Й волнограф

 

Союз Соеетоиию

О РЕТЕНИЯ

N АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт, свидетельства ¹

Заявлено 23.1Ч.1966 (№ 1076130/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 12.1Ъ .1967. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 20Л 1.19б7

Иомити ло делам иаооретеиий и открытий ори Совете Миииотрое

CCCP

Авторы изобретения

8. M. Морозов и А. A. Дрейер

Государственный океанографический институт

Заявитель

СТРУННЬ1Й ВОЛНОГРАФ

Данное изобретение относится к области океанографических исследований. Развитие теоретических исследований ветрового волнения, современные представления о процессах, протекающих на границах раздела вода — воздух, предъявляют новые требования к приборам для исследования волнения в природных условиях. При регистрации колебаний волнового уровня в точке прибор должен фиксировать весь спектр гравитационных колебаний, включая и его высокочастотную часть. Учитывая трехмерность процесса волнения, происходящего в природных условиях, необходимо, чтобы прибор помимо амплитуды и частоты волновых колебаний в точкс позволял проводить регистрацию уклонов водной поверхности одновременно в нескольких направлениях.

Кроме того, при применении в дальнейшем разных методов обработки материала необходимо, чтобы уровни снимаемых сигналов позволяли использовать регистраторы разных типов.

Известные в настоящее время струнные волнографы, состоящие из блока питания и многоканального измерительного устройства, каждый капал которогю содержит струнный датчик, блок индикации и регистр, как правило, дают возможность измерять колебания уровня ьоды только в одной точке и не обладают достаточной точностью измерений, вследствие нелинейности их систем.

Предлагаемый струнный многоканальный волнограф предназначен для одновременной регистрации колебаний волнового уровня в нескольких точках и помимо регистрации амплитуд и частот колебаний уровня позволяет проводить измерения мгновенных уклонов водной поверхности в нескольких направлени10 ях. Это достигается благодаря тому, что в блок питания его введен генератор переменного напряжения прямоугольной формы, подключенный к выходу стабилизированного выпрямителя и связанный с несколькими струн15 ными датчиками.

В блок индикации каждого из этих датчиков введен делитель, передающий напряжение питания в усилительный каскад для частичной компенсации напряжения, поступающего с

20 датчика прн записи мелких волн в крупном масштабе. В указанный усилительный каскад введен кремниевый стабилитрон для стабилизации режима каскада по постоянному току.

Благодаря выполнению волнографа многока25 нальпым с несколькими струнными датчиками возможно измерение пространственных характеристик исследуемого процесса.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого волнографа; на фиг. 2 — его принципи30 альная схема.

195I36 диаметром 0.,3 — 0,5 мм, не изменяющие своих характеристик в морской воде. При работах на малых глубинах струны натягиваются между кронштейнами, которые крепятся ниже и выше уровня воды на неподвижной основе.

При исследовании характеристик волнения в открытом море струнные датчики крепятся на кронштейнах мачты притопленного буя, но в этом случае собственные колебания системы учитываются специальным датчиком и исключаются из сигналов струн.

Для увеличения механической прочности датчика струна может натягиваться вместе с металлическим тросиком в полнхлорвнпиловой изоляции.

Каждый датчик связан с блоком индикации соответствующего измерительного канала.

Блоки индикации для всех датчиков совершенно идентичны и содержат каждый усилительный каскад на транзисторе 80, в эмиттерную цепь которого включены сопротивления

81, 82, создающие отрицательную обратную вязь.

Волнограф содержит стабилизированный источник постоянного напря>кения 1, генсрачор II переменного напряжения прямоугольной формы, несколько однотипных струнных датчиков III — 111„блоков индикации

IV — I М„и регистратор V.

Стабилизированный источник постоянного напря>кения необходим как для питания генератора прямоугольного напряжения, так и усилительных каскадов блоков индикации и 10 включает два выпрямителя на диодах 1 — 4, стабилизирующую RC-цепочку 5, фильтр 6 и стабилизатор на транзисторах 7 — 12.

Ь качестве источников опорнопо напря>кения в стабилизаторе используются кремниевые стабилитроны 18, 14. Последовательно с ними для термокомпенсации включены Tpll стабилитрона 15, 16, 17. Схема стабилизатора содержит два усилительных каскада на транзисторах 11, 12. Зто позволяет уменьшить нестабильнос ь выходного напряжения до

0,25>/, при изменении напря>кения питающей сети на +20ll/р.

Генератор переменного напряжения прямоугольной формы предназначен для питания 2 струнных датчиков, с целью исключения поляризации на электродах, и содержит задающий блокинг-генератор на транзисторе 18, работающий в автоколебательном режиме и «ыдающий короткие импульсы с частотой

7 — 8 кгпв, частота которого регулируется с помощью переменного сопротивления 19; блокинг-трансформатор 20; триггер на транзисторах 21 и 22, ключевые транзисторы 28, 24 и выходной трансформатор 25. Генератор через балластные сопротивления 26 связан со струнными датчиками, подключаемыми к многожильному кабелю через штепсельные разъемы

27, 28, 29.

В качестве датчиков в данном волнографе используются проволочные струны из сплава высокого сопротивления (константан, нихром), Изменяя степень шунтирования сопротивления 82 емкостью 88, можно регулировать глубину обратной связи, а следовательно, коэффициент усиления каскада и масштаб записи волн. Кроме того, в эмиттерную цепь транзистора 80 подается прямоугольное напря>кение, снимаемое с делителя на сопротивлениях 84, 85, включенного в цепь питания датчика. Последнее позволяет частично скомпенсировать нап1эя>кение) поступающее с датчика, и тем самым более рационально использовать динамический диапазон усилителя при записи мелких волн в крупном масштабе.

С нагрузки 86 первого каскада усиления сигнал подается на усилитель-инвертор, собранный на транзисторах 87, 88. Отличитсльной особенностью этого каскада является применение кремниевого стабилитрона 89 для стабилизации режима каскада по постоянному току. Сигнал с инвертора поступает на парафазный повторитель на транзисторах 40, 41, а с выходов повторителя — на мостовую выпрямительную схему из диодов 42 — 45. На нагрузке выпрямителя выделяется постоянное напря>кение, равное по величине амплитуде напряжения прямоугольной формы, поступающего с усилителя.

Через ограничительное сопротивление 46 это напряжение подается на гнездо 47, к которому подключается вибратор шлейфового осциллографа или другой самопишущий индикатор. На это >ке гнездо подается постоянное напряжение с потенциометра 48, позволяющее электрически смещать линию записи самописца.

Принцип действия прибора общий для всех электроволнографов — струнных и контактных — основан на использовании проводимости морской воды. Если электрод датчика частично опущен в воду, то при колебаниях уров«я воды измерительный прибор фиксиру0Т изменения сопротивления (напряжения или силы тока), пропорциональные изменяющейся дли.tt электрода над водой. Переменное напряжение, подаваемое на датчик, исключает поляризацию.

Питание датчиков от генератора переменного напряжения прямоугольной формы, полученное путем коммутации постоянного стабилизированного напряжения, позволило исключить из схемы питания усилитель и тем самым погрешность за счет нестабильности коэффициента передачи усилительной схемы, по«ысить коэффициент использования питающего напряжения, кроме того, в широких пределах выоирать напряжение питания датчика, а так>не отоирать значительные мощности для гштания одновременно нескольких датчиков без ухудшения стабильности питающего напря>кения.

Напряжение с генератора подается через балластные сопротивления 26 на струнные датчики. I ак как величина балластных сопротивлений во много раз больше сопротивления сггуч (10 ком и 16 ом), ток в цепи датчиков

195136

Фаг / можно считать постоя1шым Iio амплитуде и пе зависящим от изменений сопротивлсшья струи.

1аким образом, напряжение, возникающее па струнном да" пике с погрешностью в доли Ilpoцента, мо>к:o считать пропорциональным сопрогивлению струны, а в конечном счете— уровн1о моря ь точке устаиогки датчика. Поскольку измерения ведутся одновременно нес! олькими „ iT iHKBMH IlpEI пространственном их располо>кс:1ии, имеется возможность получить ряд пространственных характеристик процесса. Измеряемый сигнал с датчиков поступаст в,блок ипдикапии измерительного канала, выпрямляется и подается на регистратор.

Мощность снимаемого сигнала волнографа позволяет использовать в качестве регистратора любой многоканальный шлейфовый осциллограф, а также устройства для записи сигналов па магнитную ленту или перфорации данных перед вводом их в цифровую вычислительную машину.

Пр;.дмет изобрcтения

Струнный волпограф, состоящий из блока питания и многоканального измерительного

5 устройства, каждый канал которого содержит струш1ый датчик, блок индикации и региетратор, отлп1а1ощийся тем, что, с целью повышеп1гя то шости измерений и получения пространственных характеристик колебаний волно10 BQI о y poB I I ll ук loHOB водной IIQBBp>:HocTEI> B блок пита1шя введен генератор переменного напря>кения прямоугольной формы. подклю ieIIII1 к выходу стабилизированного выпрямителя и связанный с несколькими струнны15 ми датчиками, в блоки индикации каждого пз которых включен делитель, передающий напряжение п>lтания датчика В усилительный каскад для частичной компенсации напряжения, поступающего с датчика при записи мел20 кпх волн в крупном масштабе, а в усилительный каскад введен кремниевый стабилитрон.

Составитель Э. Терехова

Редактор М. )Киляева Техрсд T. П. Курилко Корректоры: О. Б. Тюрииа и В. В. Крылова

Заказ !732/17 Тираж 535 Подписное

ЦНИИЕ1!1 Комитет» ио делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Цептр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2