Устройство для измерения характеристик волн на морской поверхности


 


Владельцы патента RU 2548134:

Морской гидрофизический институт (RU)

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн.

Технический результат изобретения - повышение точности измерений за счет устранения фактора воздействия водного потока на струнные волнографические датчики, что обеспечивает их неподвижность даже в условиях штормового моря, а также за счет уменьшения длины погруженной в воду части штанги, несущей волнографические датчики, и одновременно с этим - обеспечения требуемого заглубления датчиков.

Сущность: устройство содержит установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу раздела воздух-вода. На штанге закреплены горизонтальные, по крайней мере три, кронштейны. Верхний кронштейн закреплен вверху штанги, нижний - внизу, на уровне максимальной впадины исследуемых волн. Кронштейны служат для постановки струнных волно-графических датчиков, которые верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне и пропущены через отверстия, выполненные в остальных кронштейнах. Нижние концы датчиков снабжены грузами для необходимого натяжения датчиков. Отверстия кронштейнов обеспечивают вертикальное положение датчиков на заданном расстоянии друг от друга. 1 ил.

 

Изобретение относится к области океанографических измерений и предназначено преимущественно для определения характеристик коротких морских ветровых волн.

Широкий круг задач, связанных с дистанционным зондированием океана из космоса, требует детальной информации о характеристиках морских поверхностных волн. В число таких характеристик входят: уклоны морской поверхности, фазовые скорости и когерентность спектральных компонент волнового поля. Эти характеристики определяются по данным измерений струнными волнографическими датчиками возвышения морской поверхности в двух точках волнового поля.

Известно устройство [1] для измерения характеристик волн на морской поверхности, состоящее из выстрелов, к каждому из которых прикреплён струнный волнографический датчик, помещенный в перфорированный контейнер [2]. Выстрелы крепятся к основанию, жестко установленному на дне, в качестве которого, например, используется нефтедобывающая или океанографическая платформа или мачта, установленная на дне моря и пересекающая границу раздела вода-воздух. Выстрел должен быть достаточной длины, чтобы измерения проводились вне зоны возмущений, создаваемых основанием, к которому он крепится. Сходными с признаками заявленной совокупности являются следующие признаки аналога: размещенный над поверхностью воды выстрел, и струнные датчики, вертикально пересекающие границу океан-атмосфера.

Недостатком приведённого аналога является то, что перфорированный контейнер сильно искажает волновое поле на масштабах коротких гравитационных и гравитационно-капиллярных волн. Измерение характеристик поверхностных волн указанных масштабов наиболее актуально для задач дистанционного зондирования океана, поскольку именно эти волны формируют сигналы, регистрируемые аппаратурой, установленной на космических аппаратах. Кроме того, как показала практика проводившихся в Морском гидрофизическом институте НАН Украины натурных исследований, перфорированный контейнер, закрепленный над водой только в одной точке, в штормовых условиях может проворачиваться в креплении или деформироваться.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является устройство [3] для измерения характеристик волн на морской поверхности, состоящее из закреплённого над водной поверхностью выстрела, к которому крепится вертикально ориентированная штанга, пересекающая границу вода-воздух, на которой между двумя кронштейнами, один из которых находится в воздухе, а другой - в воде, натянуты струнные датчики.

Общими существенными признаками прототипа и заявленного технического решения являются: установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем крон-Штейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга.

Недостатком прототипа является следующее. Волны, течение, турбулентность (далее совокупность этих факторов именуется водным потоком) оказывают динамическое воздействие на струнные датчики. Под воздействием динамических нагрузок происходят колебания датчиков. Вследствие пространственной неоднородности водного потока и, соответственно, различия динамической нагрузки на струнные датчики расстояние между датчиками меняется в течение сеанса измерений. Указанные факторы приводят к снижению точности определения характеристик поверхностных волн. Кроме того, поскольку струнные датчики должны быть заглублены ниже впадины максимальных по высоте волн примерно на полтора метра, то длина вертикальной штанги значительна. Это снижает жесткость конструкции и также приводит к колебаниям струнных датчиков.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для измерения характеристик морских волн, в котором за счет признаков, характеризующих особенности постановки и натяжения струнных волнографических датчиков, достигается новое техническое свойство - обеспечение неподвижности и параллельности датчиков в процессе измерений. Указанное новое свойство обусловливает технический результат изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения характеристик волн на морской поверхности, содержащем установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, при этом датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга, новым является то, что натяжение датчиков обеспечивается грузами, прикрепленными к нижним концам датчиков, нижний кронштейн расположен на уровне, соответствующем максимальной впадине волн, и выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики, при этом устройство содержит по крайней мере один дополнительный закрепленный на штанге горизонтальный кронштейн, который расположен между верхним и нижним кронштейнами и также выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики.

Сущность изобретения поясняется с помощью рисунка, на котором изображено: 1 - выстрел; 2 - штанга; 3-5 - кронштейны; 6 - струнные волнографические датчики; 7 - грузы.

На основании, жестко установленном или на дне моря в шельфовой зоне, или на массивной плавучести, закреплен выстрел 1. К выстрелу прикреплена металлическая штанга 2 длиной, например, 5 метров. Штанга прикреплена так, чтобы, в зависимости от способа постановки выстрела, в рабочем положении она была ориентирована вертикально. На верхнем конце штанги закреплен верхний кронштейн 3, на нижнем конце штанги - нижний кронштейн 4. Между верхним и нижним кронштейнами на штанге 2 закреплены промежуточные кронштейны 5, по крайней мере - один, как показано на рисунке. Все кронштейны установлены перпендикулярно штанге. Каждый из кронштейнов, кроме верхнего кронштейна 3, выполнен, например, в виде пластины и содержит ряд отверстий, соосных отверстиям другого кронштейна (других, если промежуточных кронштейнов больше одного). Струнные волнографические датчики 6 закрепляют на каркасе из штанги и кронштейнов в последовательности - датчики пропускают через соосные отверстия кронштейнов 4 и 5 и закрепляют верхние концы датчиков на верхнем кронштейне 3. Длина струнных датчиков определяется целью проведения измерений. Например, при проведении исследований изменчивости поля поверхностных волн на Черном море при сильных ветрах и развитом волнении датчики должны иметь длину 5-7 метров. К нижним концам датчиков подвешивают грузы 7. Массу груза подбирают так, чтобы обеспечить достаточное натяжение струнного датчика.

Отверстия в кронштейнах 4, 5 выполнены так, чтобы обеспечивалась параллельность струнных датчиков 6 друг другу и заданное расстояние между датчиками. В случае выполнения кронштейнов из электропроводящего материала в отверстия кронштейнов устанавливают втулки, изолирующие струнные датчики.

При работе устройства штанга 2 расположена вертикально и проходит через границу раздела воздух-вода. При этом кронштейн 3 находится в воздухе, кронштейн 5 - в воде, на уровне максимальной впадины волн.

Совокупность существенных признаков заявленного устройства позволила, во-первых, уменьшить длину погружённой в воду части вертикальной штанги, несущей волнографические струнные датчики, но одновременно с этим обеспечить требуемое заглубление датчиков. Во-вторых, устранен фактор воздействия водного потока на струнные датчики - устройство не позволяет датчикам колебаться, смещаться относительно друг друга, менять вертикальное положение. Новые технические свойства изобретения не присущи известным аналогам и особенно проявляются в условиях штормового моря. Это обеспечивает повышение надежности устройства и получение достоверной информации о параметрах морских волн.

Использованные источники:

1. Ефимов В.В., Соловьёв Ю.П. Частотно-угловые спектры и дисперсионное соотношение ветровых волнах // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. - 1979. - Том. 15, № 11. - С. 1181-1196.

2. Ефимов В.В., Сизов А.А., Христофоров Г.Н. Волнограф с коаксиальным емкостным датчиком. В кн.: Методика и аппаратура для гидрофизических исследований. Киев: Наукова думка, 1969, С 97-101.

Устройство для измерения характеристик волн на морской поверхности, содержащее установленный над водной поверхностью выстрел с вертикальной штангой, пересекающей границу воздух-вода, вверху и внизу которой закреплены горизонтальные верхний и нижний кронштейны для струнных волнографических датчиков, датчики верхними концами жестко закреплены на верхнем кронштейне, натянуты и расположены вертикально на заданном расстоянии друг от друга, отличающееся тем, что натяжение струнных волнографических датчиков обеспечивается грузами, прикрепленными к нижним концам датчиков, нижний кронштейн расположен на уровне, соответствующем максимальной впадине волн, и выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики, при этом устройство содержит по крайней мере один дополнительный закрепленный на штанге горизонтальный кронштейн, который расположен между верхним и нижним кронштейнами и также выполнен с отверстиями, сквозь которые пропущены датчики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля изменения состояния поверхности открытых водоемов, вызванного их загрязнением поверхностно-активными веществами, при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Техническим результатом изобретения является возможность при осуществлении анализа характеристик бликов зеркального отражения учитывать фактор влияния, ветра, что обеспечивает повышение точности определения наличия загрязнения, а также степени его интенсивности. Согласно изобретению поверхность облучают лазером, регистрируют блики зеркального отражения и определяют их характеристики.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат - обеспечение возможности учитывать влияние длинных, по сравнению с брегговскими компонентами, поверхностных волн на характеристики рассеяния радиоволн, по которым оценивают изменения в пространстве спектра поверхностных волн, что повышает достоверность определения загрязнения акватории. Сущность: контролируемую область морской поверхности облучают одновременно радиоволнами разной длины с помощью скаттерометра и альтиметра, которые размещены на двух летательных аппаратах.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат изобретения - повышение вероятности обнаружения загрязнения и снижение вероятности ложных тревог за счет разделения на радиолокационных изображениях участков, созданных поверхностным загрязнением, и участков, созданных вариациями поверхностного течения. Сущность: контролируемую область поверхности облучают под азимутальным углом α1, регистрируют рассеянный назад сигнал и по изменению уровня сигнала выявляют аномальный участок поверхности, от которого рассеянный назад сигнал имеет более низкий уровень по сравнению с фоновым значением сигнала.

Изобретение относится к области гидрографии и может быть использовано для гидрографической оценки речной сети. Сущность: определяют количество притоков реки.

Изобретение относится к области ландшафтоведения и лесоводства. Способ включает в пределах водоохранной зоны визуально по карте или натурно выделение участка луга с испытуемым травяным покровом, затем на этом участке по течению водотока разметку группы пробных площадок, учет расстояния между центрами пробных площадок вдоль и поперек реки, а после срезки испытания проб травы.

Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств, а также к экологическому мониторингу. Способ включает выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения и регистрации морского волнения методом импульсной эхолокации узконаправленным лучом в направлении от дна к поверхности воды.

Изобретение относится к области океанографических измерений и позволяет синхронно измерять высоту h и углы наклона х и у волнения водной поверхности в одной точке.

Изобретение относится к области океанографических измерений, в частности к способам измерения высоты волнения и угла наклона водной поверхности, и может быть использовано в океанологии для изучения волновых процессов на поверхности океана.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна.

Изобретение относится к области гидрологии и может быть использовано при мониторинге, моделировании, количественной оценке водных ресурсов. Сущность: реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ. Вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку и каждый ее приток, для вычисления фрактальной размерности. Затем на основании вычисленной фрактальной размерности рассчитывают коэффициент извилистости русла реки и длину реки. Технический результат: определение коэффициента извилистости русла реки. 2 табл.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены четырьмя наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (17) - на носителе (18), выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством (19). Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды, многолучевого эхолота, гидролокатора бокового обзора. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя радиационной температуры морской поверхности, измерителя спектральных яркостей неба, моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый набор (17) состоит из измерителей вертикальных профилей растворенного метана, содержания нитратов альфа-, бета- и гамма-радиоактивности, зональной и меридиональной компонент скорости течения, скорости звука в морской воде. Спутниковые средства измерений включают лидар, содержащий лазер красного и зеленого диапазонов, устройство (6) определения координат судна, устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета, преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения, основанный на регистрации физических величин, зависящих от электромагнитного поля, создаваемого установленной на самолете антенной, по которым судят о высоте полета самолета, о высоте морской волны, о длине морской волны в направлении полета и в месте, над которым пролетает самолет, в котором антенна для создания электромагнитного поля выполнена в виде пяти независимых антенн, установленных на корпусе самолета соответственно в центре тяжести самолета, в носовой и кормовой частях самолета, и в оконечных частях крыльев самолета. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн с борта летательного аппарата для обеспечения посадки на морскую поверхность. 3 ил.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены пятью наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (18) - на дрейфующих буях, а пятый (19) - на спускаемых за борт зондах. Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый (18) набор состоит из датчиков измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн. Пятый (19) набор состоит из устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м. Спутниковые средства измерений включают устройство (6) определения координат судна и устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) корректировки спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение информативности и достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн. В способе измерения высоты морских волн определяют расстояние до водной поверхности по времени задержки отраженного от водной поверхности сигнала с помощью сосредоточенной приемоизлучающей системы, определяя ее углы наклона и медленно меняющихся составляющих углов наклона. По величине углов наклона и расстоянию до водной поверхности приемоизлучающей системы вычисляют расстояние по вертикали от уровня приемоизлучающей системы до уровня точки отражения на водной поверхности. Вычисляют вертикальное перемещение приемоизлучающей системы. Определяют профиль морских волн. Высоту волны заданной обеспеченности определяют в зависимости от относительной среднеквадратичной ширины спектра волнового процесса, путем определения основных статистических характеристик среднего периода первичных колебаний, среднего периода максимальных значений амплитуд, средней высоты волн, на основе исходной информации, получаемой измерением первичными измерительными средствами ординат, скоростей и ускорений вертикальных колебаний волнового процесса.
Наверх