Устройство для измерения геотермического потока

 

описАние изоБРетения

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02 VII.1971 (№ 1678709/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.XII.1973. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 10.ГЧ.1974

М. Кл. G 01ч 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам иааоретений и GTKpblTHH

УДК 550.834(088.8) Авторы изобретения

E. А. Любимова и А. Л. Александров

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ГЕОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА

ЧЕРЕЗ ДНО АКВАТОРИИ

Изобретение относится к геофизике и предназначено для геотермических исследований на море.

Известно устройство для измерения теплового потока через дно акваторий, при помощи которого определение величины удельного геотермического потока производят путем измерения геотермического градиента в осадках океанического дна и удельной теплопроводности осадков, причем градиент измеряют непосредственно на дне, а измерение теплопроводности производят в лаборатории на борту судна. Для этого устройство содержит зонд с двумя датчиками температуры и регистрирующую систему, включающую в себя усилитель и коллекторный двигатель постоянного тока. Зонд этого устройства представляет собой конструкцию, аналогичную геологической донной трубке, способную брать образцы, по которым определяется теплопроводность донных осадков.

Однако конструкция известного устройства не позволяет производить ряд измерений теплового потока без подъема его на борт судна, так как зонд устройства переполняется осадками, что приводит к потере информации о глубине залегания того или иного слоя; изза отсутствия у оператора информации о ходе измерения трудно определить тот момент времени, когда температура датчиков установилась, и поэтому приходится выдерживать зонд в осадках максимально возможное для установления температуры время, в результате чего судно может быть настолько далеко

5 отнесено ветром или течением, что при выдергивании зонда из осадков возникнет горизонтальное усилие, изгибающее зонд и делающее его непригодным для повторного погружения в осадки; оператору так же труд10 но установить вошел ли зонд в осадки и не выдергивается ли он из осадков за счет дрейфа судна. Отсутствие информации о работе снижает также надежность .работы прибора и может привести к дополнительным безре1Б зультатным потерям судового времени и в случае неправильной заправки самописца или какого-либо повреждения прибора в процессе измерения. Из-за отсутствия информации трудно также выяснить причину того или ино20 го эффекта, возникшего при измерении.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения путем проведения многократных измерений теплового потока в близлежащих точках без подъема устройства

25 на поверхность.

Для этого прибор содержит схему формирования импульсов, вход которой электрически связан с цепью ротора коллекторного двигателя, по крайней мере, один дистанци30 онно управляемый нагреватель датчика, при408254

30 чем вход квадратичного элемента подключен к выходу усилителя, а выход его подключен ко входу схемы управления скоростью двигателя.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит датчики температуры

1 и 2 (например терморезисторы), установленные на трубе зонда 3, которая прикреплена к герметичному контейнеру 4. .Внутри контейнера 4 находится устройство для определения разности температур 5, содержащее радиальный реохорд 6, например мост, выход этого устройства — токосъемник реохорда электрически связан с усилителем 7. Механически подвижный токосъемник реохорда связан через редуктор 8 с коллекторным двигателем постоянного тока

9. К выходу усилителя присоединен вход схемы совпадений 10. В цепи ротора двигателя имеется нагрузочный резистор 11, к которому подключен вход схемы формирования импульса, например усилитель-ограничитель 12.

Выход этой схемы подается на второй вход схемы совпадений 10. Выход схемы совпадений 10 связан со входом модулятора генератора радиоимпульсов 13, выход которого через фильтр 14 подключен к тросу-проводу 15.

Сигнал с другого выхода усилителя 7 поступает на квадратичный элемент 16 (при сигнале переменного тока, когда в схеме применен усилитель 7 с преобразованием это может быть амплитудный, детектор), выход которого связан с управляющей цепью регулятора оборотов 17 двигателя 9.

Выход фильтра, например RC-фильтра, связан со входом схемы дистанционного включения тока .18 нагревателя 19.

В случае, если устройство имеет не одну, а несколько пар датчиков, т. е. многоканальное устройство, датчики 20, 21 подключают к своей измерительной схеме 22, аналогичной схеме устройства 5, а реохорд 6 делается таким, что его подвижный контакт переходит с резистора — калиброванного проводника, входящего в устройство 5, на резистор — калиброванный проводник, входящий в схему 22.

В многоканальном устройстве схема дистанционного включения тока нагревателей может включать подогрев не одного, а одновременно нескольких датчиков.

Устройство работает следующим образом.

Зонд погружают в осадки за счет энергии падения и веса устройства. После рассеивания тепла, образовавшегося при трении датчиков об ил, устанавливается разность их температур, характеризующая геотермический градиент в точке измерения.

Появление разности температур приведет к смещению того положения подвижного контакта реохорда, при котором на входе усилителя 7 будет нулевой потенциал. Подвижный контакт реохорда 6 непрерывно вращается в одну сторону двигателем 9.

4

При вращении ротора в цепи его тока возникают импульсы, связанные коммутацией коллектором. Эти импульсы, сформированные схемой 12, будут проходить через схему совпадений 10 с того момента времени, когда подвижный контакт реохорда 6 попал на начало проволоки реохорда, и до тех пор, пока напряжение на входе усилителя 7 не стало равно нулю. Этот угол поворота будет характеризовать измеряемую разность температур.

После прохождения положения подвижного контакта, соответствующего нулевому потенциалу, напряжение на выходе усилителя изменит знак и схема совпадения перестанет пропускать импульсы пульсаций коллекторного тока.

Таким образом, число импульсов за каждый цикл прохождения токосъемника характеризует измеряемую, разность температур. Эти импульсы принимают на борту судна при помощи радиоприемника и подсчитываются стандартным счетчиком; результат измерения получают в виде цифр (кода) или при наличии соответствующего преобразователя в виде аналоговой величины, К выходу усилителя 7 подключен также квадратичный элемент 16 и напряжение на

его входе не зависит от знака входного напряжения (т. е. не зависит от полярности сигнала на выходе усилителя). При подходе токосъемника реохорда к нулевой точке скорость вращения, управляемая регулятором 17 (который может быть выполнен в виде каскада усилителя постоянного тока) резко замедляется, в результате чего сильно снижается требование к полосе пропускания усилителя 7, от которой зависит сдвиг времени между моментом прохождения подвижным контактом реохорда 6 точки с нулевым потенциалом и моментом закрывания схемы 10.

Уменьшение полосы пропускания усилителя 7 позволяет сделать его более чувствительным и увеличивает точность прибора. Фильтр

14 разделяет сигналы радиоимпульсного генератора 13 от сигнала постоянного тока управления схемы 18, идущего с борта судна, Нагреватель 19 включается по команде оператора при измерении теплопроводности, которая определяется из соотношения между мощностью нагревателя и скоростью изменения температуры подогреваемого датчика.

Для передачи информации используют троспровод 15 диаметром 4 мм. Благодаря полиэтиленовому покрытию трос не коррозирует и удобен в эксплуатации. В устройстве применены энергетически экономичные элементы, так что общее энергопотребление его не прсвышает 0,6 вт. Точность устройства при одном канале 0,5 /о (при двух каналах 1 /о и т. д.). Чувствительность его лучше чем

5. 10 — С.

Для работы с устройством не требуется лебедка со скользящим контактом, Устройство может бь.Т6 также применено для получеиня температурных разрезов в толще воды.

408254

Предмет изобретения

Устройство для измерения геотермического потока через дно акватории, содержащее зонд, по крайней мере, с одной парой термисторных датчиков температуры, усилитель, коллекторный двигатель постоянного тока, схему управления скоростью двигателя и квадратичный элемент, например амплитудный детектор, отличающееся тем, что, с

Составитель В. Карпушин

Техред А. Камышникова Корректор В. Брыксина

Редактор Ф. Хлебников

Заказ 826/13 Изд. № 317 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1 (1 !

1 целью повышения достоверности измерения, в него введены схема формирования импульсов, вход которой электрически связан с цепью ротора коллекторного двигателя, по крайней мере, один дистанционно управляемый нагреватель датчика, причем вход квадратичного элемента подключен к выходу усилителя, а выход его подключен ко входу схемы управления скоростью двигателя.