Волнограф

 

ВОЛНОГРАФ, содержащий чувствительный элемент,выполненный в виде натянутой cTpyHF.i,электромагнит,усилитель мощности,подключенный выходом к электромагниту, и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности путем получения непрерывной.информации и повьппения чувствительности, в него введены генератор синусоидаль ного напряжения, пьезоэлемент и блок сравнения фаз, при этом один выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом усилителя . мощности, а другой выход подключен к первому входу блока сравнения фаз, к второму входу которого через пьезоэлемент подсоединен чувствительньй элемент, а к выходу - регистратор. СО СХ) ф со

СОЮЗ СОВЕтСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН

4(5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3593681/24-10 (22) 20,05.83 (46) 07.02.85. Бюл.N - 5. (72) Ю.С.Белавин, А,Т.Гопко, С.О.Колесов и A,М.Филиппов (7!) Морской гидрофизический институт АН Украинской ССР (53) 528.54 (088.8) (56) 1.Àíòîðñêîå свидетельство СССР

11 943526, кл.G 01 С 13/00,18.12.80.

2. Авторское свидетельство СССР

1051374, кл,G 01 С 13/00,19,11.82 (прототип). (54)(57) ВОПНОГРАФ, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде натянутой струны, электромагнит,уси„„SU„„1138649 А литель мощности, подключенный выходом к электромагниту, и регистратор, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения его эффективности путем получения непрерывной.информации и повышения чувствительности, в него введены генератор синусоидаль" ного напряжения, пьезоэлемент и блок сравнения фаз, при этом один выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом усилителя . мощности, а другой выход подключен к первому входу блска сравнения фаз, к второму входу которого через ньезоэлемент подсоединен чувствительный элемент, а к выходу — регистратор.

1138б49

Изобретение относится к океанографическим измерениям и может быть использовано для определения параметров ветрового волнения на морях, водохранилищах как в прибрежной

5 зоне„ так и с судов в дрейфе. Кроме того, оно может быть использовано для технологического контроля. уровня в цистернах, например, при хранении и .транспортировке нефтепро- 1О дуктов, виноматериалов и др.

Известны волнографы,содержащие вибрирующий чувствительный элемент, предварительный усилитель, блок запуска,формирователь длительносТН временного интервала, блок приемных катушек, усилитель мощности, амплитудный селектор, электромагнит и регистратор 1 1«l.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является волнограф,содержащий вибри-. рующий чувствительный элемент, звукосниматели, сумматор, предварительный усилитель, выпрямитель, счетчик чис- д5 ла импульсов, ключ,RС-фильтр, первый и второй нуль-органы, триггер, схему И,кварцевый генератор, усилитель мОЩнОсти, электромагнит, блОк запуска и регистратор, при этом вы-! ходы вибрирующего чувствительного элемента связаны с входами звукоснимателей, выходы которых соединены с входами сумматора, выход сумматора соединен с предварительным уси35 лителем,выход которого через последовательно соединенные выпрямитель, счетчик, ключ и кС-фильтр связан с входами первого и второго нуль-органов, второй выход выпрямителя соединен с вторым входом RC-фильтра, а выход первого нуль-органа — с пер.— вым входом триггера, второй выход которого соединен с первым выходом второго нуль-органа, второй выход которого последовательно через усилитель мощности, блок запуска и электромагнит связан с вибрирующим чувствительным элементом, а выход триггера соединен с входом схе50 мы И, второй вход которой подключен к кварцевому генератору, а выход схемы И связан с входами регистратора f2), Однако для известного устройства характерны невозможность получения непрерывной информации, так как в каждом цикле измерений Отсутствует информация в моменты срабатывания электромагнита, а также недостаточно высокая чувствительность вследствие большой крутизны характеристики.

Цель изобретения — повышение эффективности устройства путем полу" чения непрерывной информации и повышение чувствительности, Поставленная цель достигается тем, что в волнограф, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде натянутой струны, электромагнит, усилитель мощности, подключенный выходом к электромагниту, и регистратор, введены генератор синусоидального напряжения, пьезоэлемент и блок сравнения фаз, при этом один выход генератора синусо.идального напряжения соединен с входом усилителя мощности, а другой выход подключен к первому входу блока сравнения фаз, к второму входу которого через пьезоэлемент подсоединен чувствительный элемент, а к выходу — регистратор.

Путем введения в схему двух усилителей-ограничителей, второго выпрямителя, двух дифференцирующих цепей, пьезоэлемента, генератора синусоидального напряжения, а также образования новых связей между блоками построена блок-схема волнографа,принцип действия которого основан на измерении сдвига фазы между колебаниями струны и вынуждающей силы. Такое построение позваляет получить непрерывную информацию и повысить чувствительность.

На фиг.1 представлен волнограф, общий вид; на фиг,2 — его блок-схема; на фиг,3 — - временные диаграммы работы волнографа, где а — напряжение на выходе генератора синусоидального напряжения, б — напряжение на выходе пьезоэлемента, в напряжение на выходе второго усилителя-ограничителя, r — напряжение на выходе первого усилителя-Ограничителя, д - напряжение иа выходе второй дифференцирующей цепи; е — напряжение на выходе первой дифференцирующей цепи; ж — напряжение на выходе второго выпрямителя"; з — напряжение на выходе первого выпрямителя, и — напряжение на выходе триггера; на фиг.4 — график зависимости фазового сдвига 1 между колебания1138649 ми струны и вынуждающей силы от глубины погружения 2 струны в воду.

Корпус волнографа выполнен в виде трубы 1, к верхней и нижней частям которой прикреплены кронштейны 2. К корпусу крепится электромагнит 3, вибрирующий чувствительный элемент 4,выполненный из стального провода, нижним концом крепится на натяжных винтах 5 выступов 6 к нижнему 10 кронштейну, а верхний конец — к металлической упругой пластине 7, к которой приклеен пьезоэлемент 8, Ппастина 7 с помощью втулки 9 и винтов 10 крепится к стакану 11, ко- 15 торый прикреплен к верхнему кронштейну.Блок-схема волнограф содержит генератор 12 синусоидапьного напряжения, усилитель 13 мощности, электромагнит 3, чувствительный элемент 4, 20 пьезоэлемент 8, который соединен с вторым входом блока !4 сравнения фаз, выполненного в виде последовательно соединенных первого усилителя-ограничителя 15, первой диффе- 25 ренцирующей цепи 16, первого выпрямителя 17 и триггера 18, а также последовательно соединенных второго усилителя-ограничителя 19, второй дифференцирующей цепи 20, второго щ выпрямителя 21, подключенного к вто-. рому входу триггера 18, Первый вы ход генератора 12 синусоидального ,напряжения связан через усилитель 13 мощности с электромагнитом 3, кото" .

35 рый магнитным полем связан с чувствительным элементом 4, выход которого связан с входом пьезоэлемента 8, а второй выход — с вторым усилителем-ограничителем 19. Выход триг- до гера 18 связан с входом регистратора 22.

Устройство работает следующим образом

После погружения волнографа 45 в воду подается питание на измерительную схему волнографа. Напряжение генератора синусоидального напряжения поступает- через усилитель мощности на электромагнит, кото- 5О рый начинает колебать струну с частотой, равной частоте вынуждаю,щей силы, но с фазовым смещением Ч, которое зависит от глубины погружения струны в жидкость (фиг.4). Колебания струны передаются упругой . пластине и пьезоэлементу, который преобразует механические колебания струны в электрические. Первый 15 и второй 19 усилители-ограничители преобразуют напряжения генератора синусоидального напряжения и пьезоэлемента в прямоугольные импульсы той же частоты, которые после прохождения через первую 16 и вторую 20 дифференцирующие цепи, а затем через первый 17 и второй 21 выпрямители подаются на первый и второй входы триггера и управляют его работой.:

Импульсы с выхода первого 17 выпрямителя переводят триггер в одно устойчивое состояние равновесия, а импульсы с второго 21 выпрямителяв другое. В результате коллекторный ток одного из транзисторов триггера имеют форму прямоугольного импульса, длительность Т которого пропорциональна фазовому сдвигу Ч. В качестве регистратора используется устройство измерения временного интервала, которое определяет

В предлагаемом устройстве в отличие от известного работа электромагнита и преобразование колебаний струны в электрический сигнал совмещены во времени,поэтому приме«, нение блока индуктивных приемных катушек является весьма затруднительным ввиду значительных электромагнитных наводок от сильного магнитного поля электромагнита. Кроме того, наличие трех индуктивных катушек в блоке звукоснимателей хотя и уменьшает вредный эффект прецессирования струны, но не устраняет полностью его. Замена блока индуктивных звукаснимателей пьезоэлементом устраняе эти затруднения.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого волнографа по сравнению с базовым объектом> которым может быть известное устройство, являются .получение непрерывной информации и повышение чувст» вительности.

11 З8649

1138649

Редактор С.Саенко

Закаэ 10674/30 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий!

13035,Москва,Ж-35,Раушская наб,,д.4/5

10д

Составитель.В.Агапова

Техред С.йовжий Корректор М.Максими кннед

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород, ул,Проектная,4