Устройство для измерения микровозмущений водной поверхности, вызванных процессами в стратифицированной по плотности среде

Авторы патента:

G01H3/00 - Измерение колебаний с использованием детектора в жидкой среде (G01H 7/00,G01H 9/00,G01H 11/00 имеют преимущество)

G01F23/26 - путем измерения емкости конденсаторов или индуктивности катушек, изменяющихся в присутствии жидких или сыпучих тел

G01C13/00 - Специальная топографическая съемка открытых водных пространств, например морей, озер, рек, каналов (измерение уровня жидкости G01F; измерение скорости движения жидкости G01P; определение наличия и движения подземных вод G01V)

Владельцы патента RU 2606203:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения жидкостей. Данное устройство может быть применено для исследования волновых процессов на поверхности жидкости, как в натурных, так и в лабораторных условиях, например для определения микро возмущений (порядка десятков микрон) водной поверхности при наличии низкочастотных волн значительной амплитуды (порядка пяти-десяти сантиметров). В предлагаемом устройстве в качестве датчика поверхностного волнения (возмущения) использован бесконтактный емкостной датчик, представляющий собой конденсатор. Одна обкладка конденсатора выполнена в виде пластины из проводящего материала (например, в виде металлического диска), а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется. Пластина бесконтактного емкостного датчика закреплена на подвижной относительно поверхности жидкости штанге подъемно-опускного механизма. В подъемно-опускном механизме обеспечивается поддержание постоянного заданного расстояния между пластиной датчика и поверхностью жидкости за счет применения отрицательной обратной связи. Технический результат заключается в возможности измерения высокочастотных микро колебаний водной поверхности при наличии низкочастотных возмущений большой амплитуды. Устройство может быть использовано для определения корреляции между данными, полученными радиолокационными методами исследованиями водной поверхности и ее реальным состоянием. 1 ил.

Известны устройства для измерения поверхностного волнения: поплавковые, струнные, гидростатические и др. Как правило, они все контактного типа с погружаемой частью емкостного датчика.

Наиболее близким по существу к предлагаемому изобретению является устройство с использованием струнного емкостного датчика поверхностного волнения, описанное в авторском свидетельстве «Способ определения параметров волн и устройство для его осуществления» (SU 1432333 от 23.10.1988 г., G01C 13/00) - прототип, принцип работы которого основан на изменении емкости конденсатора, одна обкладка которого образована изолированной металлической струной, а другой обкладкой является вода, также устройство содержит усилительные и обрабатывающие информацию со струнного емкостного датчика поверхностного волнения блоки.

Недостатком известного решения является невозможность измерения микроколебаний водной поверхности по причине прилипания жидкости к погруженной части струнного датчика и его загрязнения на границе раздела вода-воздух.

Известны бесконтактные емкостные датчики для измерения расстояний, работающие на принципе изменения емкости конденсатора в случае, когда одна его обкладка образована пластиной самого датчика, а вторая обкладка образована проводящей поверхностью, до которой измеряется расстояние.

Бесконтактные емкостные датчики обладают высокой чувствительностью, однако, практически не используются для измерения колебаний водной поверхности из-за их не большого динамического диапазона, что также делает невозможным их применение при наличии низкочастотных колебаний водной поверхности значительной амплитуды.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности измерения микровозмущений водной поверхности при наличии низкочастотных колебаний значительной амплитуды.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом устройстве в качестве датчика поверхностного волнения (возмущения) использован бесконтактный емкостной датчик, представляющий собой конденсатор, одна обкладка которого выполнена в виде пластины из проводящего материала (например, в виде металлического диска), а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется, при этом пластина бесконтактного емкостного датчика закреплена на подвижной относительно поверхности жидкости штанге подъемно-опускного механизма, который обеспечивает поддержание постоянного заданного расстояния между пластиной датчика и поверхностью жидкости.

Предлагаемое устройство состоит из бесконтактного емкостного датчика поверхностного волнения (возмущения), представляющего собой конденсатор, одна обкладка которого выполнена в виде пластины из проводящего материала, а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется, преобразователя емкости датчика в напряжение, усилителя-линеализатора, фильтра низкой частоты, сумматора, задатчика расстояния между пластиной датчика и поверхностью проводящей жидкости, подъемно-опускного механизма с подвижной относительно поверхности жидкости штангой, схемы управления подъемно-опускным механизмом.

В устройстве реализована цепь отрицательной обратной связи, позволяющая поддерживать постоянное расстояние между пластиной бесконтактного емкостного датчика и поверхностью проводящей жидкости.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, на которой представлена блок-схема устройства и приняты следующие обозначения его составных частей:

1 - пластина бесконтактного емкостного датчика;

2 - преобразователь емкости датчика в напряжение;

3 - усилитель-линеализатор;

4 - фильтр низкой частоты;

5 - сумматор;

6 - задатчик расстояния между пластиной датчика и поверхностью жидкости;

7 - схема управления подъемно-опускным механизмом;

8 - подъемно-опускной механизм;

9 - штанга подъемно-опускного механизма.

Пластина 1 бесконтактного емкостного датчика жестко соединена со штангой 9 подъемно-опускного механизма 8. Емкость емкостного датчика обратно пропорциональна расстоянию между его пластиной 1 и поверхностью жидкости (водной поверхностью) и преобразуется преобразователем 2 в напряжение и усиливается усилителем-линеализатором 3, с выхода которого сигнал поступает на внешнее устройство (на фиг.1 - «Выход») для обработки информации о высокочастотном микроволнении поверхности жидкости (водной поверхности) и в фильтр низкой частоты 4, частота среза которого определяет максимальную частоту колебаний водной поверхности большой амплитуды, после которого сигнал поступает на первый вход сумматора 5. На второй вход сумматора 5 подается сигнал с задатчика 6 расстояния между пластиной датчика и водной поверхностью. С выхода сумматора 5 сигнал поступает на схему 7 управления подъемно-опускным механизмом 8. Подъемно-опускной механизм 8, управляемый схемой 7, перемещает штангу 9, которая соединена с пластиной 1 емкостного датчика, чем обеспечивает поддержание постоянного расстояния между ней и поверхностью жидкости, заданного задатчиком 6.

Таким образом, реализованная в устройстве цепь отрицательной обратной связи позволяет удерживать пластину бесконтактного емкостного датчика на заданном расстоянии от поверхности жидкости посредством отслеживания низкочастотных колебаний водной поверхности большой амплитуды, что, в свою очередь, позволяет бесконтактному емкостному датчику отслеживать высокочастотные микроколебания поверхности жидкости.

Технический эффект предложения заключается в возможности измерения высокочастотных микроколебаний водной поверхности при наличии низкочастотных возмущений большой амплитуды и может быть использовано, например, для определения корреляции между данными, полученными радиолокационными методами исследованиями водной поверхности и ее реальным состоянием.

Устройство для измерения микровозмущений водной поверхности, вызванных процессами в стратифицированной по плотности среде, состоящее из датчика поверхностного волнения, усилительных и обрабатывающих информацию с датчика поверхностного волнения блоков, отличающееся тем, что в качестве датчика поверхностного волнения (возмущения) использован бесконтактный емкостной датчик, одна обкладка которого выполнена в виде пластины из проводящего материала, а второй обкладкой является проводящая жидкость (например, вода), волнение (возмущение) поверхности которой измеряется, в устройство введены подъемно-опускной механизм с подвижной относительно поверхности проводящей жидкости штангой, задатчик расстояния между пластиной бесконтактного емкостного датчика и поверхностью проводящей жидкости, фильтр низкой частоты, сумматор, схема управления подъемно-опускным механизмом, при этом пластина бесконтактного емкостного датчика закреплена на штанге подъемно-опускного механизма, и в устройстве реализована отрицательная обратная связь, обеспечивающая поддержание постоянного заданного расстояния между пластиной бесконтактного емкостного датчика и поверхностью проводящей жидкости.

Изобретение относится к областям гидроакустики, гидрофизики и геофизики. Способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде включает в себя формирование просветной приемной параметрической антенны как многолучевой, соизмеримой с пространственной протяженностью контролируемой морской среды, для этого используют ненаправленные излучающие преобразователи, которые располагают в центре акватории и размещают их на оси подводного звукового канала, выше и ниже его, а три приемных блока формируют из трех ненаправленных акустических преобразователей каждый, размещенных в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей, при этом нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными преобразователями трех приемных блоков и посредством подводных кабелей через блок коммутации, и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют характеристики просветных сигналов каждым приемным блоком, определяют направления их приходов в вертикальной плоскости контролируемого сектора, для этого принимаемые блоками просветные сигналы усиливают в полосе частот их параметрического преобразования, измеряют корреляционные функции сигналов между средним и крайними преобразователями, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов информационных сигналов «сверху и снизу», далее на основе алгоритма решения «обратной лучевой задачи» формирования структуры просветного акустического поля определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока как места расположения морских источников излучения информационных волн, далее в сигналах взаимно корреляционных функций с выходов каждой линии анализа измеряют узкополосные спектры, по которым с учетом параметрического преобразования в среде и частотно-временного преобразования в приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность (идентификацию) к атмосферным, морским или донным.

Способ параметрического приема волн различной физической природы источников, процессов и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде // 2602763

Использование: гидрофизика, геофизика и радиофизика. Сущность изобретения: способ параметрического приема волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры в морской среде включает в себя пространственно-разнесенные по контролируемой акватории на десятки-сотни километров излучающие и приемные акустические преобразователи, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования акустических просветных и измеряемых информационных волн, соединенные с преобразователями, соответственно, излучающий тракт формирования, усиления и излучения сигналов подсветки среды, а также тракт приема усиления, спектрального анализа нелинейно преобразованных просветных сигналов, выделения в спектрах верхней и (или) нижней боковых полос, определение и регистрации информационных сигналов, отличается тем, что рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн формируют как многолучевую пространственно-развитую просветную параметрическую антенну, соизмеримую с протяженностью контролируемой акватории, для чего излучающий преобразователь располагают в центре акватории и включают в него три всенаправленных блока и устанавливают их на оси ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а приемный преобразователь формируют аналогично излучающему преобразователю из трех одинаковых блоков, которые располагают по кругу или периметру на противоположной границе акватории и размещают их относительно ПЗК аналогично излучающим блокам, при этом каждый приемный блок формируют из трех одиночных гидрофонов, которые размещают в вертикальной плоскости по равнобедренным треугольникам, а их вершины направляют в сторону излучающих преобразователей, за счет этого совместно с излучающими преобразователями формируют просветную многолучевую параметрическую антенну, при этом в излучающий тракт измерительной системы включают последовательно соединенные блоки: звукового генератора стабилизированной частоты, усилителя мощности, трехканального блока согласования выхода усилителя с подводными кабелями и далее с излучающими акустическими преобразователями, а приемный тракт измерительной системы формируют как многоканальный и многофункциональный, который включает один канал анализа для выделения информационных сигналов, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), а также три канала измерения функций корреляции между средним и крайними гидрофонами приемных блоков, далее функций их взаимной корреляции для последующего измерения углов прихода многолучевых сигналов «сверху и снизу» по направлениям сформированных в вертикальной плоскости просветных параметрических антенн для каждого приемного блока, при этом в каждый из трех каналов корреляционного анализа включают последовательно соединенные: полосовые усилители, два параллельных блока измерения корреляционных функций сигналов между центральным и крайними гидрофонами приемных блоков, далее блоки измерения функций взаимной корреляции, выходы которых соединяют с общим блоком регистратора (рекордером), а также с блоком вычисления траектории лучей, как просветных параметрических антенн, и точек их пересечения на акватории (ЭВМ), при этом одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей через блок переключения каналов соединяют с многоканальным приемным трактом измерительной системы.

Радиогидроакустическая система параметрического приема волн источников и явлений атмосферы, океана и земной коры в морской среде // 2593673

Использование: изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике и может быть использовано при формировании пространственно-развитых просветных радиогидроакустических систем мониторинга акустических, гидродинамических и электромагнитных полей, формируемых искусственными и естественными источниками, опасными явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот, охватывающем сотни-десятки-единицы-доли герц, включая сверхнизкочастотные колебания движущихся объектов и неоднородностей морской среды.

Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов // 2578721

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α.

Указатель положения поглощающего стержня в активной зоне реактора // 2540441

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения поглощающих стержней различного функционального назначения в активной зоне реактора, а также различных механических узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях.

Способ индикации распределения плотности энергии в ультразвуковом поле в жидких средах // 2539735

Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в технологических объемах с водной средой, подвергаемой действию ультразвука.

Сенсорное устройство и способ управления работой сенсорного устройства // 2529671

Использование: для контроля ультразвукового датчика по характеристики импеданса датчика. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство содержит датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, при этом оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

Способ и устройство для качественного определения кавитационной энергии ультразвука в емкостях // 2502966

Настоящая группа изобретений относится к измерительной камере (6) для ультразвуковой ванны (1) или для емкости, которая оборудована низкочастотным источником (2) ультразвука для выработки кавитации и способу для определения кавитационной энергии.

Способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления // 2485453

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.

Способ параметрического приема волн различной физической природы в морской среде // 2474794

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Измерение уровня в металлургических резервуарах // 2604481

Настоящее изобретение относится к способам электромагнитного измерения вертикального уровня наполнения ванной с электропроводным материалом, содержащимся в металлургическом резервуаре.

Устройство для измерения и индикации предельного уровня жидких масел, сжиженных природных газов, находящихся в непрозрачных емкостях // 2597067

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения и индикации предельного уровня диэлектрических жидкостей, например уровня жидких масел, сжиженных природных газов, в частности, находящихся в непрозрачных емкостях.

Устройство для мониторинга расхода топлива и режима движения транспортного средства // 2569908

Устройство для мониторинга расхода топлива и режима движения транспортного средства относится к дистанционной контрольно-измерительной технике, устройство предназначено для измерения уровня диэлектрических жидкостей, находящихся в баках, резервуарах, иных емкостях, в том числе в топливных баках транспортных средств, и автоматической, в реальном масштабе времени передаче на диспетчерский пульт информации о степени наполненности емкости и месте ее нахождения.

Электростатический емкостный датчик уровня текучей среды // 2567088

Раскрыт электростатический емкостный датчик уровня текучей среды, в котором герметичный вывод включает в себя металлическую пластинку и электропроводящие контактные штырьки, вставленные сквозь металлическую пластинку так, чтобы они были герметично изолированы и закреплены, а также два электрода с электроизолирующими разделителями, фиксирующие взаимное расположение между электродами.

Способ измерения уровня диэлектрического вещества // 2567018

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении уровня диэлектрической жидкости в системах контроля и диагностики технических объектов, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники компонентами топлива.

Индуктивный уровнемер электропроводных жидкостей // 2558144

Изобретение относится к устройствам измерения уровня электропроводных сред и может использоваться для контроля уровня жидкометаллических теплоносителей в атомной энергетике.

Индуктивный уровнемер жидкометаллического теплоносителя // 2558010

Изобретение относится к области контроля уровня жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций и исследовательских стендов. Уровнемер содержит обмотку возбуждения, питаемую переменным током звуковой частоты, и измерительную обмотку, заключенные в герметичный защитный чехол, погружаемый в контролируемую среду.

Емкостный датчик уровня // 2539739

Заявленное изобретение относится к емкостным датчикам, использующимся в качестве топливного датчика для определения количества топлива, оставшегося в топливном баке.

Устройство для измерения уровня жидких масел, находящихся в непрозрачных емкостях // 2538411

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Технический результат, достигаемый от осуществления изобретения - расширение области применения при одновременном увеличении точности измерения уровня и упрощении конструкции.

Индуктивный уровнемер // 2536835

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций.

Способ пространственного согласования приливных колебаний при составлении приливных карт // 2599913

Изобретение относится к способам составления приливных карт. Сущность: определяют высоту прилива по гармонической составляющей волны, ограниченной по контуру акватории, задаваемой амплитудой, углом положения и периодом.