Измеритель вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах

Измеритель вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОбРЕТЕН ИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалист ичесиик

Республик

<»>960629 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 09. О 2. 81 (2 I ) 3249908/18-10 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл.

G 01 P 5/00

Ркударстееииый комитет

СССР аю делам изобретений и открытий (23) Приоритет,Опубликовано 23. 09. 82. Бюллетень № 35 (53) УДК 532.574 (088. 8) Дата опубликования описания23 . 09 . 82

К.Д.Сабинин, А.Н.Парамонов и А.С.Кузне в

Э

>>

Морской гидрофизический институт АН укр инской, CCP

-*.-- --- - ==..=...I (72) Авторы изобретения

{7l ) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ

ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ

ВОДОЕМАХ

Изобретение относится к техни ке скорости движения текучих сред, а

1 именно вертикальной скорости перемещения воды, и может быть использова« но при океанографических и лимнологических, исследованиях.

Известны автономные измерители вертикальной скорости движения воды, основанные на определении вертикальной скорости смещения изолиний какой-либо гидрологи ческой характеристики водной среды путем измерения скалярной величины на измерительном горизонте и ее вертикального градиента, определенного в среднем для все 5 го района исследований. Измеряемой гидрологической характеристикой водной среды может .быть температура, скорость распространения звука, показатели ослабления направленного го света и радиоактивного излучения и т.п., а измерительная аппаратура выполняется в виде гидрологических зондов (1).

Однако в естественных водоемах вертикальный градиент гидрологической характеристики водной среды сильно изменяется во времени и пространстве вследствие воздействия различных факторов, что делает оценку вер" тикальной скорости движения воды с использованием осредненного вертикального градиента практически непригодной из-за низкой точности его оценки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматизированный измеритель скоро-сти звука и текущего значения ее вертикального градиента.

Измеритель содержит два разнесенных по вертикальной базе точечных датчика гидрологического параметра, блок управления, источник питания, коммутатор каналов и регистратор, при этом точечные датчики гидрологического параметра через коммутатор каналов подсоединены к связанным меж3 96062 ду собой источнику питания, блоку управления и регистратору.

По данным, зарегистрированным автоматизированным измерителем, определяют значения вертикальной скоро" сти движения воды по известной математической зависимости

9 4 нейное распределение гидрологических характеристик с глубиной, что влия- ,ет на точность определения вертикальной скорости движения воды по данныи автоматизированного измерителя.

Для устранения влияния нелинейности раСпределения гидрологической характеристики, а следовательньыо, для повышения точности измерений в таких условиях требуется уменьшение вертикальной базы между двумя измерительными горизонтами и повышение чувствительности измерителей до уровня, близкого к метрологическому ïðåделу это требует значительного увеличения продолжительности измерений для получения статически достоверных рузультатов наблюдений.

Целью изобретения является повышение точности измерений и быстродейст вия

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель дополнительно введен интегральный датчик осредненных вдоль вертикальной базы значений гидрологического параметра, размещенный на вертикальной базе между точечными датчиками гидрологического параметра, причем его выход подсоединен к одному из. входов коммутатора каналов. ! и=- — — (<) tO

31 (7T где —. и > — 2 - частные производные изменения гидрологической характеристики по времени t и глубине z 1 2). Однако неизбежная аппроксимация t5 производных с помощью конечных разностей по времени (ht) и по вертикали (hz) связана с появлением оши-. бок, особенно существенных при оценке 3T(32. Это обусловлено тем,. что все гидролЬгические характеристики естественных водоемов ббладают ступенчатой структурой вертикального распределения, профиль которого час-; то выглядит в виде чередующихся тонких слоев, на границах которых .происходят резкие изменения значений гидрологических характеристик. Если точечные датчики, измеряющие,значение гидрологической характеристики, напРимер, температуры Т и Т2, на измерительных горизонтах z и z2, 1 находятся в однородных, но отличакщих. ся друг от друга по значению Т слоях (между датчи ками может находит ься одна или несколько прослоек, в ко33 торых Т резко меняется с глубиной), то известный автоматизированный измеритель не зафиксирует никакой вертикальной скорости, несмотря на наличие вертикальных движений в изучаемом стратифицированном слое, поскольку ни один иэ точечных датчиков не обнаружит временного изменения Т. Этот часто встречающийся при изучении внутренних волн случай сИльно ограничивает применимость известного автоматизированного измерителя и делает его непригодным„ например, при изучении волн на прослойках и в резких скачках гидрологических характери сти к.

Кроме того, при определении вертикальной скорости движения воды по математической зависимости (-1) делается предположение, что изменение гидрологических характеристик с глубиной происходит линейно. 8 естественных водоемах наблюдается нелиНа фиг. 1 схематично показано размещение точечных датчиков гидрологического параметра (температуры) на измерительных горизонтах z, z u л 2 профиль параметра в моменты времени

t<-Tz(t) и и -Tz(t) (для случая измерителя с двумя точечными датчиками); . на фиг. 2 показан ход во времени значений гидрологической характеристики на измерительном горизонте

zq Т, на измерительном .горизонте л -Т и в слое погружения интегрального датчика Т при вертикальной стратификации гидрофизической характеристики, изображенной на фиг. 1; на фиг. 3 - структурная схема выполнения измерителя вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах.

Измеритель (фиг. 3)содержит два точечных датчика 1 и 2 гидрологичес" кого параметра, интегральный датчик

3 осредненных вдоль вертикальной базы значений гидрологического параметра, размещенный между точечными датчикаи, коммутатор 4 каналов, 60629 6

После опроса и регистрации информации с датчиков 1, 2 и 3 блок 5 уп-. равления вырабатывает сигнал конца цикла измерений и октлючает аккумуляторную батарею 6 от потребителей энергии. Очередной цикл измврений поступает по сигналу от блока 5 управления.

Точечные датчики 1 и 2 не регистрируют Изменение гидрологического параметра во времени, изменения гидрологического параметра можно определить только с помощью интегрального датчика, который находится во всем исследуемом слое жидкости (фиг. 1 и 2).

По данным,зарегистрированным измерителем вертикальной скорости движения воды, определяется ее эначе20 ние по следующей математической эави си мости

9 блок 5 управления, источник 6 питания и регистратор 7.

Выход коммутатора 4 каналов соединен входом преобразователя с регистратором 7.

Выходными параметрами точечных датчиков 1 и 2 гидрологического параметра, например, температуры, является омическое сопротивление, пропорциональное температуре воды на измерительных горизонтах z è z

Интегральный датчик 3 гидрологического параметра установлен на вертикальной базе между точечными датчиками 1 и 2. Он может быть выполнен в виде помещенного в слой жидко» сти отрезка проводника, омическое сопротивление которого пропорционально средней температуре всего .слоя погружения (между точечными датчиками 1 и 2).

Коммутатор 4 каналов предназначен для поочередного подключения всех датчиков к регистратору 7 и выполнен на интегральных микросхемах.

Блок 5 управления обеспечивает функционирование измерителя в целом по заданному алгоритму измерений и состоит из кварцевого генератора, электронных счетчиков, выполненных на интегральных микросхемах, и коммутирующего устройства, подключающего аккумуляторную батарею 6 к потребителям энергии.

Регистратор 7 состоит из преоЬраэователя сопротивление - напряжение, преобразователя напряжениецифра, преобразователя параллельного кода в последовательный, усилителя записи и магнитного регистратора.

Измеритель вертикальной скорости движения воды работает следующим образом.

Герметичный контейнер с электронной аппаратурой и интегральный датчик устанавливают на выбранных глубинах естественного водоема. Блок 5 управления через заданные интервалы времени подключает аккумуляторную батарею 6 к электронным схемам коммутатора и каналов и регистратора 7.

Коммутатор каналов 4 последователь- . но подключает выходы датчиков к ре" гистратору 7. На магнитной ленте записывается последовательный двоичный код с временным разделением кана" лов. эт <

Ь» =-S Ц вЂ” gZ,(2)

ä2 где дz - расстояние по вертикали между точечными датчиками 1 и 2 на измерительных гори1 Zj. зонтах z и 22

Т = — I Тй -непрерывно осредненное по

30 2 вертикали значение гидро.логического параметра Т.

Предполагая постоянство вертикальной скорости И в слое между первым и вторым точечными датчиками, полУЗ, чаем (ЭТ! аО Ь2

Ф= (3)

Т(2,) -Т(2„)

Из соотношения 3 следует, что. для определения И уже не требуется

4ф .делать никаких противоестественных предположений о линейности профиля гидрологической характеристики.

При переходе в формуле (3) к конечным разностям получаем

45 дТ дZ

W=-—

<дт д1 где ЬТ - разность показаний интегрального датчика гидрологического параметра за время

5О д достаточно малое, чтобы мо,но Ьыло принять ат дт

at at (ETz7 - осредненная за время текущая разность. гидрологического параметра на вертикальной базе az между первым и вторым точечными датчиками гид" рологического параметра.

Формула изобретения

4г k.сею

Тс

ФигЗ

7 9606

Использование измерителя позволяет существенно повысить точность измерения вертикальных скоростей движения воды в естественных водоемах и сократить время эксперимента. 5

Измеритель вертикальной скорости 1В движения воды в стратифицированных водоемах, содержащий два разнесенных по вертикальной базе точечных датчика. гидрологического параметра, блок управления, источник питания, 15 коммутатор каналов и регистратор, при этом точечные датчики,гидрологического параметра через коммутатор каналов подсоединен к связанным между собой источнику питания, блоку уп- 20 равления и регистратору, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и быстTi Т, Тс С

ВНИИПИ Заказ 7253/50

Тираж 887 Подписное

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

29 . 8 родействия,. в него дополнительно введен интегральный датчик осредненных вдоль вертикальной базы значений гидрологического параметра, раз-. мещенный на вертикальной базе между точечными датчиками гидрологического параметра, причем его выход подсоединен к одному из входов коммутатора каналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Федоров К..Н. Тонкая термохалинная структура вод океана. Л., Гидрометеоиздат. 1976.

2. Дыкман В.З. и др. Методика и аппаратура для исследования вертикальной микроструктуры океана.-В кн., Результаты исследований северной части тропической зоны Атлантического океана по программе"Декалант", МГИ АН УССР, Севастополь, 1975, с. 131-138 (прототип).