Способ автоматического определения в условиях океана параметров состояния морской воды

Способ автоматического определения в условиях океана параметров состояния морской воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

с.й а

1 ..

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

"717633 (6! ) Дополнительное к авт. свид-вуI)M. Кл. (22) Заявлено29.12.76 (2! ) 2435703/18

Q 01N 21/46 с присоединением заявки РЙ

Гасударственный комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 25.02-80. Бюллетень J%

Дата опубликования описания 28.02.

so делаи изобретений и открытий.

) УДК 535.322. .4(088,8) М. А, Брамсон, Э. Г. Гончаров, Э.И. Красовский, И. А. Митрофанов, А. А. Морозова и А. Д» Федоровский (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ В

УСЛОВИЯХ ОКЕАНА ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ

МОРСКОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к области океанологически!с исследований и может быть использовано при построении автономных устройств для комплексных квазисинхрон» . ных параметров различных гидрофизичес9 ких полей Океана: температуры, солености и плотности.

Известны способы определения взаимо» . связанных гидрологических параметров ! морской воды путем измерения текущих значений электропроводности и температуры вычисления других параметров, например солености, по различным эмпирическим формулам 1).

Известен также способ автоматическо-. го определения в условиях Океана параметров состояния морской водьп температуры, солености и плотности, путем синхронного измерения текущих значений двух из совокупности взаимосвязанных парамет-. ров и последующего вычисления значений других параметров 12).

К недостаткам известного способа относится то, что вследствие тепловой инер2 ционности, присущей измерителям температуры, он ограничивает пространственновременное разрешение исследуемых гидрофизических полей, например, температуры и функционально связанных с ней солености и плотности, Поэтому при исследовании тонкой струкгуры, и, особенно, пульсапионных составляющих гидрофизических полей существующий способ не может обеспечить необходимое пространственно-временное разрешение при сохранении требуемой точности измерений.

Цель предлагаемого изобретения — повышение быстродействия и разрешающей способности при комплексном определении в квазиреальном масштабе времени средних и пульсационных значений температуры, солености и плотности.

Для этого в известном способе синхронно измеряют текущие значения оптического показателя преломления и скорос1

t0 где „вЂ” значение определяемого параметра (температуры, к= 1; соленности, к = 2; плотности к = 3 ) л": -.к

Э 1 Е измеряемые текущие значения

3S скорости распространения звука;

"onr — измеряемые текущие значения оптического показателя прелбмления; ю — порядок учета нелинейных свя зей в аппроксимирующих полино мах, „; — заранее определяемые по извес ным табличным данным постоянные коэффициенты.

Выражение (1) представляет собой полипом, степень которого определяется необходимой точностью- вычислений искомых параметров.

Значения коэффициентов й„,3 полинома, для каждого из определяемых параметров, вычисляют методом наименьших квадратбв по известному массиву табличных данных о взаимосвязях гидрофизичес ких полей и заранее заводят в долговременную память вычислительного устройства.

Значения этих коэффициентов .могут быть также уточнейы на основе градуировочных характеристик измерителей показателя преломления! и скорости звука, полученных в лабораторных условиях.

На фиг 1, 2, 3, представлены графики зависймости среднеквадратичной погрешности определения солености, плотности .- " " и температуры, соответственно от точнос-. ти йзмеренйя оптического показателя пре ломления и скорости звука; на фиг. 4, 5. и 6 изображены графики зависимости солености, условной плотности и температуры от аномалий показателя преломления и скорости звуке.

Из приведенных графиков (фиг. 1, 2 и 3) видно, что при измерении показателя преломления с точностью 2- 10, о. е.

" - и скорости звука с точностью 0,1 м/сек инструментальные погрешности определения солености, плотности и температуры не превышают 2,." ° 10 Я„1,1 10 5 А из 3,5 10 С, соответственно, Если

2о точность измерения скорости звука за дать равной 0,02 м/сек, то "погрешность можно довести до значений не превышающих:

1 градусов.

Йля грубой оценки зависимости солености, плотности и температуры от аномалий показателя прелбмления и скорости

15 звука на фиг. 4, 5 и 6 приведены графики этих зависимостей, полученных расчетным т- путем на основе приведенного в качестве примера аппроксимирующего полинома третьей степени.

Таким образом, для автоматического

ЯО определения гйдрологических параметров морской воды — температуры, солености и плотности, синхронно измеряют величины оптического показателя преломления

25 с точностью не ниже 2 10 о.е (относительных единиц) и пространственным разрешением порядка см-guM и скорости распространения звука с точностью 0,02ф

0„3. м/сек при том же пространственном

30 разрешении, а также вычисляют искомые величины температуры, солености и плотности, Для реализации предлагаемого способа должны быть использованы измерители

35 оптического показателя преломлением (например, рефрактометрические или интерференционные) и скорости распространения звука (например, магнитострикционные или пьезоэлектрические), обладающие вы40 соким быстродействием при малом просмотровом объеме, благодаря чему обеспечивается необходимое пространственновременное разрешение.

Вычисление искомых параметоов (тем45 пературы, солености и плотности) в соответствии с уравнением (1) может быть въшолнено, например использованием су» шествующих ЭВМ ограниченной мощности и быстродействия (например, СЦРМ "Карат", "Экспресс-1", «Роса" и т. п.).

П р и м е .р; В качестве примера раз« работан аппроксимирующий полином третьей степени относительно измеряемых величин и определены значения его коэффици55 ентов для пересчета измеренных значений показателя преломления и скорости звука к значениям солености, плотности и температуры. ти распространения звука, после чего искомую величину вычисляют по формуле:

17633 4

1 10 /оо — для солености, 9 10 г/см — для плотности, 3

- о

9 10 С вЂ” для температуры.

Из приведенных графиков также видно, что при уменьшении температуры измеряе» мой среды требования к точности измерения скорости звука снижаются в 2-3 разе, что особенно выгодно при исследованиях на больших глубинах, где средняя температуре водных масс не превышает единиц ю т. -

717 где дД— 0ÀÒ ьв ч

Коэффицйенты полино ма

О;„Знак

Величина Знак

Величина Знак

Величина

2,"82251 1 0 2,05367 10

1,45172 10

1,15078 10 +

4,24447 ° 10

4,4567.5 10

2,30975 ° 10

0л

3,97895 ° 10

1 87190 ° 10

1,64564 10

2,70014 ° 10

020

-з

7,95943 10

-I

1,01228 10

4,59183 10 лл

1,14792 10

2,13224. 10 02

3,53464 10

5,16895 10

9,88452 10

1,82782 . 10 зо

7,90807 10

3,3 2837 ° 1.0

1,0601 2 10

О

4,92972 ° 10

4,441 24 ° 10

6,17380 10

8,43176 10

1,41972 10 оЭ для упрощения аппроксимации приняты следующие понятия: дб =(d-(} (0(; ап „=(n „-(,з(т}(о аномалия плотности воды, в условных единицах (у.е.); плотность воды,в г/смэ; аномалия показателя преломления, в условных единицах, (у,е.) показатель преломления воды, . в относительных единицах (о.е.); аномалия скорости звука в воде, в условных единицах; скорость звука в воде, в м/сек.

+ 5,69286 10 +

+ 5,38471 10 + лЗ Зл, 22 32 33

Максимальные погрешности аппроксимации по среднеквадратичной оценке состав ляют: для солености не более 0,04о/оо в о диапазоне от 30 до 40 /оо; для плотности не более 3 10 г/смэ в диапазоне от

1,019 до 1,032 г/см3; для температуры не более 0;04 С в диапазоне от 0 до 30 C. о О

При необходимости уменьшение погреш- . ностей достигается увеличением степени аппроксимирующего полинома или сокращением диапазона измерений. Также су». щественно дальнейшее уточнение исходных эталонных табличных данных

633 6

Определены коэффициенты полинома для зависимостей солености условной пло ности и температуры от аномалей скорости звука и показателя" преломления, т.е. з з 1 i

ЗВ" ОПТ (=O ОР КУ 3Ь О()Г где 8 - соленость в о/оо)

6 - температура, в оС;

К вЂ” индекс параметра, значения которого определяются ( — коэффициенты членов полинома.

Полученные значения полинома представлены в таблице. (см. Зубов H. Н, "С}кеанологические таблицы", ГИМ((З, Л., 1957 и «Таблицы для 1 расчета скорости звука в морской воде", УГС. ВМФ, 1965), которые в настоящее время известны с ограниченной точностью . и являются основным йсточником погреш- ностей аппроксимации: Йля определения требования к точности измерителей на основе известных табличных данных были расчетным путем получены зависимости погрешностей определения солености, плотности температуры .и точности измерений показателя преломления скорости звука. формула изобретения

Способ автоматического определения в условиях океана параметров состояния морской воды; температуры, солености и плотности, путем синхронного измерения текущих значений двух из совокупности взаимбсвязанных параметров и последующего вычисления значений других параметров,отличающийся тем,что, с целью повышения быстродействия и разрешающей способности цри комплексном определении в квазиреальном масштабе времени средних и пульсационных значений температуры, солености и плотности, 20

7 7176

Использование предлагаемого способа определения параметров состояния морской воды в условиях океана позволяет создать автономные устройства для комплексных синхронных измерений различных 5 гидрофизических полей: температуры, со лености, плотности.

В отличие от существующих способов предлагаемый способ, благодаря широкому частотному диапазону измерителей опти- 10 ческого показателя преломления и скорооти распространения звука, обеспечивает возможность исследований тонкой структу ры и пульсационных составляющих, т.е. пространственно-временных характеристик 1 изучаемых гидрофизических полей.

ЗЗ 8 синхронно измеряют текущие значения оптического показателя преломления и скорости распространения звука, после чего искомую величину вычисляют по формуле:

ITI m 3

J„=K Е4, Ч

" =o j-o где J„- значение определяемого параметра (температуры к=1, солености к = 2, плотности к-З4 /- — измеряемые текущие значе

8 ния скорости звука;, "о — измеряемые текущие значе ния оптического показателя прело мления, tn — порядок учета нелинейных связей в аппроксимирующих, полиномах, 4<" - заранее определяемые по

1) известным табличным дан» ным постоянные коэффициенты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Маклаков А.,Ф. и др. Океанографические приборы, Л,, "Тидрометеоиздат", I975, с. 261-270.

2. Маклаков A. Ф. и др. Океанографические приборы, Л., "Гидро метеоиздат", 1975, с. 54-59, 281-283.

717633

У, 8

Ь ф 22

3 г т

2 .,7 ф

Дномалич поиазатела ираломленцд фиг, Ю

Составитель Не Гусева

Репвктор И. Павлов Техреп М: Кепемеш Корректор Р. Ивэвровв

Заказ 9831/60 Тирви 1019 Поппиоиое

UHHHIlH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/1р

Филиал ППП "Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4