Локационный уровнемер

Изобретение относится к гидрометеорологии, океанологии, океанографии и может быть использовано в синоптических предсказаниях, при строительстве береговых и портовых сооружений и мониторинге изменений водных границ океанских побережий. Сущность: измеритель уровня моря содержит датчик электромагнитной локации положения уровня моря относительно приемно-излучающей антенны. Датчик установлен на фиксированном относительно земного геоида верхнем атмосферном основании вертикального цилиндрического демпфера, уровень которого относительно геоида известен. Нижнее основание демпфера заглублено, герметично опираясь на дно в прибрежной части акватории моря. При этом на уровне нижнего основания выполнен дроссель, обеспечивающий сообщение внутреннего сосуда демпфера с поверхностью моря. Кроме того, диаграмма направленности приемно-излучающей антенны датчика направлена вниз в направлении силы тяжести и сориентирована вдоль оси демпфера, высота атмосферного участка которого над средним уровнем спокойного моря не менее максимально ожидаемого подъема уровня моря. Технический результат: устройство позволяет автоматически осуществлять измерения непрерывно или в дежурном режиме в течение длительного времени, передавая данные в береговые синоптические станции, службы ЧС или в Интернет. Устройство может быть запрограммировано на регистрацию чрезвычайных отклонений и сигнал тревоги. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидрометеорологии, океанологии, океанографии, гидрологии, судоходству, службам безопасности, а также к проектированию портовых и прибрежных строений и может быть использовано в этих областях хозяйственной деятельности.

Известны различные устройства [1] для измерения уровня моря, содержащие измерительный сосуд, со «спокойной водой», сообщающийся с морем, преобразователи и регистраторы измеренной величины.

Недостатками известных решений являются громоздкость, слабая надежность, высокая дороговизна и низкая точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство [2], содержащее датчик локации положения уровня жидкости (т.е. ее расстояния) относительно приемно-излучающей антенны, закрепленный на неподвижной основе.

Указанное решение также не свободно от недостатков таких, как снижение точности за счет волнения водной поверхности, которое всегда присутствует на открытой морской поверхности, или вспенивания зеркала жидкости вследствие того же волнения, что характерно для свободной поверхности моря.

Предлагаемое решение позволяет избежать указанных недостатков, связанных со свойствами свободной поверхности моря и необходимостью вести отсчет от нее.

Поставленная цель достигается тем, что в известном измерителе уровня моря, содержащем датчик электромагнитной локации положения уровня жидкости относительно приемно-излучающей антенны, закрепленный на неподвижном основании, датчик установлен на фиксированном относительно земного геоида верхнем - атмосферном основании вертикального цилиндрического демпфера, уровень которого относительно геоида известен, а нижнее основание заглублено, герметично опираясь на дно в прибрежной части акватории моря, при этом на уровне нижнего основания выполнен дроссель, обеспечивающий сообщение внутреннего сосуда демпфера с поверхностью моря, кроме того, диаграмма направленности приемоизлучающей антенны датчика направлена вниз в направлении силы тяжести и сориентирована вдоль оси демпфера, высота атмосферного участка которого над средним уровнем спокойного моря не менее максимально ожидаемого подъема уровня моря.

При этом локационный датчик помещен в термостатированный брызгозащитный кожух, установленный на верхнем основании демпфера, и снабжен микропроцессором, автономным электропитанием и радиомодемом.

Возможность реализации.

Сущность предлагаемого изобретения разъясняется схематичным чертежом Фиг.1, где электромагнитный локационный датчик 1 закреплен на верхнем основании 2 цилиндрического демпфера 3. Нижнее основание демпфера 4 заглублено в донный грунт, являясь силовой опорой устройства. Там же у поверхности дна, в стенке демпфера выполнен дроссель 5, который соединяет полость демпфера с морской поверхностью через толщу h морской воды. Основание 2 - это опорный фланец, который возвышается над средним уровнем моря, в данной точке акватории, на высоту, большую чем l - известного из истории гидрологии максимального подъема уровня моря для данной акватории. Приемоизлучающая антенна датчика 6 направлена вертикально вниз вдоль оси демпфера. Датчик размещают в термостатированном и брызгозащитном кожухе 7, где размещают, так же, микропроцессор 8 с блоком автономного питания и радиомодем 9 со своей антенной 10.

Устройство функционирует следующим образом. Опираясь герметично на дно в прибрежной части акватории моря, демпфер 3 образует через дроссель 5 сообщающиеся сосуды с морской поверхностью. Поэтому уровень моря 11 внутри демпфера соответствует спокойному уровню свободной воды. Диаграмма 6 антенны датчика 1 направлена на зеркало уровня 11 перпендикулярно и также перпендикулярно отражается. Волнение моря отгорожено и не проникает внутрь демпфера, поэтому нет волновых искажений угла отражения. За счет дросселирования высокочастотные искажения уровня уменьшаются с коэффициентом дросселирования, равным отношению площадей сечения дросселя и демпфера, а заглубление дросселя на глубину А снижает передаточную функцию волнового давления на этой глубине.

Конструктивные параметры устройства: D - диаметр сечения демпфера, d - диаметр сечения дросселя и h - заглубление дросселя определяются исходя из требований точности устройства и гидрологии акватории. Последняя характеризуется средней характерной длиной волны и средней характерной амплитудой волнового давления Δр. Конструктивные и гидрологические параметры связаны формулой скорости δλ/δτ изменения уровня в демпфере под влиянием градиента волнового давления, которая должна быть не меньше скорости δs/δτ изменения уровня моря под влиянием приливно-отливных явлений, явлений цунами, сейшей и нагонов известных (справочная величина) гидрологических величин для данной акватории.

где µ - коэффициент гидравлического сопротивления выбранного дросселя (справочная величина) и ρ плотность воды.

Получая от датчика измеренные величины уровней, микропроцессор передает через радиомодем на береговой центр наблюдения и в Интернет.

После выбора акватории и места размещения уровнемера, т.е. определения гидрологических величин, подбирают подходящие соотношения величин h, d, D и µ в выражении (1) и назначают их конструктивные значения.

В качестве демпфера может быть использована труба из металлопроката, например электросварная ГОСТ 10704.10705, оцинкованная или крашенная «корабельным суриком» ими другим коррозионнозащитным покрытием, с дросселем, например вентилем из водопроводной арматуры ГОСТ Р 52720-2007. Локационный датчик может работать в радиодиапазоне, например, как УЛМ-11 или в ИК-диапазоне как Leica Disto A2. Микропроцессор может быть, например, типа Atmel (ATtiny, ATmega), связан кабелем с датчиком, радиомодемом, например, SATELLINE-3AS NMS Epic и блоком питания типа батареи никель-кадмиевых аккумуляторов «SANYO». Эти модули могут быть помещены в защитный кожух, например, фирмы HENSEL, степень защиты которого не менее IP-55: - IP-65:

Список использованной литературы

1. Димаксян A.M. Гидрологические приборы. Л.: Гидрометеоиздат, 1972.

2. Уровнемеры Лимако УЛМ-11А1 http://www.limaco.ru/ru/production/101/120/

1. Измеритель уровня моря, содержащий датчик электромагнитной локации положения уровня жидкости относительно приемно-излучающей антенны, закрещенный на неподвижном основании, отличающийся тем, что датчик установлен на фиксированном относительно земного геоида, верхнем атмосферном основании вертикального цилиндрического демпфера, уровень которого относительно геоида известен, а нижнее основание заглублено, герметично опираясь на дно в прибрежной части акватории моря, при этом на уровне нижнего основания выполнен дроссель, обеспечивающий сообщение внутреннего сосуда демпфера с поверхностью моря, кроме того, диаграмма направленности приемно-излучающей антенны датчика направлена вниз в направлении силы тяжести и сориентирована вдоль оси демпфера, высота атмосферного участка которого над средним уровнем спокойного моря не менее максимально ожидаемого подъема уровня моря.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что локационный датчик помещен в термостатированный брызгозащитный кожух, установленный на верхнем основании демпфера, и снабжен микропроцессором и автономным электропитанием.