Способ определения параметров волн и устройство для его осуществления

 

Изобретение повышает точность и обеспечивает возможность регистрации вертикально-временного профиля обрушивающейся волны путем измерения изменения сопротивления и емкости струнных датчиков резисторного и емкостного типа, а также измерения сопротивления электродного датчика. После обработки определяют высоты характерных точек профиля обрушивающейся волны. Первый датчик 4 резисторного типа, выполненный в виде высокоомной струны, и второй датчик 5 емкостного типа, вьтолненный в виде низкоомной струны, окруженной изоляционньм покрытием, пространственно совмещены, а третий электродный датчик 6 выполнен в виде двух низкоомных металлических струн, размещенных на расстоянии 0,5-1 см друг от друга и от совмещенных датчиков. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. с ( (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (I9i SU(I(I дй 4 G Ol С 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4177574/24-10 (22) 13. 11.86 (46) 23.10.88. Бюл.. Н - 39 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) В.А.Малинников и И.Ю.Лещанский (53) 528.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 594408s" кл. G 01 С 13/00, 29.01 ° 76.

Авторское свидетельство СССР

М 477301, кл. G Ol С 13/00, 16.07.73. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ВОЛН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ1ЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение повышает точность и обеспечивает возможность регистрации вертикально-временного профиля обрушивающейся волны путем измерения изменения сопротивления и емкости струнных датчиков резисторного и емкостного типа, а также измерения сопротивления электродного датчика.

После обработки определяют высоты характерных точек профиля обрушивающейся волны. Первый датчик 4 резисторного типа, выполненный в виде высокоомной струнь1, и второй датчик

5 емкостного типа, выполненный в виде низкоомной струны, окруженной изоляционным покрытием, пространственно совмещены, а третий электродный датчик 6 выполнен в виде двух

C низкоомных металлических струн, размещенных на расстоянии 0,5-1 см друг от друга и от совмещенных датчиков, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1432333

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения в водоемах, и может быть использовано в океанографических и гидрофизических исследованиях при определении параметров морского волнения и изучении воздействия морских волн на сооружение, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет одновременного определения высотного положения характерных точек обрушивающейся волны. 15

На фиг. 1 представлено схематическое изображение обрушивающейся волны типа "ныряющий бурун" и положение определяемых характерных точек профиля; на фиг. 2 — устройство для регистрации профиля обрушивающейся волны.

Способ регистрации вертикальновременного профиля обрушивающейся волны заключается в следующем. В момент времени t обрушивающаяся волна 25 омывает струнные датчики (фиг. 1).

В водной среде рабочая струна реэисторного проволочного датчика представляет собой длинную линию с распределенными параметрами, имеющими 30 согласованную нагрузку. Величина сопротивления резисторного датчика определяется уравнением

Е,=Н„° r+Z

35 где Z - комплексное значение вход- . ех ного сопротивления длинной линии, определенное на границе раздела вода-воздух:

r - удельное сопротивление про40 волочной струны датчика;

Н, †. длина непбгруженного в воду верхнего участка струны.

Для полной стабилизации входного, сопРотивлениЯ датчика Еех, т.е, не- 45 зависимости его от уровня воды, используют электроды согласования. В тех случаях, когда длина струны датчика не ограничена, роль электрода согласования выполняет нижний компенсационный (нерабочий) участок датчика (1„). Длина таких участков для морской воды составляет 1ц = 80-!

00 см. При условии постоянства амплитуды переменного тока, протекающего по измерительной схеме резисторного датчика, изменение амплитуды выходного напряжения этого датчика может быть представлено в виде

U =K„H, +С,, (2) где К и С, — калибровочные постоянные.

Работа емкостного датчика основана на эффекте изменения электроемкости изолированного проводника, погруженного в жидкость, что эквивалентно конструкции цилиндрического конденсатора, обкладками которого являются вода и проводник, а диэлектриком — изоляционное покрытие проводника. Если изоляция однородна, то емкость такого конденсатора определяется по формуле

2(i Eh

С вЂ” = С ° и, где 4. — константа;

С„ - произвольная емкость, использующаяся для установ— ления произвольного нуля.

Когда обрушивающаяся волна омывает емкостный датчик (фиг. 1) выходное напряжение емкостного датчика может быть представлено зависимостью

U = K (H + H)) — C, (2) где К, С вЂ” калибровочные постоянные. .Если электродный датчик омывается обрушивающейся волной (фиг. 1), то величина его сопротивления может быть определена иэ выражения

Е ° Zz

Z = - -- — + Z

Z+ Z

I ех> где Z — величина сопротивления

1 верхней части датчика (участок АВ пропорциональный высоте Н,);

Z — величина сопротивления ниж2 ней части датчика (участок где С вЂ” емкость датчика на единицу длины;

h - глубина погружения датчика;

Š— диэлектрическая проницаемость изоляции;

d — диаметр проводника без изоляции;

d — диаметр проводника в изоляции.

С помощью измерительной схемы можно произвести преобразование изменения активности в линейно меняющееся напряжение

I 4 32 3.. 3

Ну — С, + Н уравнений (1), Н = К

Н х

12 - Н

Решая систему и (3), получают

И вЂ”

Н

К, (3) (2) К Кз

Uc+ С

Н +

3 2К

СД проп< рииональннй высоте Н ), Тогда выходное напряжение электродного датчика может быть определено, как

Uq + С (U + С

Н

2К. 4К";

Значения высот Н Н и Н, а следовательно, и вертикальный профиль обрушивающейся волны в данный момент времени определяют положением точек

А,В и С.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) состоит из полупогруженных вертикально в воду четырех электродов: электрода !, выполненного из высокоомной безокисной струны, электрода 2 низкоомной проволочной струны, окруженной фторопластовой или какой-либо другой изоляцией, которые расположены вплотную друг к другу, и двух электродов 3, выполненных из низкоомной безокисной проволоки, расположенных на расстоянии 0,5-1 см друг от друга и от первых двух электродов. Длина каждого электрода может составлять несколько метров. В устройство также входят измерительный преобразователь электрических сигналов (ИПЭС) резисторного датчика 4, выполненного, например, на базе генератора переменного тока (не показан), ИПЭС емкостного датчика 5, переключатель режима работы электродного датчика 6, ИПЭС электродных датчиков

7 и 8, регистратор 9.

Устройство работает следующим образом.

Электроды 1 — 3 устанавливают в месте измерения волнения на мачте или другой неподвижной консгрукции с заглублением примерно половины длины электрода, выбираемой по размаху ожидаемого волнения, При волновых колебаниях уровня воды с электрода 1 снимают электрические сигналы и подают на вход ИПЭС резисторного датчика 4, с выхода которого снимают электрический сигнал, пропорциональный изменению сопротивления электрода 1 при вертикальных колебаниях уровня, который регистрируется регистратором 9.

С электрода 2 снимают электрические оигналы и подают на вход ИПЭС емкостного датчика 5, с выхода которого снимают электрический сигнал, пропорциональный изменению емкости электрода 2 при вертикальных колебаниях уровня водной поверхности, который регистрируется, регистратором 9.

Электродный датчик 6 может работать в двух независимых режимах: режиме измерения уклонов морских волн и режиме измерения параметров обрушивающейся волны типа "ныряющий бурун". В первом режиме каждый из электродов 3 электродного датчика работает в качестве емкостного датчика, электрические сигналы которых ïàäàют на вход ИПЭС датчика 7, Формируемый ИПЭС датчика 7 выходной разностный электрический сигнал, несущий информацию об уклонах морских волн, затем подается на регистратор 9. Во втором режиме с электродного датчика снимают электрический сигнал, пропорциональный изменению сопротивления между электродами датчика при омывании датчика обрушивающейся волной и подают его на вход ИПЭС датчика 8. С выхода ИПЭС датчика 8 электрический сигнал подается на вход регистратора 9. Режим работы электродного датчика переключается автоматически, посредством раэностного сигнала, сформированного из электрических сигналов резисторного 4 и емкостного 5 датчиков.

Электродный датчик работает в режиме измерения уклонов морских волн при разностном сигнале датчиков 4 и

5, равном нулю, так как это значение в данный момент времени свиде55 тельствует о том, что в данной точке пространства этот момент времени . отсутствует обрушение волны типа

"ныряющий бурун". Если разностный сигнал отличен от нуля, т,е. имеют

1432333 резисторного струнного датчика, частично погруженного в водную толщу, и производят его обработку, о т л и—

5 ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного определения высотного положения характерных точек обрушивающейся волны и ее гребня, при получении сигнала резисторного датчика одновременно получают сигналы сблокированных с ним емкостного и электродного датчиков, а при обработке выделяют параметры

15 0 -С

Н к

Uc + С

Н

2К

Uc+ С

Н + э 2К2 длина струны над греб25 нем; длина струны внутри гребня; длина струны в водной толще; где И< н

30 но резисторного, емкостного и электродного датчиков;

KtI Кэ

С<э СФ> Сэ место обрушения волны указанного типа, то происходит с помощью переключателя режима работы датчика 6 автоматческое переключение электродного датчика в режим измерителя параметров обрушивающейся волны.

Необходимые для построения вертикально-временного профиля обрушивающейся волны калибровочные постоянные К, К,, К,, С<, С, Сэ определяются при тарировке устройства в натурных условиях.

Формула из об ре тения

1, Способ определения параметров волн, при котором получают сигнал

Uс, U - сигналы соответственкалибровочные постоянные датчиков.

2. Устройство для определения параметров волн, содержащее разисторный струнный датчик, преобразователь и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного определения высотного положения характерных точек обрушивающейся волны, оно снабжено емкостным и электродным струнными датчиками, жестко связанными с резисторным струнным датчиком и соответствующими преобразователями, подключенными в регистратору.

1432333

Составитель В. Сараханов

ТехРед Л.Олийнык КоРРектоР О.КРавцова, Редактор А. Мотыль .

Тираж 680 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5412/32 е

Производственно-полиграфическое предприятие; r. Ужгород, ул. Проектная, 4