Струнный волнограф с инфракрасной регистрацией длины струн

Изобретение относится к области гидрометрии и касается способа определения зависимости высоты жидкой поверхности и уклонов волн от времени. Способ осуществляется путем измерения высоты погружения струн в жидкость. Струны освещают инфракрасным источником света, а высоту погружения каждой струны в жидкость регистрируют на матрице инфракрасного фотоприемника по положению границы раздела на струнах. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидрометрии и океанографии, методам измерения высоты границы раздела между жидкостью и воздухом, методам измерения уклонов поверхности раздела, например, измерению высоты волнения, спектра волнения, спектра уклонов.

Известен способ определения высоты границы раздела воздух-жидкость с помощью вертикальной рейки с метками высоты, погруженной в жидкость [1]. Однако этот метод имеет невысокую точность, поскольку суммирует высоту на всем сечении рейки, в нем плохо различается граница раздела для прозрачной жидкости, и этот метод не регистрирует уклоны поверхности. Другим способом является измерение углового положения бликов солнца, отраженных от поверхности с высоты самолета [2]. Но в нем невозможно измерения отражений от капиллярных или коротких гравитационных волн. Возможны измерения уклонов по отраженному лазерному излучению [3]. Недостатком этого способа является уход блика из апертуры приемной системы при даже небольших уклонах, что не позволяет измерять уклоны уже при умеренном волнении.

Наиболее близким аналогом является способ определения высоты границы раздела воздух-жидкость и уклонов поверхности с помощью струнного волнографа [4]. В нем измеряют электрическое сопротивление вертикально расположенных струн, частично погруженных в жидкость. При изменении уровня жидкости сопротивление погруженной части струны уменьшается, и по общему сопротивлению каждой струны определяют высоту границы раздела. Недостатком метода является невысокая точность измерений из-за изменения сопротивления струны при ее смачивании, за счет осаждения солей и водорослей на струне и электроде, за счет флуктуаций сопротивления жидкости, из-за емкостных свойств электрической цепи [5].

Технический результат предложенного способа заключается в повышении точности измерений за счет исключения электрических измерений и оптической регистрации уровня жидкости на каждой струне с высокой точностью в инфракрасном диапазоне длин волн. Метод позволяет располагать струны на расстоянии менее 1 см, что недоступно при электрических измерениях.

Для достижения технического результата в предложенном способе струны, пересекающие границу раздела вода-воздух, освещают инфракрасным источником света, а высоту погружения каждой струны в жидкость регистрируют на матрице инфракрасного фотоприемника по положению границы раздела на струнах.

На фиг. 1 показана схема оптических измерений уровня взволнованной поверхности жидкости 1. Набор инфракрасных светодиодов 2 освещает вертикально расположенные струны 3, которые светятся выше границы жидкость-воздух и являются темными ниже этой границы. Длины струн регистрируются на матрице фотоприемников с частотой работы видеокамеры 4.

На фиг. 2 представлен видеокадр, выполненный в инфракрасном режиме при освещении трех близко расположенных струн на длине волны 940 нм. Светлая часть струн находится в воздухе, а границы перемещаются вдоль струн совместно с уровнем жидкости.

Если вертикально расположенную струну освещать инфракрасным светом и регистрировать ее изображение на видеокамеру, которая настроена на ту же длину волны, то надводная часть струны будет ярко освещена, в то время как подводная часть будет намного темнее фиг. 1. Это связано с поглощением инфракрасного излучения водой. На матрице фотоприемников отчетливо видна граница раздела воды и воздуха, которая может регистрироваться с точностью до разрешения матрицы, т.е. с точностью в 0,1 мм. При изменении уровня жидкости, например за счет волнения, граница перемещается вдоль струны вместе с уровнем жидкости. Регистрация положения границы раздела на цифровой матрице фотоприемников во времени позволяет измерять зависимость высоты уровня жидкости во времени. Метод является оптическим, поэтому в нем отсутствуют недостатки электрического струнного волнографа: изменение сопротивления струны при ее смачивании, осаждение солей и водорослей на струне и электроде и связанное с этим изменение электрических свойств, флуктуации сопротивления жидкости. При использовании интерференционного фильтра на видеокамере и освещения струн в полосе частот фильтра измерения можно проводить как в ночное, так и в дневное время.

Если рядом расположить несколько струн, то будет регистрироваться уровень в соседних точках, что позволит регистрировать уклоны поверхности на различных пространственных масштабах, фиг. 2. Предложенный метод не использует электрические сигналы, поэтому рядом можно расположить несколько струн, которые не будут влиять друг на друга. Для регистрации уклонов поверхности жидкости в ортогональных направлениях струны можно расположить в виде двух перпендикулярно расположенных рядов. Точность предложенного оптического способа измерения уровня жидкости имеет масштаб менее 1 миллиметра. Это позволяет располагать две или большее количество струн близко друг от друга и измерять уклоны поверхности на малых масштабах, что недоступно при использовании электрических струнных волнографов.

Пример реализации способа заключается в освещении поверхности раздела (1) и вертикально расположенных струн (3), фиг. 1, матрицей инфракрасных светодиодов (2), излучающих на длине волны 940 нанометров, и регистрации изображения струн на видеокамеру (4), которая имеет инфракрасный фильтр. На фиг. 2 проведена видеокадр изображения струн, на которых четко регистрируется граница раздела вода-воздух. Регистрация высоты освещенной части струн во времени на цифровых изображениях видеокамеры позволила измерить зависимость высоты уровня жидкости в точках расположения струн во времени и, при известном расстоянии между струнами, позволила получить уклоны на различных пространственных масштабах и их изменение во времени.

Изобретательский уровень предлагаемого изобретения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Литература

1. Коровин В.П., Чверткин Е.И. Морская гидрометрия. Л. Гидрометеоиздат, 1988.

2. Сох С, Munk W. Slopes of the sea surface deduced from photographs of sun glitter, J. Optical. Soc. America, 1954, Vol. 44, No. 11, pp. 838-850.

3. Запевалов A.C. Статистические модели морской поверхности в задачах рассеяния акустического и электромагнитного излучения // Дисс. ...докт. физ.-мат.наук. Севастополь: Морской гидрофизический институт НАН Украины, 2008. 290 с.

4. Авторское свидетельство СССР №513250, МКИ G01C 13/00. Волнограф, А.К. Куклин. - Заявлено 23.01.1975. Опубл. 18.05.1976.

5. Антонов B.C., Садовский И.Н. Измеритель волнения морской поверхности ИВМП-1: описание устройства и данные измерений натурного эксперимента CAPMOS'05. - М. - 2007. - 38 с.

Способ определения зависимости высоты жидкой поверхности или уклонов волн от времени путем измерения высоты погружения струн в жидкость, отличающийся тем, что струны освещают инфракрасным источником света, а высоту погружения каждой струны в жидкость регистрируют на матрице инфракрасного фотоприемника по положению границы раздела на струнах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, а также к техническому диагностированию и обслуживанию двигателей внутреннего сгорания, в частности к устройству для определения объема масла, доливаемого в картер двигателя внутреннего сгорания, при техническом обслуживании автотранспортного средства.

Изобретение относится к двигателестроению, а также к техническому диагностированию и обслуживанию двигателей внутреннего сгорания, в частности к способу определения объема масла, доливаемого в картер двигателя внутреннего сгорания, при техническом обслуживании автотранспортного средства.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения основных теплофизических параметров жидкости в резервуаре, а именно уровня жидкости и распределения температур по высоте резервуара в условиях непрерывных технологических процессов.

Группа изобретений относится к сенсорному устройству для измерения количества топлива в топливном баке транспортного средства, способу измерения количества топлива в топливном баке транспортного средства, транспортному средству для осуществления вышеуказанного способа.

Изобретение относится к двигателестроению, а также к техническому диагностированию и обслуживанию двигателей внутреннего сгорания. Предложен щуп для определения уровня масла в картере двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к контролю расхода масла в автомобильных двигателях. Устройство контроля расхода масла содержит измерительный стержень, рукоятку, на которой выполнено крепление к картеру двигателя в виде резьбового соединения, при этом измерительный стержень представляет собой полый цилиндр с отверстиями на боковой поверхности, во внутреннем объеме которого установлены датчик уровня масла и измеритель температуры, сообщающиеся с закрепленным на рукоятке электронным блоком, подсоединенным к системе зажигания автомобиля и индикатору расхода масла, находящемуся в кабине автомобиля.

Изобретение относится к устройству для замера толщины слоя нефти над водой и может быть использовано для оценки количества нефти в скважинной продукции с большой долей воды, а также для определения объема нефти на поверхности природного водоема при аварийных изливах нефти из трубопровода или резервуара.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам измерения параметров жидких сред, таких как уровень и границы раздела фаз в двухфазных средах, определения уровня подтоварной воды, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности, в резервуарных парках нефтеперерабатывающих заводов, нефтебазах, складах горюче-смазочных материалов, автозаправочных станциях, пунктах подготовки и налива нефти.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам измерения уровня и границы фаз в двухфазных средах, в частности определения уровня подтоварной воды.

Изобретение относится к информационно-измерительной системе и может быть использовано в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов.

Изобретение относится к области океанографических измерений. Особенностью заявленного струнного волнографа является то, что в измерительную схему включен RC-генератор с фазовым управлением частотой генерируемых синусоидальных колебаний, осуществляющий преобразование напряжения измеренного сигнала с резистивного датчика в частоту управляющего сигнала, который подается на вход управляемого генератора тока, генерирующего заданные синусоидальные сигналы, поступающие на резистивный датчик.

Изобретение относится к способам определения состояния ледяного покрова. Сущность: с помощью цифрового фотоаппарата и подводной видеокамеры, размещенных соответственно на квадрокоптерах и автономных аппаратах типа “SONOBOT”, получают изображения льдин.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для создания тепловой карты. Предложен способ и система для создания тепловой карты, представляющей множество объектов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения жидкостей. Данное устройство может быть применено для исследования волновых процессов на поверхности жидкости, как в натурных, так и в лабораторных условиях, например для определения микро возмущений (порядка десятков микрон) водной поверхности при наличии низкочастотных волн значительной амплитуды (порядка пяти-десяти сантиметров).

Изобретение относится к способам составления приливных карт. Сущность: определяют высоту прилива по гармонической составляющей волны, ограниченной по контуру акватории, задаваемой амплитудой, углом положения и периодом.

Способ измерения векторного поля скорости протяженной поверхности относится к радиолокации поверхности Земли с космических аппаратов и может быть использован для одновременного формирования яркостных и векторно-скоростных портретов речных и океанских течений с необходимым пространственным разрешением и привязкой к координатам местности.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

Изобретение относится к области гидрометрии и касается способа определения зависимости высоты жидкой поверхности и уклонов волн от времени. Способ осуществляется путем измерения высоты погружения струн в жидкость. Струны освещают инфракрасным источником света, а высоту погружения каждой струны в жидкость регистрируют на матрице инфракрасного фотоприемника по положению границы раздела на струнах. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 ил.

Наверх