Способ определения скорости перемещения неоднородностей параметров гидрофизических полей верхнего слоя океана по ходу судна

Способ определения скорости перемещения неоднородностей параметров гидрофизических полей верхнего слоя океана по ходу судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к океанографическим измерениям и может быть использовано для определения по ходу судна скорости перемещения неоднородностей параметров гидрофизических полей. Целью изобретения является повышение точности. При буксировании плавучих оснований 6 с датчиками 1 и 2 и включении электродвигателя лебедки 8 шкив лебедки, вращаясь, перетягивает трос 7 со скоростью Va относительно судна. В результате датчики 1 и 2 перемещаются со скоростями V{ Vc + Va - V0 - Vj, где Vc - скорость судна. В момент, когда

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ($1)$ С 01 Р 5/00

Ф описания изоБРКткния

К A BTOPGHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4618705/10 (22) 14, 1 l ° 88 (46) 30«ОЗ«91«Бюл, Р 12 (71) Морской гидрофизический институт АН УССР (72) .Г«Н Христофоров;А С,Запева ов

;Ю,А,Мищенчук и. В«Е, Смолов (53) 532 ° 574(088«8) (56) Ястребов. В«C«Методы и техни» ческие средства океанологии,:Л,:

Гидрометеоиздат, 1986,: с«78»98« (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ CKOPOCTH

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПАРАМЕТ»

РОВ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ВЕРХНЕГО

СЛОЯ ОКЕАНА ПО ХОДУ СУДНА

„„SU„„1638629 А 1

2 (57) Изобретение оТНосНТсН к океанографическим измерениям и может быть использовано для определения по ходу судна скорости .перемещения неоднородностей параметров гидрофизических полей, Целью изобретения является повышение точности При буксировании плавучих оснований б с датчиками I u

2 и включении электродвигателя ле бедки 8 шкив лебедки, вращаясь, перетягивает трос 7 со скоростью V относительно судна« В результате дат» чики 1 и 2 перемещаются со скоростя=1 с+ Vy 1 = с

Чс —. скорость судна, В момент, когда

1638629.Q= К (U+ V), (3) S(Q) = 11 (17(К), (1) 30

Я = 111К, (2) AQ (U+V)

= A.ß,"(U + Ч,)"+, ю (7) (8) 1g $,(aö) — )g 8 (() ) = (n+()(lg(u+v>) - 1g(g+Vg));(9) е

«яти

Ч 10

Ц ю — — Ь -»

10)- 1 (10) где показатель степени один из ограничителей 11 замкнет кон цевой выключатель 10, сигнал о зам. канин поступает в станцию управления лебедкой 8, .которая формирует сигнал реверса лебедки Датчики начинают двигаться в обратном направлении, Од новременно сигнал о замыкании второй пары контактов поступает на отдельный Вход Вычислителя 5 р ВычисляющИй 10

Изобретение относится к океанографическим измерениям и может быть использовано для определения по ходу судна скорости перемещения неодно родностей параметров гидрофизических полей (температуры, электропрбвод ности и:т,д,) ..

Целью изобретения является повы шение точнОСтИ

Способ основан на том, что изме ренный в фиксированной точке про» странства частотный спектр $(Я) свя зан с пространственным спектром ()(К) соотношением где Я циклическая частота;

К Волновое число;

U » скорость перемещения неодно 35 родностей, В случае, если измерения прово дятся движущимся со скоростью V иэ» мерителем, то кажущаяся частота ре» гистрируеьых им неоднородностей 40

W,(î) " Р + Ч ) A Kg

S2(Q) = (U + Vz) А К

I откуда получаем

Р 13 SIEQQ 13 SZSgk, (11)

n+ I 55

Выражение (10) . является основным выражением для расчета скорости U, Все входящие в него величины задают

V„- Va 10 по формуле V - -" — — — - где

1аг 1 э

Б (Я вЂ” частотные спектры фпуктуацйй гидрофизического параметра; инаклон спектра в окрестности часто ты Я, 1:э,пе ф"лы, 1 ил, Если измерения осуществляются дву мя датчиками, движущимися со скорос тями Чц и U< относительно неподвижной системы координат, то уровни спе.кч ральной плотности фпуктуаций, изме ряемые первым и вторым датчиками на частоте .Q, определяются выраже о виями: « о) = (" ) У( гд К1 =Я,® + Чсе (4)

Я (Я ) = (U + Ч ) (1(7(К ), де Кг î U + Ч2

Спектры Волновых чисел (17(К) на интервале К С К < К, соответствую щем мелкомасштабным флуктуациям, мож но аппроксимировать как, (1)(К) = А„, (6) где значения показателя степени и удовлетворяют неравенству 1 < n (3;

А — размерный множитель, Из (4), (5) и (3) следует, что ся или измеряются, Значение показа теля степени и определяется по виду частотного спектра S; (Q) так как он аппроксимируется выражением, ана логичным (6) S; (Я = Bg поскольку

Q и К связаны между собой линейным соотношением {3), Буксирование двух датчиков в па раллельных плоскостях на одинаковой глубине с различными постоянными ско ростями относительно неподвижной

16 38629

15 системы координат позволяет вычислить скорость перемещения неоднородностей гидрофизических полей в направлении движения судна по выражению (10), На чертеже изображена схема устройства для выполнения предлагаемого способ а.

Устройство содержит датчики 1 и

2 с измерительными схемами 3 и 4 соответственно, в качестве которых могут быть использованы датчики с измерительными схемами поверхностных измерителей температуры, Выходы измерительных схем 3 и 4 соединены.„c отдельными входами вычислителя: 5 ° В качестве вычислителя может быть использована миниЭВМ, Для обеспечения неизменной глубины буксировки в верхнем слое океана (0,2 0,3 м) датчики 1 и 2 могут быть закреплены на плавучих основаниях 6, в качестве которых могут быть использованы лю" бые обтекаемые формы или глиссирующие плавучие основания, Плавучие основания соединены между собой тросом

7, который заведен петлей на шкив реверсивной лебедки 8, установленной на бортовом выстреле:9 ° Длина бортового выстрела выбрана достаточной, чтобы вывести датчики из турбулентного следа судна, и в зависимости от раз мер о в и об водо в судна р авиа 510.м, На конце выстрела 9 установлен концевой выключатель 10, имекщий две пары контактов, Одна лара контактов подключена к цепи управления ревер сом лебедки 8, а вторая лара - к отдельному входу вычислителя 5„„

На тросе 7 на равных расстояниях от плавучих оснований 6 закреплены ограничители 11 перемещения, Расстояние от датчиков 1 и 2 до ограничителей 11 выбирается минимальным, лри котором датчики устойчиво движутся на заданной глубине 0,2-0,3:м. Ограничители 11 перемещения установлены так, что при приближении к концу выстрела одного из них они воздействуют на рычаг концевого выключателя 10б

Скорость судна может быть рассчитана вычислителем-5 ло данным кави гационной системы ° Станция навигационной системы 12 подключена к отдельному входу вычислителя; 5. Выходы измерительных схем 3 и 4 и навига ционной системы 12 подключены к вьг20

55 чи слит елю через аналого-цифровые пре образователи ЛЦП (не показаны), Устройство работает следующим образом, При буксировании плавучих основа» ний 6 с датчиками 1 и 2 и включении электродвигателя лебедки 8 шкив ле бедки, вращаясь, перетягивает трос

7 со скоростью V относительно судна, в результате чего датчики 1 и 2 на» чинают перемешаться со скоростью V . один - вперед, другой - назад относительно судна При эгом скорость перемещения датчиков в неподвижной системе координат с+ Vy 7г с у где Чс — скорость судна, В момент, когда один из ограничи» телей 11 замкнут концевой выключатель 10, сигнал о замыкании одной па ры контактов поступает в станцию уп равления лебедкой 8, которая формирует сигнал реверса лебедки, Датчи ки начинают двигаться в обратном направлении, Одновременно сигнал о за мыкании второй пары контактов посту» пает на отдельный вход вычислителя 5 °

Сло соб включает следующие опера ции, вылолня емые по ходу судна

В зависимости от скорости букси» ровки и заданной достоверности оцен» ки разности частотных спектров пара» метров определяют необходимую скорость Ч перемещения датчиков относн тельно судна. Обслечивают требуемую скорость V регулировкой скорости вра» у щения шкива лебедки и подбором диа метра шкива Устанавливают датчики 1 и 2 на основаниях 6 ° Трос 7 заводят на шкив реверсивной лебедки:8. При» крепляют плавучие основания 6 к кон» цам троса 7„ На равных расстояниях от плавучих оснований б на тросе 7 кре» пят ограничители 11 перемещений. Ус танавливают на конце бортового выст» рела 9 реверсивную лебедку 8 и конце вой выключатель 10. Устанавливают бортовой выстрел в носовой части судна, опускают основания б на воду

Включают реверсивную лебедку 8 По данным станции вычисляют скорость дви жения судна, Измеряют с помощью датчи ков 1 и 2 с измерительными схемами 3 и 4 флуктуации гидрофизического пара» метра движущимися датчиками ° По сред»

1638629 ством вычислителя 5 рассчитывают слектры флуктуации Я (Я) и Я (Я) гидрофизиче ского параметра. Вычисляют скорость U перемещения неоднороднос тей параметра в направлении движения судна по выражению (10), учитывая, что Ч = Чс + V)s Ч = Чс — Ч .

Для корректного определения эначе ния параметра P необходимо, чтобы разность уровней спектральных плотностей на частоте Я превышала их до верительный интер вал»

Сравниван (7) и (8),. можно определить, во сколько раэ спектральная плотность сигнала одного датчика выше спектральной-плотности сигнала другого датчика» Характерные скорости перемещения неоднородностей, обусловленных короткопериодными . внутренними волнами, лежат в диапазоне 0,5 м/с» ПОскольку спектры температурных фпуктуаций имеют наклоны в пределах от -1 до -3, в примере конкретного выполнения целесо™ 25 образно принять и =:2, При скоростях

V < и V равных соответственно 4 и

2,5 м/с, согласно (10) и(11) при и 2 оказывается, что S< (Q )/S<(Q,) 2,9-3,4 ° Доверительный интервал . 30

1, 5 с 95 Х-ной обеспеченностью дости гается при 1 = 50,:т»е» при m =- 19.

Для получения спектральных оценок с указанным доверительным интервалом

s,

Дпя данного числового примера принимаем, S < (Я ) /S (?„) = 3. Соответст» венно P согласно (11) равно 0,16, Частота Я выбирается иэ условия бли 40 зости к ожидаемой кажущейся частоте внутренних волн при данной скорости

I движения, Подставляя указанные значения V

V и P в (10), получаем U = 0 89 м/с» 45 формула изобретения

: 1, Способ определения скорости перемещения неоднородностей парамет 50 ров гидрофиэических полей верхнего слоя океана по ходу судна, заключаю щийся в том, что буксируемым с постоянной скоростью Чц, параллельно курсу судна датчиком измеряют частот 55 ный спектор флуктуаций гидрофизического параметра S (Q) о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше ния точности, одновременно буксируют достаточно N = 500 при m = 25, Продолжительность записи соответственно равна произведению N на дискретность измерений

Пусть внутренняя волна имеет пе» риод 5 мин, При движении датчиков навстречу волне ее кажущийся период уменьшается (эффект Доплера) и в данном случае в среднем составит примерно 40.с, Дискретность измерений можно выбрать равной 2 с, тогда про должительность одного сеанса измерений составит 1000 с

Если судно движется со скоростью

3,25 м/с (или 6,5 узлов), то задавая скорость вращения шкива лебедки и/или подбирая диаметр шкива, .обеспечивают скорость перемещения датчиков V относительно судна 0;75 м/с»

Это соответствует собственным ско.ростям движения датчиков в неподвиж ной системе координат, равным 4 и

2,5 м/с, Обоими датчиками измеряют флуктуации гидрофизического параметра и по этим фпуктуациям рассчитываются спектры Если собственные спектры фпуктуаций измеряемого параметра пропорциональны Я то отношение спектральных плотностей, рассчитанных по данным измерений первого и второго датчиков на некоторой часто те Qo, равно:

)y

1 второй датчик, идентичный первому, на той же глубине, параплельно курсу судна с другой постоянной скоростью

V и измеряют на этой скорости частотный спектр Sz(Q) флуктуаций гидро

<физического параметра вторым датчиком, а скорость U перемещения неоднородностей определяют из выражения

V<- Vg10

Р

U — ——

10 » 1 где показатель степени р 1д « <. Я) - 1д ьà é и+ 1

n " наклон спектра в окрестности частоты Ч2О, :2, Способ по:vol, о т л и ч а юшийся тем, что буксировка датчиков с различными скоростями осуществляется путем дополнительного переме щения датчиков в противоположных направлениях параллельно курсу судна,