Устройство для измерения параметров внутренних волн в море

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В МОРЕ, содержащее интегральный термопреобразователь , установленный на базовом тросе стационарной буйковой станции и соединенный с входом мостовой схемы постоянного тока, а также аналоговый регистратор, отличающееся тем, что, с целью 1 К :3 расширения функциональных возможностей путем одновременного опреде- ; ления периодов и высот внутренних волн, оно снабжено управляемым масштабным преобразователем, включенным между выходом мостовой схемы постоянного тока и аналоговым регистратором , двумя дополнительными измерительными каналами температу с точечными первичными преобразователями , расположенными на концах интегрального термопреобразователя, двумя схемами текущего осреднения и узлом вычитания напряжений, причем выходы дополнительных измерительных каналов температуры подключены к дополнительным синхронным каналам ; записи аналогового регистратора и через схемы текущего осреднения к входам узла вычитания напряжений, выход которого соединен с управляющим входом управляемого масштабного преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19} (11) 4(51} G 01 С 13 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

GllMCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ н A9TopcNolllv ссидстсссствм (21) 3634227/24-10 (22) 12.08.83 (46) 07.03.85. Бюл. Р 9 (72) И.A.Ñòåïàíþê (53) 528.541(088.8) (56) 1.Дерюгин К.К. и Степанюк И.A.

Морская гидрометрия, Л., Гидрометеоиэдат, 1974, с.256-258 °

2.Коняев К.В. и Сабинин К.Д.

Новые данные о внутренних волнах в море, полученных с помощью распределенных датчиков температуры.ДАН СССР, 1973, т.209, 9 1, с.86-89, (прототип) ° (54)(57) .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В МОРЕ, содержащее интегральный термопреобразователь, установленный на базовом тросе стационарной буйковой станции и соединенный с входом мостовой схемы постоянного тока, а также аналоговый регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного опреде-, ления периодов н высот внутренних волн, оно снабжено управляемым масштабным преобразователем, включенным между .выходом мостовой схемы постоянного тока и аналоговым регистратором, двумя дополнительными измерительными каналами температуры с точечными первичными преобразователями, расположенными на концах интегрального термопреобразователя, двумя схемами текущего осреднения и узлом вычитания напряжений, причем выходы дополнительных измерительных каналоВ температуры подключены к дополнительным синхронным каналам ф записи аналогового регистратора и через схемы текущего осреднения к входам узла вычитания напряжений, выход которого соединен с управляющим входом управляемого масштабного преобразователя.

1143973

Изнестно устройство для измерения параметров внутренних волн, принцип действия которого основан на антоматическом слежении за положением выбранной изотермы в зоне тер. моклина. Устройство содержит термочувствительный преобразователь, расположенный на горизонте залегания выбранной изотермы и свободно висящий на нижнем конце многожильного кабеля, являющегося линией связи между преобразователем и следящей системой с серводвигателем. Следящая система с серводвигателем расположена над поверхностью моря на станционарной платформе, установленной на свайном основании. На этой же платформе установлена лебедка с электроприводом от серводвигателя следящей системы, а на барабан лебедки намотан верхний конец кабельной линии связи. Выход следящей сис- емы подсоединен к аналоговому самописцу fl) .

Однако устройство весьма громоздко и его установка и использование возможны лишь на специальных прибрежных сооружениях типа стационарных платформ на свайных основаниях.

В связи с этим н экспедиционных условиях его применение становится нереальным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения параметров внутренних волн, содержащее интегральный (распределенный) преобразователь температуры, расположенный на базовом тросе стационарной буйконой станции таким образом, что середина преобразователя совмещена со средним положением термоклина, и выполненный,. например, н виде растянутой по вертикали изолирован-. ной медной проволоки, причем термопреобразОватель подсоединен к измерительной схеме, например, в виде моста постоянного тока, а выход измерительной схемы подключен к аналоговому регистратору, например; к самописцу напряжения (2j.

Внутренние волны обслуживают вертикальные перемещения термоклина. По измеренному значению напряже" ния определяется перемещение термоклина.

55 б0

Изобретение относится к приборостроению,н частности к устройствам для измерения морского волнения, и может быть использовано для проведения гидрофизических экспериментон по изучению явлений генерации,распространения и разрушения внутренних волн н зоне термоклина,т.е. в границе раздела слоев с различными значениями температуры.

Прербразонание сигнала в изнест» ной измерительной схеме устройства позволяет получить на в.налоговом регистраторе запись, вид которой отображает профиль внутренних воли.

Однако при этом такой важный параметр как высота (амплитуда) внутренних волн по-прежнему остается практическй неизвестной. Причина этого в том, что н функцию преобразования устройстна входят температуры выше и ниже термоклина,которые характеризуются существенной изменчивостью. При отсутствии информации о значениях этих температур и об их изменчивости остается неизвестной величиной коэффициент масштабирования шкалы высот.

Таким образом, известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, позволяет определить лишь периоды внутренних волн, но не дает возможности определять их высоты, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем одновременного определения периодов и высот внутренних волн.

Цель достигается тем, что устройство для измерения параметров внутренних волн в море, содержащее интег. ральный термопреобразонатель, установленный на базовом тросе стационарной буйковой станции и соединенный с входом мостовой схемы постоянного тока, а также аналоговый регистратор, снабжено управляемыл масштабным преобразователем, включенным между выходом мостовой схемы постоянного то.<а и аналоговым регист. ратором, двумя дополнительными измерительными каналами температуры с точечными первичными преобразователями, расположенными на концах интегрального термопреобразователя, двумя схемами текущего осреднения и узлом вычитания напряжений, причем выходы дОполнительных измерительных каналов температуры поДключены к дополнительным синхронным каналам записи .аналогового реги =тратора .и, через схемы текущего осреднения к входам узла вычитания напряжений, выход которого соединен с управляющим входом управляемого масштабного преобразователя.

На фиг.l показано расположение первичных преббразователей устройства на заякоренной буйконой станции. на фиг ° 2 — функциональная схема устройства.

Устройство содержит несущий буй 1 станции, базовый трос 2 станции, точечный первичный преобразователь 3 температуры, интегральный преобразователь 4, исходное положение термоклина 5, второй точечный

1143973

50 первичный преобразователь 6 темпеоатурЫ, кабельную линию 7 связи, якорь 8 измерительную схему 9 в виде моста постоянного тока, управляемый масштабный преобразователь 10, аналоговый преобразователь 11, например самописец напряжения, узел 12 вычитания напряжений; первый дополнительный канал 13 измерения температуры с точечным первичным преобразователем 3, расположенным на верхнем конце интегрального термопреобразователя 4, идентичные схемы

14 и 15 текущего осреднения, выполненные, например, в виде интеграторов на . ионисторах; второй допол- 15 нительный канал 16 измерения температуры с точечным первичным преобразователем 6, расположенным на нижнем конце интегрального термопреобраэователя 4. 20

Интегральный преобразователь 4 выполнен в виде данного длинного жгута (5-10 м), скрученного иэ большого количества элементарных петель изолированного медного провода. Точечные термопреобразователи 3 и 6 служат для определения температуры в месте их крепления. В качестве термопреобразователя может быть использован, например, термистор типа

NT-54. В качестве управляемого масштабного преобразователя 10 используется измерительный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления.

Устройство работает следующим образом.

Устройство стационарно устанавливается на заякоренной буйковой станции (фиг.l), состоящей иэ притопленного несущего буя 1, соединенного базовым тросом 2 с якорем 8. 40

Параллельно базовому тросу 2 закреплен интегральный термопреобразователь 4, выполненный, например, в виде изолированной медной проволоки, растянутой по вертикали. Причем пре- 45 образователь 4 закреплен таким образом, что его середина примерно совмещена -с исходным положением термоклина 5. На верхнем конце интегрального термопреобразователя установлен точечный (локальный) первичный преобразователь 3 температуры, а на нижнем конце — аналогичный точечный преобразователь 6. Преобразователи

3,4 и 6 подсоединены к последующим схемам устройства кабельной линией связи 7.

Интегральный термопреобраэователь

4 включен в измерительную схему 9, выполненную в виде моста постоянного тока. На выходе этой схемы форми- 60 руется сигнал в виде напряжения, изменяющийся в зависимости от изменений интегральной температуры преобразователя 4. Сигнал с выхода схемы 9 поступает на информационный вход уп- 65 равляемого масштабного преобразователя 10, коэффициент передачи (усиления) которого зависит от величины напряжения на управляющем входе,которое поступает от узла 12 вычитания. Выход масштабного преобразователя 10 подключен к центральному входу аналогового регистратора 11, представляющего собой, например, трехканальный самописец напряжения типа

Н338 ° На остальные два входа регистратора 11 поступают сигналы с выходов дополнительных каналов 13 и 16 измерения температуры, имеющих точечные первичные преобразователи 3 и б,расположенные на концах интегрального термопреобраэователя. 4. Эти первичные преобразователи конкретизированы как точечные вследствие двух причин: для фиксации их отличия от интегрального термопреобразователя, который распределен по вертикали и имеет линейные размеры порядка 5 м; для подчеркивания их малой инерционности — динамические характеристики этих преобразователей должны соответствовать динамическим характеристикам интегрального термопреобразователя, в противном случае окажется невозможным получение информации в виде вертикального профиля температуры выше и ниже термоклина и о количестве и горизонтах расположения термических прослоек при изрезанном профиле, что важно для решаемой задачи. В связи с отмеченным точечные первичные преобразователи целесообразно выполнять в виде полупроводниковых терморезисторов, так называемых бусинковых, поместив их в защитные корпуса по известной технологии и подключив к измерительной схеме в виде моста постоянного тока, обеспечивающего при соответствующем выборе элементов линейную зависимость между выходным напряжением моста и измеряемой температурой.

Сигналы в виде напряжения с выходов каналов 13 и 16, поступающие на вход аналогового регистратора 11, одновременно подаются также на входы схем 14 и 15 текущего осреднения, выполненные, например, в вид интеграторов на ионисторах.

Могут быть применены и другие варианты схем осреднения.

Выходы схем 14 и 15 текущего осреднения подключены к входам узла 12 вычитания напряжений. Выполнение этого узла наиболее целесообразно в виде схем дифференциального усилителя с заданным коэффициентом передачи.

Выход узла 12 вычитания напряжений подключен к управляющему входу масштабного преобразователя 10. Преобразователь 10 выполнен в виде уси1143973 лителя постоянного тока, коэффициент передачи которого зависит от величины напряжения на управляющем входе. Схемы подобных усилителей известны, их принцип действия состоит и шунтировании информационного сигнала, управляемым сопротивлением,. в качестве которого, например, используется транзистор, на базу которого подается управляющий сигнал напряжения, При прохождении внутренних волн происходят вертикальные перемещения термоклнна, занимающего в исходном состоянии положение 5 (Фиг.1). При этих перемещениях изменяется соотношение длин участков интегрального термопреобразователя 4, находящихся под воздействием температурных профилей выше и ниже термоклина. В результате изменяется сопротивление интегрального термопреобразователя и эти изменения отображают проФиль внутренних волн,При этом период внутренних волн может быть определен как период изменений сопротивления интегрального преобразователя, а при включении его в измеритель ную схему моста постоянного тока как период изменений выходного нап.ряжения моста.

В устройстве соответствие шкалы записи напряжейия требуемой шкале высот достигается тем, что сигнал с выхода моста поступает на регист-, ратор не непосредственно, а через управляемый масштабный преобразователь 10 (фиг.2). Сигналом управления для масштабного преобразователя служит сигнал С выхода узла 12 вычита. ния, причем для этого сигнала обеспечивается его пропорциональность разности средних по вертикали зиачеt0 ний температуры выше и ниже термоклина.

В схеме устройства (фиг.2) выходы каналов 13 и 16 подсоединены к дополнительным синхронным каналам

15 записи аналогового регистратора 11.

Это обусловлено целесообразностью непосредственной регистрации сигналов, которые при последующей обработке дают возможность определить сле20 дующие важные гидрофизические характеристики в окрестностях термоклина прн прохождении внутренних волн: градиент температуры по вертикали и изменчивость этого градиента в слоях выае и ниже термоклина количеФ 1 ство термических прослоек при изрезанном профиле; глубины (уровни) расположения термических прослоек.

Указанные возможности еще больше расширяют функциональные возможности предлагаемого устройства.

1143973

Составитель В. Лыков

Редактор A.. éàûäîð Техред И.Гергель Корректор И.Иуска

Закаа 892/33 Тнр®ж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.йо делаю» иэобретеный.и открытий

113035, Москва:, F-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ?щи патент, r.ужгород, ул.Проектная, 4