Зондирующее устройство для измерения параметров водной среды

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ 4783

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 130378 (21) 258973.5/18-25 (5 )М

2 б 01 Л/ 27/02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2506.80 Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25,06.80 (53) УДК 543. 257 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A Ä. Богачев и A. Н. Аушев (71) Заявитель

Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (54) ЗОНДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров водной среды в процессе непрерыв- 5 ного вертикального зондирования.

Известен глубоководный зонд, содержащий подводный блок (погружаемое устройство) с измерительными преобразователями, соединенный через элемент связи с бортовым устройством).

Бортовое устройство глубоководного зонда содержит блок управления, миниЭВМ, блок дистанционной индикации, таймер, магнитную запись, цифропечать, телетайп, регистраторы и блок ручного управления, Информация об измеряемых параметрах, полученная при опросе измерительных преобразователей, в виде частотно-модулированных сигналов через элемент связи и устройство управления подается непосредственно или после обработки мини-ЭВМ на регистраторы, Частота из— мерения постоянная (1), Недостатком этого зонда является .неоптимальный режим работы, так как частота опроса датчиков и скорости зондирования выбирается на основе субъективных оценок и не зависят от характеристик измеряемой среды в точках измерения.

Известен также зонд-батометр

ЦКБ ГМП, содержащий погружаемое уст ройство с датчиками параметров морской среды и преобразователями, соединенное через элемент связи с бортовым устройством. Бортовое устройство зонда-батометра содержит блоки управления и связи, блок формирования телеграфного кода, блок преобразования информации, телетайп и регистраторы (2).

Недостатком зонда-батометра является увеличение времени зондирования и избыточность информации при уменьшении динамических погрешностей измерения параметров морской среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой адаптивный измеритель элементов физических полей океана, содержащий датчик, соединенный с преобразователем аналог-код, вычислитель, вход которого соединен с выходом преобразователя аналог-код, систему автоматического регулирования, вход которой соединен с выходом вычислителя, исполнительный механизм и генератор

742783 частоты измерений, выходы которых соединены с выходом системы автоматического регулирования, а выходы соответственно с датчиком и преобразователем аналог-код, а также регистратор, соединенный с выходом преобразователя аналог-код (3).

Недостатками данного устройства является то, что в устройстве не учи,тывается постоянная времени первичного преобразователя (датчика), а, следовательно, не обеспечивается фактическая адаптация измерения среды. Каждый датчик, как известно, позволяет в зависимости от величины собственной постоянной времени измерять с погрешностью меньше заданной только те процессы, в которых градиент изменения параметров не превышает определенной критической величины Ц ссрш, где 4х — градиент измеряемого параметра; 4t — градиент времени. Если таким датчиком измерять процессы, имеющие большие градиенты, то появляющаяся динамическая ошибка превышает допустимую, а следовательно, и результат измерения искажается.

Задачей адаптации должна етоять необходимость обеспечения взаимного соответствия технических возможностей прибора и параметров среды. В данном устройстве управляющий сигнал появляется в результате сравнения среднего приращения (полученного на основании и измерений за неизвестное время) с неким опорным. Очевидно, что при таком подходе адаптации, как таковой, не происходит. Допустим, что на каком-то промежутке перемещения устройства существует градиент ,параметра, равный 4х;. Так как имеется воэможность изменения частоты опроса, то на этом интервале перемещения возможно получить и измерений или за время dt, или за какое-то другое время dtt. Несмотря на разное время измерения, устройство вырабатывает один и тот же управляющий сигнал, никакой адаптации не происходит, хотя условия измерения в первом и во втором случаях принципиально различаются, результаты измерений имеют различный порядок динамической ошибки, а при сокращении времени измерения меньше допустимого возможно

Появление условия ЛХ; >

4t где 4 х — текущий градиент параметра;

Д с — текущий градиент времени, при котором результат наблюдения должен быть забракован. Естественно, что данная структура не позволяет работать в наиболее эффективном, оптимальном режиме с обеспечением условия >(, с

41с 4

HP

Кроме того; в устройстве отсутствуют условия для. выполнения эондирования в минимальное время с обеспечением величины динамических погрешностей меньше определенного значения.

Минимальное время обеспечивается, совместно регулируя частоту опроса

I и скорость погружения, причем выбор нужного режима работы должен осуществляться на основе данных о текущих значениях частоты, скорости и градиента параметров. В данном устройстне адаптация сводится к изменению либо темпа измерения, либо скорости погружения.

Целью изобретения является сокращение времени зондирования.

Поставленная цель достигается тем, что в бортовое устройство введены схемы управления, дешифратор состояний, входы которого соединены с выходами блока выбора частоты опроса и блока управления лебедкой, а

20 выход непосредственно и через иннертор соединен с одними входами схем улравления и блок градиентов, вход которого соединен с выходом блока приема и преобразования, а выход че—

25 рез другие входы схем управления соединен с блоком выбора частоты опроса и блоком управления лебедкой.

На чертеже изображена структурная схема зондирующего устройства для измерения параметров водной среды.

Зондирующее устройство дся измерения параметров водной среды содержит погружной контейнер 1, в состав которого входят датчики 2 параметров водной среды, преобразователь

3, входы которого соединены с выхо— дами соответствующих датчиков 2, приемопередатчик 4, вход и выход которого соединены с выходом и входом

40 преобразователя 3 соответственно, бортовое устройство 5, в состав которого входят блок б приема и преобразования, блок 7 градиентов, вход которого соединен с выходом блока б приема и преобразования, схемы 8 н 9 управления, первые входы которых соединены с выходом блока градиентов, инвертор 10, блок 11 выбора частоты опроса, вход которого соединен с выходом схемы 9 управления, а выход соединен с входом блока б приема и преобразонания, блок 13 управления лебедкой, вход которого соединен с выходом схемы 8 управления, дешифратор 13 состояний, входы которого соединены с выходами блока 11 выбора частоты опроса и блока 12 управле— ния лебедкой, а выход соединен со вторым нходом схемы 8 управления и через инвертор 10 со вторым входом щ() схемы 9 управления, регистратор 14, вход которого, соединен с выходом блока приема и преобразонания, лебедку

15, соединенную с блоком управления лебедкой и погружным контейнером, 65 линию 16 связи, соединяющую блок 6

742783 приема и преобразования и приемопе— редатчик 4. Датчики 2 измеряют параметры водной среды такие, как например температуру, удельную электрическую проводимость, давление (глу бину), содер>кание кислорода и т. д.

Преобразователь 3 обеспечивает подключение датчиков 2 с необходимой частотой опроса и преобразование выходных параметров датчиков в вид, 10 удобный для передачи по линии 16 связи. Приемопередатчик 4 принимает команду на опрос датчиков с бортового устройства и передает значение измеренных параметров на бортовое устройство. г

Блок б приема и преобразования осуществляет подачу команд на измерение в погружной контейнер, прием информации иэ погружного контейнера, вычисление в физических величинах 20 измеренных параметров водной среды и выдачу информации на регистрацию.

Блок градиентов 7 вычисляет градиен— ты измеренных параметров и сравнивает их с допустимыми пороговыми эна- 25 чениями. В зависимости от программы адаптации в блоке градиентов вычисляется отношение а Х

d Y где hx; — приращение текущего значе- $0 ния параметра, например температуры;

Лу — приращение координаты вре( ме ни или к ако го -ли бо друго†го измеренного параметра, например глубины.

Определение градиентов осуществля— ется непрерывно или по серии последовательных измерений. Блок 11 выбора частоты опроса регулирует частоту опроса датчиков в зависимости от градиента параметров и может быть выполнен в виде реверсивного счетчика с параллельным выходом. В этом случае схема 9 управления обеспечивает переключение счетчика на вычитание или сложение, а также фиксирование счетчика в любом промежуточном значении. Блок 12 управления лебедкой регулирует скорость погружения в зависимости от градиента парамет- 50 ров и также может быть выполнен в виде счетчика с параллельным выходом, причем управление его работой осуществляется схемой 8 управления. Дешифратор 13 состояний в зависимости 55 от соотношения текущих значений час— тоты опроса и скорости погружения формирует соответствующие команды управления на блок 12 управления ле- . бедкой и блок 11 выбора частоты, 60 обеспечивая тем самым оптимальный режим зондирования с учетом достиже— ния минимально ro времени работы.

Устройство работает следующим образом.

Из блока б приема и преобразования через линию 16 связи на приемопередатчик 4 поступают команды на измерения. По этим командам преобразователь 7 подключается к соответствующему датчику 2, принимает информа1 ию от него и преобразует в соответствующий вид. Измеренные данные через приемопередатчик 4 и линию 16 связи поступают на блок б приема и преобразования, а затем в регистратор и блок 7 градиентов, где они анализируются с целью определения градиентов,измеренных параметров и сравнения их с допустимыми пороговыми значениями. B блоке 7 градиентов формируются также и временные метки. В зависимости от программы адаптБии в блоке вычисляются отношения

dg

Определение градиентов осуществляв ется непрерывно или по двум последним измерениям, или по серии после— довательных последних измерений. Допустимые пороговые значения вычисляются заранее, исходя из допустимых динамических погрешностей, дискретности измерения, постоянной времени датчиков и устанавливаются в блоке

7 градиентов в качестве исходных данных. Если в результате анализа выявляется, что градиент измеренного параметра находится в допустимых пределах, то на выходе блока 7 градиентов формируется сигнал 0, который закрывает схемы 8 и 9 управления. Этим самым достигается неизменность состояний блока 12 управления лебедкой и блока 11 выбора частоты опроса, и, следовательно, сохраняется оптимальный режим зондирования.

Если в результате анализа выявляется, что градиент измеряемого параметра превышает допустимый, то для достижения оптимального режима зондирования необходимо либо увеличить скорость опроса датчиков, либо уменьшить скорость движения погружаемого контейнера 1. На выходе блока 7 градиента формируется сигнал -1, по которому схема 9 управления разрешает переход реверсивного счетчика блока 11 выбора частоты опроса в состояние, соответствующее более высоким скоростям опроса датчиков.

Этот же сигнал поступает на схему

8 управления и разрешает переход реверсивного счетчика блока 12 управления лебедкой в состояние, соответствующее меньшим скоростям зондирования. Переход счетчиков в новое состояние возможен лишь при поступлении команды с дешифратора 13 состояний, который, проанализировав текущие значения скорости погружения и частоты опроса датчиков, формирует необходимый управляющий сигнал. Опти742783 мальные соотношения Между сы-..ðoñòüþ погружения и частотой опроса датчиков анализируется заранее, исходя из воэможностей лебедки, режимов работы регистраторов, обеспечения минимального времени работы и т.д., и закладываются в виде жесткой программы в схему дешифратора 13 состояний.

Если градиент параметра уменьшается и возможно увеличение скорости погружения или снижение частоты опроса, то на выходе блока 7 градиента формируется сигнал +1, по которому схема 9 управления разрешает переход реверсивного счетчика блока 11 выбора частоты опроса в состояние, соответствующее меньшим скоростям опроса датчиков, а схема 8 управления разрешает увеличение скорости зондирования.

Изменение состояний блока 12 управ ления лебедкой и блока 11 выбора час.тоты опроса продолжается до тех пор, пока не будет достигнут оптимальный режим зондирования °

Использование зондирующего устройства, в котором предусмотрена воэможность изменения темпа измерения и скорости перемещения в зависимости от характеристик изучаемой водной среды, позволяет существенно повысить качество наблюдений за счет . снижения динамической погрешности, увеличить срок службы и надежность работы аппаратуры за счет сокращения времени работы, снизить затраты машинного времени на обработку информации вследствие снижения избыточности получаемых данных, повысить производительность труда.

Формула изобретения

Зондирующее устройство для измерения параметров водной среды, содержащее погружной контейнер с датчиками параметров водной среды, преобраэователем, входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков, и приемопередатчиком, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом преобразо5 вателя, бортовое устройство, в состав которого входят блок приема и преобразования, блок выбора частоты опроса, выход которого соединен с входом блока приема и преобразования, п регистратор, вход которого соединен с выходом блока приема и преобразования, лебедку с блоком управления, соединенную с погружным контейнером, и линию связи, подключенную к приемопередатчику и блоку приема и преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени зондирования, в бортовое устройство введен дешифратор состояний, входы которого соединены с выходом блока выбора частоты опроса и выходом блока управления лебедкой, первая схема управления, вход которой соединен с выходом дешифратора состояний, а выход соединен с входом блока управ25 ления лебедкой, вторая схема управления, вход которой через инвертор соединен с выходом дешифратора состояний, а выход соединен с входом блока выбора частоты опроса, и блок градиен30 тов, вход которого соединен с выходом блока приема и преобразования, а выход соединен со входами схем управления.

Источники информации, З5 ..принятые во внимание при экспертизе

1. Проспект фирмы Нейл Браун глубоководный зонд Mark 111 CTD — Mark

III CTD System. NeiI Broun Instrument System I nc.

40 2. Маклаков А.Ф. и др. Океанографические приборы. Л., Гидрометеоиздат, 1975, с. 148.

3 ° Сб. Автоматизация научных исследований морей и океанов, g$ ч. 1; Севастополь, изд. МШ АН УССР, 1972, с. 215 (прототип) .

742783

Составитель М.Кривенко

Техред Э.. фечо Корректор М.Вигула

Редактор Ю. Петрушко филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3611/11 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

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