Способ определения среднего периода морских ветровых волн

 

Изобретение относится к океанографии и позволяет повысить точность определения основного энергонесущего периода волн. Датчиком 1 преобразуют мгновенный уровень морской поверхности в электрический сигнал, который центрируют в схеме 2 центрирования, после чего подают в схему 3 вычисления квадратичного отклонения, где выполняется вычисление стреднеквадратичного отклонения сигнала на заданном периоде осреднения. С выхода схемы 3 сигнал подается через переменный резистор (делитель) R и блок 5 управления на прямой вход управляемого компаратора 4, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода схемы 2 центрирования. Посредством счетчика 6 импульсов осуществляют подсчет импульсов, соответствующих числу пересечений сигналом в одном направлении значения, равного 0, 71 - 0, 82 среднеквадратичного отклонения сигнала, после которых следует переход сигнала через нуль. По числу этих импульсов определяют основной энергонесущий период волн, а по сигналу на выходе схемы 3 судят о средней высоте волны. Пороговое значение 0, 71 - 0, 82 устанавливают изменением величины R. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COLIHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (g1)5 G 01 C 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( (21) 4306985/25-10 (22) 21. 09. 87 (46) 30. 03. 90. Бюл. ¹ 12 (71) Морской гидрофизический институт

АН УССР (72) В.Г.Прощенко и Ю.П.Соловьев (53) 528.475(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 416583, кл. С 01 С 13/00, 03.05.72.

Авторское свидетельство СССР № 345358, кл, G 01 С !3/00, 18. 11.?О. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ПЕ- .

РИОДА МОРСКИХ ВЕТРОВЫХ ВОЛН (57) Изобретение относится к океанографии и позволяет повысить точность определения основного энергонесущего периода волн. Датчиком 1 преобразуют мгновенный уровень морской поверхности в электрический сигнал, который центрируют в схеме 2 центрирования, после чего подают в схему вычисления квадратичного отклонения, где выпол-!

ÄÄ SUÄÄ1 553827

2 няется вычисление среднеквадратичного отклонения сигнала на заданном периоде осреднения. С выхода схемы 3 сигнал подается через переменный резистор (делитель) P. и блок 5 управления на прямой вход управляемого компаратора 4, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода схемы 2 центрирования. Посредством счетчика 6 импульсов осуществляют подсчет импульсов, соответствующих числу пересечений сигналом в одном направлении значения, равного 0,71-0,82 среднеквадратичного отклонения сигнала, после которых следует переход сигнала череs нуль. По числу этих импульсов определяют основной энергонесущий период волн, а по сигналу на выходе схемы 3 судят о средней высоте волны.

Пороговое значение 0,71 — 0,82 уста" навливают изменением величины R.

4 ил.

1553827

Изобретение относится к океанографии и может быть использовано в гидроме теороло гии, прикладной гидрофиэике, при исследованиях вэаи5 модействия атмосферы и океана и т. и.

Для решения ряда научных и практических задач необходимо проведение . длительных непрерывных измерений ветрового волнения, что связано с на — 10 коплением и обработкой больших объемов информации. Например, для расчета режимных характеристик волнения требуются данные регулярных измерений эа 4-5 лет, Однако при решении многих

) задач достаточно определять не все характеристики волнения, а лишь основные, к которым относятся дисперсия (или среднеквадратическое отклонение уровня на заданном периоде осреднения)20

1 и характерный период (частота) волнения. Измерение этих параметров ветрового волнения в реальном масштабе âðåмени позволяет существенно уменьшить объем регистрируемой информации и по- 25 ( высить оперативность контроля эа состоянием волнения.

Цель изобретения — повышение точности определения периода энергоне( сущего максимума спектра волнения.

На фиг. 1 показ аны фра гме нты реализаций волнения с близкими периодами

1 энергонесущж компонент; на фиг. 2 структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на

35 фиг. 3 — принципиальная схема блока управления," на фиг, 4 — временные диаграммы работы компаратора.

Устройство для определения средних параметров морских ветровых волн (фиг. 2) содержит первичный преобразователь 1 уровня, схему 2 центрирования сигнала с инверсией, схему 3 вычисления среднеквадратичного отклонения, компаратор 4, блок 5 Упра 45 ления, счетчик 6 импульсов, эадатчик

7 временных интервалов и делитель 8 напряжения.

Первичный преобразователь 1 предназначен для преобразования мгновенного уровня морской поверхности в электрический сигнал, В качестве преобразователя 1 может быть использован любой известный уровнемер, например резистивный струнный датчик уровня, эапитываемый от генератора тока ста— бильной амплитуды, что обеспечивает его хорошую линейность..Выход первичного преобразователя 1 соединен с входом сх :мы 2 центрирования сигнала с инверсией, кот рая может быгь выполнена по схеме активного фильтра верхних частот второго порядка I,ôèïüòð

Бартерворта). Частоту среза фильтра выбирают пе выше 0,03 Гц исходя иэ условия неискаженной передачи всех основных энергонесущих компонентов ветрового волнения.

Выход схемы 2 центрирования соединен с входом схемы 3 вычисления средне квадратичного отклонения и с инверсным входом компаратора 4. Схема 3 может быть выполнена на двух опера— ционных усилителях с диодными обратными связями.

Компаратор 4 служит для формирования импульсов, длительность которых определяется порогами его срабатывания, и может быть выполнен на интегральном компараторе К554СА3. Прямой вход Kомпаpàтора 4 соединен с выходом блока 5 управления, а выход — с управляющим входом блока 5 управления и со счетным входом счетчика 6 импульсов.

Блок 5 управления предназначен для коммутации необходимого порогового напряжения в соответствии с выход— ным напряжением компаратора 4. Блок 5 управления может быть реализован на аналоговом ключе D2 (микросхема

K176I(I и инверторах, D1 (микросхема К176ЛА8), необходимых для логического согласования компаратора 4 с аналоговым ключом.

Пример исполнения блока 5 управления показан на фиг. 3.

Первый информационный вход блока 5 управления (т,е. верхний вход ключа

D2) соединен с выходом схемы 3 через делитель 8 напряжения, в качестве которого может быть использован переменный резистор, например, типа СП5-3, а второй информационный вход блока 4 соединен с потенциалом нуля.

Счетчик 6 импульсов служит для подсчета и регистрации импульсов, поступающих от компаратора 4, а подключенный к его управляющему входу эадатчик 7 временных интервалов определяет цикл измерений.

В качестве счетчика 6 и задатчика 7 можно испольэовать счетчик типа

ЬЕ-1Р-6 и механизм часовой контактный типа ИЧ4-$0 соответственно.

Блок питания (не показан) выраба> тывающий все необходимые для работы

1553 устройства напряжения, выполняеч ся но изве стным схемам.

Устройство работает следующим образом.

Пе рвичным преобразователем 1 м гно5 венное значение уровня морской поверхности преобразуется в пропорциональный электрический сигнал U . В схеме

2 сигнал Uy центрируется и инвертируется. Центрированный сигнал — U< поступает на схему 3 вычисления среднеквадратичного отклонения и на инверсный вход компаратора 4. Сигнал среднеквадратичного отклонения и,„1 15 с выхода схемы 3 поступает через делитель 8 напряжения на верхний по схеме вход аналогового ключа D2 блока 5 управления, На нижний по схеме вход аналогового ключа D2 подается потенциал.

Состояние "0" на выходе компаратора 4, а следовательно, открытое состояние верхнего по схеме аналогового ключа 2 сохраняется до тех пор, пока 25 не выполнится условие U< ) К "

"1о

При выполнении этого условия логическое состояние выхода компаратора 4 изменяется на "1", верхний ключ D2 закрывается, нижний ключ D2 открывается Зо и компаратор 4 находится в состоянии

1н до выполнения условия U q6 О.

В результате на выходе компаратора 4 формируются импульсы (фиг.. 3), передний фронт которых соответствует моменту пересечения сигналомпоступающим с выхода схемы 2, порогового значения U 00 равного KU " а задний фронт соответствует моменту пересечения сигналом — U порогового значения U„, равного потенциалу нуля.

827 6

Сформированные таким образом импульсы поступают на вход счетчика 6 импульсов, который подсчитывает их количество за интервал времени Т, устанавливаемый задатчиком 7.

Выходами устройства являются выход схемы 3 вычисления среднеквадратичного отклонения и выход компаратора 4.

Текущее значение среднеквадратичного отклонения сигнала V 1 регистрируют, например, на аналоговом самописце типа КСИ-4, а период энергетического максимума может быть измерен цифровым частотомером — периодомером (например, типа Ф5041). При автономном режиме работы прибора после окончания цикла измЕрения, задаваемого блоком 7, период энергетического максимума спектра считывается с табло счетчика 6.

Формула изобретения

Способ определения среднего периода морских ветровых волн, при котором преобразовывают изменения уровня морской поверхности в электрический сигнал, определяют за измеренный промежуток времени средний уровень морской поверхности, число пересечений этого уровня и обрабатывают полученные данные, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, определяют дополнительный уровень, составляющий

0,7-0,8 среднеквадратичного значения сигнала за измеренный промежуток времени, а при определении числа пересечений среднего уровня учитывают только те, до или после которых последовало пересечение дополнительного уровня.

1553 827 х(и ю ма ю »

I и„

Составитель Л.Кочесова

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Иалец

Редактор А, Огар

Тираж 390

Заказ 450

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101