Струнный волнограф

Авторы патента:

G01F23/00 - Индикация или измерение уровня жидких или сыпучих тел, например индикация изменения объема, индикация с помощью сигнальных устройств (в буровых скважинах E21B 47/04; приспособленных для паровых котлов или устанавливаемых на них F22B 37/78; регулирование уровня G05D; сигнальные устройства G08B)

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 2659727:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Морской гидрофизический институт РАН" (RU)

Изобретение относится к области океанографических измерений. Особенностью заявленного струнного волнографа является то, что в измерительную схему включен RC-генератор с фазовым управлением частотой генерируемых синусоидальных колебаний, осуществляющий преобразование напряжения измеренного сигнала с резистивного датчика в частоту управляющего сигнала, который подается на вход управляемого генератора тока, генерирующего заданные синусоидальные сигналы, поступающие на резистивный датчик. Между резистивным датчиком и RC-генератором включен стабилизатор нулевого потенциала резистивного датчика. Питание измерительной схемы осуществляется через стабилизированный блок питания, осуществляющий гальваническую развязку резистивного датчика от внешних питающих цепей. Техническим результатом является повышение точности измерений, помехозащищенности и увеличение ресурса стабильной работы. 1 ил.

Изобретение относится к области океанографических измерений и может быть использовано для исследования процесса волнения на морях, озерах и водохранилищах в прибрежной зоне.

Известные струнные волнографы, содержащие резистивные датчики (струны), отличаются измерительной (приемной) частью. В зависимости от реализации приемная часть содержит, например: измерительный мост переменного тока, регистратор с усилителем реверсивного двигателя, фазовый детектор [Авторское свидетельство СССР №513250, МКИ G01C 13/00. Волнограф, А.К. Куклин. - Заявлено 23.01.1975. Опубл. 18.05.1976]; выпрямитель, генератор питания резистивного датчика, регистратор [Авторское свидетельство СССР №271829, МКИ G01C 13/00. Волнограф. Б.А. Максимов, В.М. Фетисов. - Заявлено 18.09.1968. Опубл. 26.05.1970].

К недостаткам известных струнных волнографов относятся: слабая помехозащищенность, нелинейность измерительной характеристики прибора, поляризация резистивного датчика, возникающая при использовании генераторов переменного (прямоугольного) напряжения, что приводит к искажению результатов измерений и механическому разрушению струны - резистивного датчика.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является разработка заявителя - устройство для измерения параметров ветровых волн [Авторское свидетельство СССР №918787, МКИ G01C 13/00. А.К. Куклин, В.Е. Бандо. - Заявлено 21.12.1979. Опубл. 07.04.1982]. Прототип содержит, в частности, резистивный датчик, трехпроводную линию связи и измерительный блок, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя низкой частоты, регистрирующего устройства и блока управления, а также источник питания. Между трехпроводной линией связи и усилителем низкой частоты введен измерительный мост постоянного тока, а между резистивным датчиком и трехпроводной линией связи введены генератор прямоугольных импульсов и преобразователь напряжения, который выполнен в виде двух пар транзисторных ключей.

Сходными с существенными признаками заявленного изобретения являются такие признаки прототипа: блок питания и резистивный датчик в виде струны из высокоомного материала, связанный с усилителем, средством регистрации и средством управления.

Недостатком прототипа является ограниченная точность измерения параметров волн, недостаточная помехоустойчивость и ограниченный ресурс работы.

В основу изобретения поставлена задача создания струнного волнографа, совокупностью существенных признаков которого достигаются новые технические свойства:

- возможность преобразования сопротивления струны (преобразования напряжения сигнала, измеренного с резистивного датчика) в частоту управляющего сигнала и формирования, в зависимости от этой частоты, заданного сигнала (заданных синусоидальных колебаний), который подают на резистивный датчик;

- осуществление контроля среднего потенциала резистивного датчика относительно потенциала заземления и устранение фактора его поляризации (накопления на нем электрического заряда под действием электрохимических процессов в морской воде) за счет использования генерируемых в устройстве гармонических сигналов, что снижает вероятность разрушения датчика;

- исключение попадания помех последовательного вида на струну за счет использования стабилизированного питания с гальванической развязкой от внешних питающих цепей;

- обеспечение гальванической развязки резистивного датчика от внешних питающих цепей.

Указанные новые технические свойства обусловливают достижение технического результата изобретения - повышение точности измерений, помехозащищенности и увеличение ресурса стабильной работы.

Поставленная задача изобретения решается тем, что в струнном волнографе, содержащем блок питания и резистивный датчик в виде струны из высокоомного материала, связанный с усилителем, средством регистрации и средством управления, новым является то, что он содержит RC-генератор с фазовым управлением частотой генерируемых синусоидальных колебаний, первый вход которого подключен к выходу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика, первый вход стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика подключен к резистивному датчику, а второй вход - к первому выходу стабилизированного блока питания с гальванической развязкой от внешних питающих цепей, второй выход стабилизированного блока питания заземлен, а первый выход подключен ко второму входу RC-генератора, первому входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, первому входу усилителя и первому входу управляемого генератора тока, третий вход RC-генератора подключен к выходу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, выход RC-генератора подключен ко второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, управляющий вход RC-генератора подключен к выходу усилителя, второй вход которого подключен к резистивному датчику, первому входу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика и выходу управляемого генератора тока, второй вход которого подключен к выходу RC-генератора, второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора и входу выходного усилителя с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей, выход которого является выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется со ссылками на чертеж, на котором приведена блок-схема заявленного устройства.

Устройство содержит RC-генератор 1 синусоидальных колебаний звукового диапазона с фазовым управлением частотой генерируемых колебаний.Первый вход RC-генератора 1 подключен к выходу стабилизатора 2 нулевого потенциала резистивного датчика 3, который выполнен в виде струны из нихромового сплава с высоким удельным сопротивлением. Первый вход стабилизатора 2 нулевого потенциала подключен к резистивному датчику 3, а второй вход - к первому выходу стабилизированного блока питания 4 с гальванической развязкой от внешних питающих цепей. Первый выход стабилизированного блока питания 4 также подключен ко второму входу RC-генератора 1, первому входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, первому входу усилителя 6 и первому входу управляемого генератора тока 7. Второй выход стабилизированного блока питания 4 заземлен. Третий вход RC-генератора 1 подключен к выходу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора. Выход RC-генератора 1 подключен ко второму входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора. Четвертый (управляющий) вход RC-генератора 1 подключен к выходу усилителя 6. Второй вход усилителя 6 подключен к резистивному датчику 3, первому входу стабилизатора 2 нулевого потенциала резистивного датчика и выходу управляемого генератора тока 7. Второй вход управляемого генератора тока 7 подключен к выходу RC-генератора 1, второму входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора и входу выходного усилителя 8 с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей. Выход выходного усилителя 8 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Основой прибора является RC-генератор 1 синусоидальных колебаний звукового диапазона с фазовым управлением частотой генерируемых колебаний. Выходной сигнал RC-генератора 1 поступает на второй вход управляемого генератора тока 7, имеющего высокое выходное сопротивление. Мгновенное значение выходного тока этого генератора 7 пропорционально мгновенному напряжению на его входе. Таким образом, выходной ток имеет заданную синусоидальную форму и поступает на резистивный датчик 3 - преобразователь уровень-сопротивление.

На выходе резистивного датчика 3 напряжение имеет синусоидальную форму и его амплитуда пропорциональна сопротивлению участка датчика (струны), находящегося выше границы раздела вода-воздух. Это напряжение, после усиления в усилителе 6, поступает на управляющий (четвертый) вход RC-генератора 1 синусоидальных колебаний, что приводит к смещению частоты последнего на величину, пропорциональную величине входного сигнала.

В целом такая схема производит преобразование вида сопротивление-частота, то есть изменение частоты выходного сигнала генератора 1 оказывается пропорционально смещению границы раздела вода-воздух.

Узел 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора 1 необходим для устранения паразитной амплитудной модуляции, вызываемой фазовыми погрешностями применяемого усилителя 6, а также комплексным характером выходного сопротивления резистивного датчика 3, поскольку он частично погружен в электролит, которым является морская вода.

Стабилизатор 2 нулевого потенциала резистивного датчика производит сравнение среднего потенциала резистивного датчика 3, поступающего на первый вход стабилизатора 2, с потенциалом заземления, поступающим на второй вход стабилизатора 2. В случае если эта разница превышает заданную величину (несколько милливольт), стабилизатор 2 нулевого потенциала вырабатывает сигнал коррекции, стабилизирующий потенциал резистивного датчика 3 в заданных пределах.

Данный контроль необходим для поддержания симметрии тока, питающего датчик 3, относительно «земли», что исключает электрохимическое разрушение резистивного датчика 3 и благоприятно сказывается на стабильности работы струнного волнографа в целом.

Стабилизированный блок питания 4 вырабатывает напряжения, необходимые для работы элементов схемы, и обеспечивает гальваническую развязку струнного волнографа от питающих цепей, устраняя этим попадание помех последовательного вида на резистивную струну 3.

С такой же целью в состав струнного волнографа введен выходной усилитель 8 с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей.

Действующий опытный образец предлагаемого струнного волнографа был изготовлен и эксплуатируется на океанографической платформе в пгт. Кацивели (Республика Крым).

С его помощью были получены результаты в рамках следующих работ.

- Грант Российского научного фонда (проект №15-17-20020) «Динамика верхнего слоя океана по данным спутниковых радиолокационных и оптических измерений».

- Соглашение №14.577.21.0110 с Министерством образования и науки Российской Федерации на выполнение прикладных научных исследований «Разработка методов и создание экспериментального образца системы мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на основе спутниковых и контактных данных».

Струнный волнограф, содержащий блок питания и резистивный датчик в виде струны из высокоомного материала, связанный с усилителем, средством регистрации и средством управления, отличающийся тем, что содержит RC-генератор с фазовым управлением частотой генерируемых синусоидальных колебаний, первый вход которого подключен к выходу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика, первый вход стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика подключен к резистивному датчику, а второй вход - к первому выходу стабилизированного блока питания с гальванической развязкой от внешних питающих цепей, второй выход стабилизированного блока питания заземлен, а первый выход подключен ко второму входу RC-генератора, первому входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, первому входу усилителя и первому входу управляемого генератора тока, третий вход RC-генератора подключен к выходу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, выход RC-генератора подключен ко второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, управляющий вход RC-генератора подключен к выходу усилителя, второй вход которого подключен к резистивному датчику, первому входу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика и выходу управляемого генератора тока, второй вход которого подключен к выходу RC-генератора, второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора и входу выходного усилителя с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей, выход которого является выходом устройства.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам измерения размеров объектов при термографических исследованиях, и может быть использовано в медицине, ветеринарии и промышленности.

Способ радиолокационного измерения уровня с разделением сигнала // 2652261

Изобретение относится к радиолокационному измерителю уровня. Техническим результатом является улучшенное функционирование радиолокационного измерителя уровня в условиях влияния узкополосных помех.

Способ и устройство для подтверждения периферийного устройства в системе управления // 2651619

Представлена система регулирования уровня жидкости в технологической установке. Система регулирования уровня жидкости содержит: подвижный узел, содержащий стержень, при этом стержень подвижного узла включает в себя ближний конец и дальний конец; поплавок, прикрепленный к дальнему концу стержня; приводной механизм, функционально связанный с подвижным узлом; процессор, связанный с приводным механизмом и выполненный с возможностью перемещения поплавка с помощью подвижного узла; датчик, содержащий вход и выход, причем вход датчика функционально связан с подвижным узлом для приема входного сигнала, представляющего характеристику поплавка или рабочей среды, а выход датчика функционально связан с процессором для создания выходного сигнала, связанного с входным сигналом; запоминающее устройство, связанное с процессором; приводящий в действие модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, приводит в действие приводной механизм; устройство вывода данных, соединенное с процессором, и демонстрирующий модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, демонстрирует выходной сигнал датчика на устройстве вывода данных.

Способ и система для восприятия уровня жидкости // 2650783

Группа изобретений предназначена для определения уровня жидкости в сосуде. Система (10) для восприятия уровня жидкости в сосуде (16) содержит емкостный чувствительный зонд (12) для восприятия электрической емкости между емкостным чувствительным зондом (12) и электрически проводящим участком сосуда (16).

Способ контроля эксплуатации мусорного контейнера // 2649150

Изобретение относится к дистанционному контролю состояния мусорных контейнеров за частотой уборки и объемом собранных отходов и обеспечивает повышение точности определения периода времени заполнения контейнера и улучшение контроля за качеством обслуживания контейнера.

Устройство для определения количества сыпучего материала, устройство для загрузки сыпучего материала, машина для очистки сыпучего материала и соответствующий способ // 2638111

Изобретение относится к устройству для загрузки сыпучего материала, содержащему устройство для определения количества сыпучего материала, содержащее датчик (80), выполненный для контакта с поверхностью конуса (22, 22') сыпучего материала; соединенный с датчиком (80) поворотный механизм (8), выполненный с возможностью перемещения в различные угловые положения вокруг оси (24) поворота, и угломер (10), выполненный с возможностью измерения углового положения поворотного механизма (8) вокруг оси (24) поворота.

Интеллектуальная система для удаленного контроля положения рабочего органа внутри замкнутого пространства // 2628867

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для бесконтактного контроля наличия и измерения уровня твердых веществ и жидкостей в замкнутых объемах.

Устройство и способ контроля работоспособности беспроводного датчика // 2627984

Группа изобретений относится к контролю элементов систем управления. Устройство контроля работоспособности беспроводного датчика содержит блок опроса, блок памяти, блок анализа и блок контроля.

Устройство и способ контроля работоспособности датчика // 2627976

Группа изобретений относится к контролю элементов систем управления. Устройство контроля работоспособности датчика содержит блок приема, блок памяти, блок анализа и блок контроля.

Устройство для измерения уровня топлива в баках ракет-носителей // 2622730

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня диэлектрических жидкостей, находящихся в баках ракет-носителей (РН). Устройство для измерения уровня топлива в баках РН включает в себя емкостный датчик в виде электродов и элементы его крепления.

Способ определения состояния ледяного покрова // 2635332

Изобретение относится к способам определения состояния ледяного покрова. Сущность: с помощью цифрового фотоаппарата и подводной видеокамеры, размещенных соответственно на квадрокоптерах и автономных аппаратах типа “SONOBOT”, получают изображения льдин.

Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков // 2631965

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения.

Способ создания тепловой карты и компьютерная система для ее создания // 2608568

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для создания тепловой карты. Предложен способ и система для создания тепловой карты, представляющей множество объектов.

Устройство для измерения микровозмущений водной поверхности, вызванных процессами в стратифицированной по плотности среде // 2606203

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).

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.

Способ измерения векторного поля скорости океанских и речных течений в космическом рса // 2597148

Способ измерения векторного поля скорости протяженной поверхности относится к радиолокации поверхности Земли с космических аппаратов и может быть использован для одновременного формирования яркостных и векторно-скоростных портретов речных и океанских течений с необходимым пространственным разрешением и привязкой к координатам местности.

Способ измерения высоты морских волн с борта движущегося судна // 2563314

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

Способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система для его реализации // 2559338

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик.

Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения // 2557999

Способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик // 2556289

Способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей и радиолокационная система для его реализации // 2660752

Изобретение относится к информационно-измерительной системе и может быть использовано в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов. Достигаемый технический результат - определение местоположения приближающихся опасных объектов путем использования второй и третьей измерительных баз, расположенных в азимутальной и гипотенузной плоскостях, антенны которых размещены в виде прямоугольного треугольника. Радиолокационная система (РЛС), реализующая предлагаемый способ, содержит блок управления РЛС, синтезатор частот, генератор М-кода, два модулятора, два усилителя мощности, СВЧ коммутатор, блок управления антенной системой, блок антенной системы, три антенны, три усилителя высокой частоты, три смесителя, устройство временной автоматической регулировки усиления, четыре усилителя промежуточной частоты, коммутатор промежуточной частоты, блок автоматической и ручной регулировки усиления, четыре блока фазовых детекторов, фазовращатель, два блока аналого-цифровых преобразователей квадратурных сигналов в цифровую форму, блок первичной цифровой обработки, двухпортовое буферное оперативное запоминающее устройство, цифровой измеритель, три перемножителя, три узкополосных фильтра, опорный генератор. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.