22) 11,11,82 (46) 07,12.83. Бюл, Р 45 (72) В.Г,Иванов и А,А.Kîíoâàëîâ (53) 528 ° 47 (088,8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 532758, кл, G 01 С 13/00, 1976, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 477301, кп. Q 01 С 13/00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 446746, кл. Q 01 С 13/00, 1973. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕ

ЛЕНИЯ IIAPAMETPOB ВОЛН, содержащее две пары электродов, размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостях„ питаемых от источника переменного напряжения и подключенных к схеме обработки сигналов, снимаемых с пар электродов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения схемы обработки сигналов при определении крутизны и ориентации волнового склона, в центре симметрии обеих пар электродов закреплена вертикально индукционная катушка, обмотки которой подключены к схеме обработки сигналов, а одна иэ пар электродов подключена к источнику переменного напряжения через фаэосдвигающее звено.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч ающе е ся тем, что, с целью повыаения помехоз ащищенности, обмотка индукционной катушки составлена иэ двух секций, размещенных по высоте сердечника катушки и включенных встречно, а электроды, длина которых не превыаает длины намотки секции, размещены на уровне только одной из секций, 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, .что проводни-Е ки для подключения электродов к источнику переменного напряжения проложены в сквозном центральном от,верстии цилиндрического сердечника индукционной катушки, а сами электроды закреплены на внешней поверхности по образующим цилиндрического корпуса, соосного расположенному внутри него сердечнику с обмоткой.

1059426

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения параметров волн, содержащем две пары электродов, размещенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, питаемых от источника переменного напряжения и подключенных к схеме обработки сигналов, снимаемых с пар электродов, в центре симметрии обеих пар электродов закреплена вертикально индукционная катушка,, обмотки которой подключены к схеме обработки сигналов, а одна из пар электродов подключена к источнику переменного напряжения через фазосдвигающее звено.

Для повьыения помехозащищенности устройства обмотка .индукционной катушки сос.гавлена из двух секций, размещенных по высоте сердечника катушки и включенных встречно, а электроды, длина которых не превышает длины намотки секции, размещены на уровне только одной из сек ций, Кроме того, проводники для подключения электродов к источнику переменного напряжения проложены в сквозном центральном отверстии цилиндрического сердечника индукционной катушки, а сами электроды закреплены на внешней поверхности по образукщим цилиндрического корпуса, соосного расположенному внутри него сердечнику с обмот кой, На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая принцип действия устройства, на фиг. 2 - структурная схема устройства, на фиг, 3 предпочтительная конструктивная модификация устройства, Датчик устройства состоит из электродов 1-1 и 2-2, установf ленных по образующим цилиндричес- кого корпуса 3 симметрично в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, Внутри корпуса 3 расположена индукционная катушка 4, продольная ось которой совпадает с осью симметрии электродов 1-1 и

2-2, Электроды 1-1 непосредственно соединены с источником 5 переменного напряжения, а электроды 2-2 - через фазосдвигающее звено 6 обеспечивающее сдвиг фазы на 90. Обмотка индукционной катушки

4 через усилитель 7 соединена со схемой 8 обработки сигналов.

Обмотка индукционной катушки может быть выполнена из двух секций

9, разнесенных по сердечнику 10.

Через аксиальное отверстие цилиндрииеского серцечника 10 проложены .проводники 11, по которым подаются напряжения питания измеоительньи( электродов 1-1 и 2-2

I I

Однако обработка результатов измерений, связанная с интегрированием 7 разностных сигналов, датчиков, требует достаточно сложной схемы и не предусматривает определения крутизны и ориентации волнового склона.

Дель изобретения — упрощение схе-. мы обработки сигналов при определении крутизны и ориентации волнового склона.

Изобретение относится к гидрофизике и может быть использовано при изучении поверхностных и внутренних волн в лабораторных и натурных условиях, Известны устройства для определения параметров морских волн с rtoмощью буя, в которых контактное устройство, прикрепл нное к маятниКоВоА подвеске, заьыкается на кругоBGA поx енциометр, Контактное устрой- 10 ство обесгечивает определение ориентации фронта волнового склона по индикации направления максимального уклона волны относительно направления ветра, регистрируемого флюгаркой 11) . 5

Недостатками этого устройства яФляются невозможность его применения для исследования внутренних волн, малые точность и надежность, связанные с использованием электромеханических систем.

Известно также устрбйство регистрации параметров волн, в котором измерительные электроды вращаются относительно вертикальной оси, Ориентация фронта волны может быть определена путем измерения углового положения максимального уклона на круговой диаграмме регист-, ратора (2) .

Недостатком известного техни- 30 ческого решения является искажение волнового поля собственным движением вращающихся электродов, что снижает точность и достоверность результатов измерения. Для умень- 35 шения искажений скорость вращения электродов устанавливается низкой. Однако при этом сужается динамический диапазон, из-за чего устройство неприменимо для реги т 4О рации параметров коротких волн с крутым фронтом.

Наиболее близким техническим решением, сохраняющим возможность выполненйя измерений в достаточно широком динамическом диапазо 5 не, является устройство, в котором с помощью двух пар взаимно перпендикулярных датчиков - проволочных электродов, питаеьих от стабилизиро-, ванного источника переменного то- 50 ка,предусмотрено определение уклонов взволнованной поверхности в двух взаимно перпендикулярных направлениях 3), 1059426

С помощью двух пар электродов

1-1(и 2-2(в проводящей среде создается вращающееся поле электрического тока. регистрации искажений этого поля в присутствии волнового склона осуществляются путем измерения напряженности магнитного поля, создаваемого токами растекания электродов, Вращающееся электрическое поле

Г

E . создают путем подачи на злект- 10 роды 1-1 и 2-2 напряжений 0» «( и 9 .(одинаковой амплитуды U. u частоты (й», (сдвинутых относи.— тельно друг друга по фазе на 90 . О, «, = »(с(э»)о

0 = Оэ»»»с)(°

При вертикальном расположений корпуса 3 вокруг оси индукционной катушки 4 в горизонтальной плоскости возникает в проводящей, среде вращающееся с частотой 6) поле электрического тока. Стекающйй с каждого из электродов ток разветвляется на токи, которые распределяются относительно корпуса 3 сим( метрично, как точки J«и Э, »,фиг,1), Для наглядности на фиг. 2 токи 3»,J »,Ý, Э, стекающие с электродов 1-1 и 2-2, показаны проте кающими -по проводникам с реэисто- 30 рами (»„R< В », Rz . Суммарное магнитное поле, создаваемое токами растекания по оси 0-0, регистрируется индукционной катушкой 4.

Направления токов Э« и 3> (соот- 35 ветственно J2 и Э ), таковы что магнитные поля, создаваемые ими по оси 0-0, направлены навстречу друг другу е

Поэтому в стратифицированной по 40 вертикали среде в отсутствии волно вого склона вращающиеся поля элект рических токов «J», Э, и Э, Э симметричны, а суммарное магнитное поле по. оси 0-0, действующее на катуш- 45 ку 4, р авн о нулю, Присутствие волнового склона искажает симметрию вращающегося поля тока, При этом суммарная индукция магнитного поля по оси 0-0 зависит как от крутизны волнового склона, 50 так и от его ориентации относительно электродов датчика. Если отсчитывать угол ориентации фронта относительно оси, проходящей через электроды 1-1, то приращения токов, 55 вызванные присутствием волнового склона, будут соответственно равны ьЭ»(» Ж» бг11усобp

a Jû "т-з Ь,-6>) tgycosp, где0»,, Ц, — напряжения между соответствующими электродами

6 -6 - разность проводимостей ( между средами; 65

Cga — крутизна волнового склона.

Учитывая, что 0», =- ».(Соз „»„Ь, uz.zi iu e»n cd0t получаем ð =

= u(,-Ь,> gy co (., p, I где AP - изменение индукции маг-. (. нитного поля по оси 0-0; коэ ффици ен т пр опорциональности.

Амплитуда приращения индукции магнитного поля при постоянной разности электропроводимостей между средами является функцией крутизны волнового склона, а фаза индукции однозначно определяется ориентацией фронта волнового склона относительно оси, проходящей через электроды .1-1, Иэмерение индукции магнитного поля осуществляется индукционной катушкой 4,. амплитуда напряжения на выходе которой пропорциональна крутизне волнового склона, а разность фаз между выходным напряжением катушки и напряжением на электродах 1-1 характеризует пространственную ориентацию фронта волнового т склона.

Выходное напряжение с обмотки ин дукционной катушки 4 через усилитель 7 гоступает на схему 8 офработки сигналов, в которой производится определение разности фаз между измеренной индукцией магнитного цоля и напряжением, создающим вращающееся поле электрического тока, и преобразование этой разности, характеризующей пространственную ориентацию фронта волнового склона, в форму, удобную для индикации.

В схеме 8 осуществляется также изме» рение.амплитуды напряжения, пропор" ционального индукции магнитного поля и характеризующего крутизну волнового склона, Одним из недостатков ийдукционной катушки, работающей на повышенной частоте, является высокая чувствительность к помехам, в частности создаваемым токами в прово( дах идущих к электродам 1-1

2-2 (Для пойышения помехозащищенности, что особенно важно при прове- дении работ в .условиях оптового бассейна, обмотка индукционной катушки выполнена из двух одинаковых секций» расположенных симметрично по длине сердечника и включенных встречно, а электроды с размерами, не превышающими длину намотки секции установлены напротив только

Ф одной иэ секций. В этом случае помехи, создаваеьие в секциях выходной обмотки внешними источниками, 105942á взаимно компенсируются, а токи, соэдаваемае исследуемым волновым склоном, действуют только на одну секцию индукционной катушки, что и приводит к появлению полезного сигнала на ее выходе, Применение бесконтактного метода измерения и повьиаенной частоты пита ния электродов обеспечивают высокую скорость кругового обзора пространства, расширяют динамический диапазон и повывфют точность определения крутизны и ориентации фрон та волнового склона.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает воэможность регистрации параметров как поверхностных, так и внутренних воли.

Проверка, выполненная в лабораторных условиях с помощью макета, подтвердила воэможность выполнения измерений с погрешностью определения ориентации фронта волнового склона не выае б.

ВНИИПИ Заказ 9817/4б

r.Óìãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4