Устройство для определения параметров волн в водоемах и водотоках

 

Изобретение относится к гидрологии и может быть использовано для. измерений элементов прогрессивных волн внутренних водоемов и речных потоков. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Среднюю скорость и длину волны в направлении ее луча определяют путем регистра ции времени пробегания зафиксированных локальных уровней поверхности волны с определенным линейным интервалом дискретизации уровня (или высоты волны) на закрепленном малом участке, а также промежутков времени прохождения через вертикаль подветренных и наветренных склонов волн с дальнейшим вычислением на вычислительном устройстве элементов волн поданным регистрации. Устройство содержит две электроконтактные вехи с коаксиальным расположением внешнего кольца-контакта 1 и внутреннего точечного контакта 2, при этом все внешние кольцаконтакты соединены с резисторами одной электрической схемы, а внутренние точечные - с резисторами другой, идентичной первой. С целью автоматизации регистрации и вычисления элементов волн электрическая схема содержит блок запоминания, компаратор, логическую схему управления регистрацией и четыре счетчика. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)з G 01 С 13/00

ГОСУДАР СТВЕННОЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

»"!»

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Й о (Я

О 3

C)

QQ с

Фиг 1 (21) 4466474/10 (22) 26.07.88 (46) 30.06.91. Бюл. М 24 (71) Государственный гидрологический институт (72) Н. И. Зайцев и А. Н. Зайцев (53) 528.475(088.8) (56) Заявка Великобритании Ф 1215440, кл, 6 01 С 13/00, 01.05.69.

Авторское свидетельство СССР й. 418747, кл. 6 01 1 11/00, 15.10.71. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ВОЛН В ВОДОЕМАХ И ВОДОТОКАХ (57) Изобретение относится к гидрологии и может быть использовано для.измерений элементов прогрессивных волн внутренних водоемов и речных потоков. Цель изобретения — повышение надежности устройства.

Среднюю скорость и длину волны в направлении ее луча определяют путем регистра5U„, 1659708 А1 ции времени пробегания зафиксированных локальных уровней поверхности волны с определенным линейным интервалом дискретизации уровня (или высоты волны) на закрепленном малом участке, а также промежутков времени прохождения через вертикаль подветренных и наветренных склонов волн с дальнейшим вычислением на вычислительном устройстве элементов волн по данным регистрации. Устройство содержит две электроконтактные вехи с коаксиальным расположением внешнего кольца-контакта 1 и внутреннего точечного .контакта 2, при этом все внешние кольцаконтакты соединены с резисторами одной электрической схемы, а внутренние точечные — с резисторами другой, идентичной первой. С целью автоматизации регистрации и вычисления элементов волн электрическая схема содержит блок запоминания, компаратор, логическую схему управления регистрацией и четыре счетчика. 7 ил.

1659 708

Изобретение относится к гидрологии и может быть использовано для измерения элементов прогрессивных волн (скорости, длины), периода и высоты на акваториях внутренних водоемов и речных потоков.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Ма фиг. 1 — 4 приведены схемы вариантов конструкции устройства; на фиг. 5 и 6— схемы, поясняющие сущность измерения средней скорости и длины волны; на фиг, 7 — электрическая схема устройства.

Принцип действия устройства заключается в определении мгновенных локальных скоростей волны при прохождении ее. через . закрепленную вертикаль наблюдения. Волномерные вехи с двумя группами электрических контактов 1 и 2, каждая из которых подключена к своему резистивному преобразователю, устанавливаются на обьекте так, что набегающая волна поочередно замыкает контакты обеих групп. Каждый из контактов второй группы, смещенной по направлению луча волны относительно контактов первой группы на расстояние I «Х, где Л вЂ” длина волны, замыкается поверхностью подветренного склона волны с временным запаздыванием т (фиг,6), а на участке наветренного склона волны с запаздыванием размыкается контакт первой группы, В результате на форме волны определяются ее локальные скорости распространения, т.е, скорости пробега точек на поверхности волны, распределенные на ней с шагом по высоте, равным hh. Локальная скорость любой)-й точки на поверхности волны равна

С) =—

Я

Средняя скорость распространения волны равна

Сi= Cj, j =1 где К вЂ” общее число эа регистри рован н ых локальных уровней на подветренном и наветренном склонах волны.

Время Gi прохождения волны через вертикаль складывается из времени64 прохождения подаетреннего склона волны от ложбины до гребня и времени Оц прохождения наветренного склона от гребня до следующей ложбины. Эти промежутки времени определяются по знаку изменения сигнала. В моменты прохождения гребня волны и ложбины производная сигнала по времени равна нулю, По времени между моментами с нулевым значением производной можно определить период следования волн

Т. По совокупности измерений определяется длина,4 волны из выражения

k

:Д1:=Х(Е6! +84) Х F

Устройство состоит иэ двух вех, на одной из которых закреплена группа кольцевых контактов 1, а на другой — группа точечных контактов 2. Они расположены в экране 3 и подключены к соответствующим схемам реэистивных преобразователей

Контакты размещены по высоте с шагом Ь Ь и закреплены на несущей штанге 4 (фиг. 2) или на несущем каркасе (фиг. 3). Радиус кольца! « .Я.Шаг Л h принимается примерно в два раза меньшим, чем радиус кольца.

Такое соотношение размеров позволяет выполнять уверенное измерение времени пробегания зафиксированных локальных уровней поверхности волны от замыкания внешнего контакта-кольца до замыкания внутреннего смежного с ним контакта или от размыкания внутреннего точечного кон- такта до рэзмыкания внешнего до наступления срабатывания следующих по высоте

"в контакгов для волн крутизной - « 0,1 (волны большей крутизны встречаются редко и при необходимости могут быть оценены с соответствующим подбором радиуса колец и расстояния между контактными группами нэ каждой из вех).

Контакты крепятся к штанге или каркасу кронштейнами 5 с гидроизоляционным покрытием, При расчете конструкций вех учитывают требования точности измерений и динамические нагрузки, обусловленные ло- . бовым сопротивлением в воздушном и водном потоках.

Перфорированный экран 3 предназначен для сглаживания мелких волн и ряби нэ поверхности измеряемой волны и для защиты контактов от плавающегс мусора и водорослей. Экран может быть выполнен из металлической сетки с соответствующим расчетом ее параметров (диаметра цилиндрического экрана, диаметра проволоки и размеров ячеек сетки).

Измерение осуществляют следующим образом.

Два резистивных линейных преобразователя, составленные иэ резисторов R1 — Rn, и две группы контактов, псдключенных к генераторам переменного напряжения G> и

Gg, вы рабатывают сигналы, снимаемые с резисторов Rg) и йнг 8 виде функции 0 = @i(й, l), так как изменение тока в их цепях зависит от числа контактов, коммутируемых водной средой. Эти сигналы через выпрямители и . первичные обмотки импульсных трансформаторбв Тр> и Tpz подаются на блоки управления БУ1 и БУ2, с выхо,цов которых

1659708 поступают на входы компаратора. Каждый блок управления состоит из запоминающей ячейки (ЗЯ), например, на операционном усилителе. В ней происходит запоминание сигнала (напряжения) в момент касания или раэмыкания поверхности воды с одним иэ контактов на время t), т.е. до касания или размыкания этого контакта следующей точкой волны. Сигналы на ЗЯ поступают через управляемые ключи К, lb, с помощью которых осуществляется установка нужного режима работы ячеек — режима запоминания или анализа (при открытом входе ячейки и компаратора через открытый ключ}.

Установка режима ячейки осуществляется следующим образом. Например, в момент возрастания скачком тока в цепи, при касании контакта водной поверхности, одновременно с зарядом конденсатора ЗЯ через открытый ключ К> со вторичной обмоткой Тр> снимается положительный импульс, поступающий через формирователь и схему И на триггер Т1, закрывающий с приходом этого импульса ключ К1. Для исключения "дребезга" в схему включения временная задержка Ь t. До касания с поверхностью волны смежного контакта преобразователя ключ К2 открыт, ячейка ЗЯ работает в анализирующем режиме. Последующее открытие ключа К1 происходит от сигнала, снимаемого с выхода компаратора.

При набегании на устройство порветренного склона волны ЗЯ схемы внешних

° кольцевых контактов работает в.режиме зэ поминания уровня сигнала в момент касания поверхности волны любого из колец, а

ЗЯ схемы внутренних точечных контактов работает в анализирующем режиме. При этом с касанием точечного контакта возникает баланс сигналов на компараторе и прекращается счет временИ t, который ведется на счетчике СТ1, управляемом триггером ТЗ по двум входам — запуска счета с приходом импульсе с блока БУ1 в момент закрытия ключа К1 и конца счета с наступлением равенства сигналов на входах компаратора, При прохождении наветренного склона волны происходит размыкание контактов и отрицательный скачок тока в цепи, при котором положительный импульс снимается уже с трансформатора Тр2, у которо5 ro концы обмоток включены в обратном направлении. При этом режим ячеек меняется на обратный, а начало и конец счета времени t j ведется до момента раэмыкания точечного контакта до размыкания соответ10 ствующего ему кольцевого контакта. По из-. менению работы ячеек меняется состояние триггера Т4, управляющего счетом периода следования волны Т на вычислительном устройстве BY по входу 5, 15 Число коммутируемых контактов регистрируется на счетчике СТЗ, управление счетом которого ведется or триггера Т4. Начало счета поступает от впадины волны со стороны подветренного склона до впадины

20 наветренного склона (фиг. 5). По общему числу контактов К на обоих участках 8У вычисляет высоту волны по формуле:

h) = -— b,h

К

25. На счетчике СТ2 регистрируется время прохождения через веху подветренного склона волны О ь на счетчике СТЗ вЂ” наветренного склона О с На BY вычисляется к

З0 Ct =Х вЂ”:Т.) ) = — Л) иА =(: 4+ =4)6, ) ) г) 2

Данные поступают в запоминающее устройство (ЗУ).

Формула изобретения

Устройство для определения параметров волн в водоемах и водотоках, содержащее первую и вторую электроконтактные вехи, соединенные через преобразователь с блоком обработки и индикации результатов

40 измерений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, вторая веха выполнена в виде электроконтактных колец, центр каждого иэ которых совмещен с соответствующим контактом первой вехи, а

45 преобразователь выполнен в виде двух идентичных наборов резисторов, каждый из которых подключен к соответствующему контакту соответствующей вехи.

3659708

1659708

Фиг.

Составитель Л,Качесова

Редактор Т.Парфенова Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 1832 Тираж 309 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издатевьский комбинат Патент", г. Ужгород, уе.Гагарина, 101