Сигнализатор промерзания иоттаивания почвы

Сигнализатор промерзания иоттаивания почвы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИИЛЬСТВУ

Союз Советскин

Соцналнстнческик

Республик

«л823882 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 03.10.78 (21) 2678913/18-10 с присоединением заявки Ио (23 } Приоритет

Р1 М К 3

G 01 F. 23/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 230481. Бюллетень Hо 15 (53) УДК 681.128.82 (088.8) Дата опубликования описания 23 . 04 . 81 (72) Авторизобретеиия

А.Б. Немировский (71) Заявитель (54) СИГНАЛИЗАТОР ПРОМГРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

ПОЧВЕ1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для сигнализации и момента промерэания и оттаивания почвы на

5 определенной глубине.

Известно устройство для определения момента промерэания и оттаивания почвы на определенной глубине, представляющее.собой заполненную водой коробку (камеру), поверх которой плавает поплавок — поршень. При расширении воды, вследствие замерзания ее в коробке поплавок замыкает сигнальную цепь. При оттаивании льда цепь вновь размыкается (1). 15

Недостатком системы является низкая надежность работы, связанная с наличием механических контактов, изменением их переходного сопротивления при длительном хранении во влаж- 2О ной атмосфере, большом перепаде температуры и т.д. При частичном промерэании слоя воды; в камере чувствительность датчика снижается.

Известны ультразвуковые уровнемеры, предназначенные для определения наличия в сигнальном зазоре датчика жидкой или газообразной среды, в работе которых используется принцип оценки изменения энергии акустичес2

\ кого импульса в волноводе при его демпфировании (2 1. Однако применение подобных датчиков в сигналиэаторе промерзания и оттаивания почвы приводит к резкому уменьшению динамического диапазона чувствительности. Это объясняется тем, что волновые сопротивления воды и льда отличаются между собой гораздо меньше, чем жидкости газообразной среды.

Наиболее близким по техничсской сущности к предлагаемому является сигнализатор уровня, содержащий генератор переменного напряжения,две акустические головки, расположенные соосно в горизонтальной, плоскости, усилитель и индикатор.

Фиксация момента смены среды на контролируемом уровне происходит по изменению затухания продольных ультразвуковых волн, возбуждаемых излуча ащей головкой (3 ).

Недостатком устройства при использовании его для сигнализации момента промерэания почвы является. то, что декременты поглощения воды и льда на продольных волнах отличаются всего на 30е.

823882

Это приводит к снижению точности фиксации момента промерзания почвы.

Цель изобретения увеличение динамического диапазона чувствительности, обеспечение надежности работы и возможности дистанционного контроля работоспособности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в сигнализаторе акустические головки выполнены в виде пьезокерамических излучателя и приемника продольных 0 поперечных волн, ориентированных чувствительными гранями под углом а( к линии наблюдения, причем угол с(. выбирается из соотношения ! чаи

arcctg ——

Р где с(. — угол между направлением оси максимальной чувствительности датчика и нормально к линии наблюдения;

U - амплитуда напряжения на

Р выходе приемного датчика, соответствующая сигналу Р— волны при жидкой фазе среды;

U амплитуда напряжения на выходе приемного датчика, соответствующая суммарному сигналу при твердой фазе среды.

На фиг.1 приведена принципиальная схема сигнализатора момента промерзания почвы; на .фиг,2 — эпюры, поясняю- 35 щие одновременное формирование SH и продольных волн.

Сигнализатор содержит генератор 1 переменного напряжения, излучающий акустическую головку 2 поперечных 40 типа SH и продольных волн, приемную акустическую головку поперечных типа SH и продольных волн 3, усилитель 4, индикатор,5, заполненную водой и акустически заглушенную камеру б. 45

Генератор служит для запуска ультразвукового излучателя акустической головки 2 °

Акустическая головка 2 предназначена для излучения одновременно 50 поперечных типа SH и продольных (Р} ультразвуковых колебаний, амплитуды которых $ (" связаны соотношением:. (4) и

9 SN где Кс< 1 - коэффициент, значение которого выбирается иэ условия обеспечения требуемого динамического диапазона чувствительности сигнализа- 60 тора.

Акустическая головка 3 предназначена для приема ОдновРемеино поперечных типа SH и продольных улътразву» ковых колебаний. 65

Особенностью излучающей (приемной) головки является то, что генерация (прием) SH и Р волн осуществляется одними и теми же конструктивными элементами ультразвукового преобразователя. Именно это обстоятельство позволяет однозначно судить об исправности системы, предразначенной для возбуждения и регистрации поперечных SH волн по ее работоспособ1ности в режиме возбуждения н регист рации Р волн при неэамерзании воды в камере ° ,Акустические головки могут быть выполнены a виде пьезокерамических датчиков смещений с одной степенью свободы, например биморфного типа, ориентированных под углом к линии наблюдения.

В этом случае, при идентичных соосно расположенных излучателе и приемнике упругих волн имеет следующее очевидное соотношение для амплитуд <и) на выходе приемнием SH u P волн (и

„(„) -- К =Ь (, (эи) где А — угол между направлением оси максимальной чувствительности датчика N и нормалью к линии наблю,дения АВ (фиг.2).

Сказанное поясняется эпюрами, приведенными на фиг.2 ,Ф

I где 00 — расстояние между излучателем (И) и приемником (П) ультразвуковых колебаний (линия наблю(и дения);

,„ амплитуда ультразвуковых колебаний, излучаемых в направлении оси максимальной чувствительности й(и излучателя;

1" амплитуда ультразвуковых колебаний, регистрируемых приемником в направлении его оси максимальной чувствительности Nt,, N,N - направление нормали к чувствительной грани излучателя и приемника соответственно; — горизонтальная плоскость, в которой расположены чувствительные грани акустических головок.

Выход акустической головки 3 соединен со входом усилителя 4. Усилитель обеспечивает необходимый уровень сигналов иа входе индикатора 5, к входу которого ои подключен.

Индикатор 5 предназначен для регистрации сигналов на выходе усилителя 4 и может иметь, электрическую (в виде определенного уровня напряжения), световую (разного цвета) или

823882 звуковую (разной тональности) индикацию.

Камера б, заполненная водой, предназначена для размещения в ней акустических головок, Для устранения влияния многократно отраженных от стенок камеры ультразвуковых колебаний и паразитного прохождения их по корпусу, стенки камеры выголнены акустически заглушенными с применением, например, резиногористой изо,ляции. Камера с вмонтированными. в нее .акустическими головками устанавливается в почве на определенной глубине.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, если вода в камере б не замерзла, излучаемые головкой 2 ультразвуковые продольные колебания проходят через слой жидкости и преобразуются акустической головкой 3 в переменное электрическое напряжение. Выходной сигнал усиливается схемой 4 и регистрируется индикатором 5 в виде, напри.мер, определенного уровня напряжения.

Уровень регистрируемого сигнала сви- 25 детельствует об исправности электроакустического тракта и о наличии жидкой фазы среды в камере б. SH компонента возбуждаемых колебаний через жидкость не проходит ЗО

После промерэания почвы до определенной глубины вода в камере переходит из жидкой фазы в твердую (превращается в лед), При этом через сигнальный зазор между акустическими. го-35 ловками распространяются, наряду с продольными,и поперечные колебания типа SH. Поскольку при возбуждении и приеме Р и SH волн выдерживается соотношение (1) и затухание на выходе индикатора 5 резко возрастает (в К-" раз) .

Использовании предлагаемого устройства, за счет излучения и приема поперечных типа SH и продольных волн, позволяет одновременно повы- 45 сить надежность работы и динамический диапазон чувствительности сигнализатора, обеспечить возможность контроля его исправности без извлечения из почвы. Несколько таких 50 устройств, размещенных на разных глубинах промерзания грунта и толщине ледяного покрова соответственно. формула изобретения где с — угол между направлением оси максимальной чувствительности датчика и нормалью к линии наблюдения; амплитуда напряжения на выходе приемного датчика, соответствующая сигналу

Р волны при жидкой фазе среды; амплитуда напряжения на выходе приемного датчика, соответствующая суммарному сигналу при твердой фазе среды.

SH,P

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 45432, кл. G 01 F 33/24, 1934.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 510647, G 01 F 23/28, 1973.

3. Колесников H. ° и др. Контроль уровня жидкости на судах.

"Судостроение", 1969, с. 149.

Сигнализатор промерзания и оттаивания почвы, содержащий заполненную водой акустически заглушенную камеру, две. расположенные в ней на некотором расстоянии друг от друга соосно в горизонтальной плоскости акустические головки, соединенные соответственно с выходом генератора переменного напряжения и входом индикатора через усилитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона чувствительности и обеспечения возможности дистанционного контроля работоспособности устройства, акустические головки выполнены в виде пьезокерамических излучателя и приемника продольных и поперечных волн, ориентированных чувствительными ° гранями под углом с .к линии наблюдения, причем угол о(. выбирается из соотношения

l u,„

cg = arcctg r

11р

823882

Тираж 702 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

1 редактор Г. Волкова

ЭЮ

Закаэ 2085/55

Составитель Н.Бурбело

Техред Н. Граб, Корректор Л. Иван