Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения

Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения

Реферат

 

Использование: для определения средних характеристик морского волнения при оперативном гидрологическом обеспечении морских работ на шельфе. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный блок 1, блок 2 определения направления движения измерительного преобразователя, счетчик 3 количества волн, блок 4 определения средней высоты волн, блок 5 задержки начала счета, блок 6 задания выборки массива, цифровые табло 7 и 8, стабилизатор с аккумуляторной батареей 9, блок 10 устранения дребезга. 1-2-10-4-7, 9-5-6-8, 5-4, 5-3, 9-3. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к океанографии и может быть использовано при испытании судов, платформ и других инженерных сооружений для определения средних характеристик ветрового волнения.

Определение характеристик волнения моря является важной задачей при проведении многих научно-исследовательских, опытно-конструкторских и сдаточных работ. В отечественной и зарубежной практике широко применяются стационаpные и автономные устройства различных типов для получения информации о волнении.

Основными требованиями при этом являются оперативность получения информации в физических величинах и отсутствие необходимости ее дополнительной обработки; возможность получения информации о высоте волны с любой степенью обеспеченности; высокая точность определения характеристик реального волнения; эксплуатационная надежность, простота обслуживания; малые массогабаритные характеристики; автономность.

Известен автономный волномер, содержащий программно-распределительный блок, соединенный первым выходом с датчиком, а вторым с первым входом преобразователя "время-код", а второй его вход связан с третьим выходом программно-распределительного блока, а также счетчики колебания уровня моря, количества волн, высоты волн и времени, выходы которых через коммутатор соединены с радиопередатчиком, четвертый и пятый выходы программно-распределительного блока соединены соответственно через коммутатор с радиопередатчиком и с первыми входами счетчиков времени, высоты волн, количества волн и колебаний уровня моря [1] Недостатком этого волномера является малая точность измерения параметров взволнованной поверхности моря.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является автономный волномер, содержащий дополнительно введенные регистр среднего уровня моря, два генератора импульсов и сумматор с единичным переносом в младший разряд, первый, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с вторым выходом преобразователя "время-код", с выходом блока определения нулевого уровня моря, с выходом регистра среднего уровня моря и шестым выходом программно-распределительного блока а первый, второй и третий выходы с вторым входом счетчика колебаний уровня моря, счетчика количества волн и счетчика высоты волн, седьмой и девятый выходы программно-распределительного блока соединены соответственно через первый генератор импульсов с первым входом регистра среднего уровня моря, с вторым входом регистра среднего уровня моря и через второй генератор импульсов с третьим входом блока определения нулевого уровня моря, третий вход регистра среднего уровня моря соединен с первым выходом преобразователя "время-код" [2] Недостатком этого автономного волномера являются необходимость привязки к уровню поверхности воды, т.е. наличие дополнительного контролируемого параметра; возможность дрейфа электрических характеристик элементов схемы, приводящего к дополнительным погрешностям измерений; наличие в одном устройстве большого количества разных по принципу построения блоков; передача информации по радиоканалу вносит дополнительные погрешности в результаты измерений, ограничивает возможности применения устройства как по расстоянию до объекта приема информации, так и по условиям эксплуатации самого устройства и объекта приема информации по внешним условиям (состояние атмосферы, поверхности моря, наличию источников электромагнитных излучений в акватории испытаний и у объекта приема информации); большое потребление электроэнергии, что ограничивает возможность эксплуатации в автономном режиме; сложность диагностики и ремонта блоков устройства, требующая стационарных условий и специальной аппаратуры; отсутствие оперативной обработки информации.

Предлагаемое устройство обеспечивает упрощение и облегчение конструкции, сокращение аппаратных затрат, повышение эксплуатационной надежности, причем даже в неблагоприятных внешних условиях работы. Кроме того, в связи с тем, что выходная информация не требует дополнительной обработки, она может быть получена специалистами невысокой квалификации.

Это достигается тем, что в автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения, содержащее измерительный блок, блок определения средней высоты волн, счетчик количества волн и блок задания периода времени выборки массива заданного количества волн, при этом измерительный блок имеет датчик высоты волн в виде вертушки и преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал, введены блок определения направления движения вертушки и последовательно связанные между собой блок питания, кнопка включения устройства и блок задержки начала счета, причем вход блока определения направления движения вертушки соединен с выходом измерительного блока, первый выход связан с первым входом счетчика количества волн, а второй выход с первым входом блока определения средней высоты волн, выход счетчика количества волн соединен с первым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн и с вторым входом блока определения средней высоты волн, при этом выход блока задержки начала счета соединен с третьим входом блока определения средней высоты волн, выход которого связан с входом первого цифрового индикатора, вторым входом счетчика количества волн и вторым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн, выход которого связан с входом второго цифрового индикатора.

Кроме того, дополнительно между выходами функционального блока определения направления движения и первыми входами счетчика-дешифратора высоты волн и счетчика количества волн может быть включен функциональный блок устранения "дребезга" контактов электромагнитных реле.

Наличие в предлагаемом устройстве измерительного блока, выполненного в виде вертушечного преобразователя высоты волн в кодово-импульсный сигнал и соединенного с функциональным блоком определения направления движения измерительного преобразователя, а также выбранный порядок соединения всех блоков, входящих в схему, обеспечивают упрощение, облегчение и удешевление конструкции, повышение эксплуатационной надежности.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения содержит измерительный блок 1, соединенный с блоком 2 определения направления движения измерительного преобразователя, блок 2 соединен со счетчиком 3 количества волн и блоком 4 определения средней высоты волны через блок 10 устранения дребезга, блок 5 задержки начала счета соединен со счетчиком 3 количества волн, блоком 4 определения средней высоты волны, блоком 6 задания периода времени выборки массива заданного количества волн. Блок 4 определения средней высоты волны и блок 6 задания выборки массива соединены с цифровыми табло 7 и 8. Питание устройства осуществляется от аккумуляторной батареи и стабилизатора 9.

Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения работает следующим образом.

При включении электропитания блок задержки начала счета обеспечивает задержку начала работы автономного устройства на 2,5-3 мин. Это время выбрано с таким расчетом, чтобы спущенное на воду автономное устройство успело отойти от борта судна и не попало в зону искаженных им волн. Блок 5 задержки начала счета представляет собой реле времени, сигнал срабатывания которого разрешает работу блока 6 задания времени выборки, счетчика 3 количества волн и блока 4 определения средней высоты волны, устанавливая их в нулевое состояние. Импульсы, образованные измерительным блоком 1 в результате срабатывания герконов, поступают в блок 2 определения направления движения измерительного преобразователя. В блоке 2 определения направления происходит поочередное распределение импульсов по двум каналам, которые определяют направление движения преобразователя. Изменение направления или смена каналов фиксируется в блоке 2 формированием импульсов и подачей их через блок 10 устранения дребезга на счетчик 3 количества волн. Общее количество импульсов с двух каналов поступает с блока 2 на блок 4 определения средней высоты волны.

Счетчик 3 количества волн фиксирует количество волн, которое необходимо для анализа, в нашем случае 80, т.е. 160 изменений направлений. После полного заполнения счетчика на выходе блока появляется сигнал окончания счета, который поступает в блок 4 и блок 6. Число импульсов блока 4 и секунд блока 6 отображается трехзначным числом на цифровых табло 7 и 8. Цифровое табло блока 4 определения высоты волн показывает их среднее значение, а цифровое табло блока 6 времени время замера 80 волн. После считывания информации с цифровых табло 7 и 8 обработка сводится к расчету высот волн любой обеспеченности с учетом соответствующего коэффициента.

Сравнительные испытания с другими волномерными устройствами показали его неоспоримые эксплуатационные преимущества.

Устройство рекомендовано к применению на судах ВМФ.

Технические характеристики.

Регистрируемые высоты волн: h > 0,11 м.

Предельная относительная погрешность определения средней высоты волны (не более); h 0,5 м 4% h 1,0 м 2% h > >2,0 м 1% Предельная относительная погрешность определения среднего периода волны (не более): 1% Масса комплекта в сборе 12 кг.

Область применения.

Устройство незаменимо при проведении гидрологических исследований; испытании судов и других транспортных средств на открытых водоемах; выполнении аварийно-спасательных работ; буксировке судов, плавсредств, тралов и других грузов; проведении спортивных соревнований; туристических походах на катерах и яхтах; обеспечении безопасности работы на нефтевышках, морских платформах и гидротехнических сооружениях различного назначения.

Устройство может быть включено в комплект навигационного оборудования как дополнительное средство для получения оперативной информации об условиях плавания.

Формула изобретения

1. АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ СРЕДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ, содержащее измерительный блок, блок определения средней высоты волн, счетчик количества волн и блок задания периода времени выборки массива заданного количества волн, отличающееся тем, что измерительный блок имеет датчик высоты волн в виде вертушки и преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал, введены блок определения направления движения вертушки и последовательно связанные между собой блок питания, кнопка включения устройства и блок задержки начала счета, причем вход блока определения направления движения вертушки соединен с выходом измерительного блока, первый выход связан с первым входом счетчика количества волн, а второй выход - с первым входом блока определения средней высоты волн, выход счетчика количества волн соединен с первым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн и вторым входом блока определения средней высоты волн, при этом выход блока задержки начала счета соединен с третьим входом блока определения средней высоты волн, выход которого связан с входом первого цифрового индикатора, вторым входом счетчика количества волн и вторым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн, выход которого связан с входом второго цифрового индикатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал включает в себя электромагнитные реле, а между выходами блока определения направления движения вертушки и первыми входами блока определения средней высоты волн и счетчика количества волн включен блок устранения дребезга контактов электромагнитных реле.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол установки лопастей вертушки измерительного блока составляет 35^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1