Измеритель течений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВЩИЖОИМ СВИ ВИЛЬСТВУ (бт) Дололнитвйьмйе и ает. сеид-еу (22) За»елено 11,1179 (2Ц 2837869/18-10 с присеедии@имейа эаввямйу (23) ПриоритетСоюз Советских

Социалистических

Республик

<щ851266 (5i)pA KJl.Ç

О 01 P 5/08

Государствеииый комитет

cccv по делам изобретеиий и откръпий

Опубликовано 3М 181 Бюллетень М) 28 (53) УДК 532.574 (088. 8) Дата опубликования олмсаттмя 300 191

1 1

"-* .: ц:

Я.П. Шауриньш, Я.Я. Даванс, A.й.. Вулис, П.Н. ЕроФеев и A.Ã. Сенкевич

Центральное проектяоконструкторское и технологическое., бюро Всесоюзного рыболромыщпеииого объеди4енилДрт а но1 Ь бассейна и Всесоюзный научнО-исслеДок(атея)ьский институт иорского рыбиого хозяйства и океанографии (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) ИЗИЕРИТЕЗЬ 1ЕЧЕНИЯ

Изобретение относится к приборо- строению и может быть использовано при измерении скорости и направления морских течений.

Известны автономные приборы для измерения скорости и направления течения, построенные на принципах механичес-. кого преобразования гидродинамического давления потока в угловое перемещение оси первичного измерительного преобразователя. Чувствительным элемейтов у этих приборов обычно является ротор (лопастной винт, крыльчатка) с горизонтальной или вертикальной осью вращения. Направление тече ния определяется измерением угла между диаметральной плоскостью установившегося в потоке корпуса и магнитным меридианом

Недостатки этих приборов ".аключа- © ются s том, что оии измеряют только горизонтальные составляющие тече " иия, s результате получается искаженная информация о потоке, поскольку в ием присутствует еще и вертикальная составляющая, не регистрируемая этими приборами..Кроме того, в таких приборах отсутствуют устройства и узлы, обеспечивающие стабилизацию их в потоке.

НаибОлее близким к Предлагаемому ио технической сущности и достигаемому результату является измеритель течений, содержащий измерительные элементы, полыйсообщающнйся с Окружающей средой подвижный корпус, в котором расположены блок, определяющий положение корпуса относительно магнитного Меридиана, успокоитель и ориентатор на земной центр, а также шарнирно соединенный с полым корпусом кронштейн, установленный на штанге с возможностью поворота вокруг нее, на котором закреплен съемный герметичный корпус с установленными в нем регистратором и блоком питания (21.

Существенным недостатком известного измерителя является низкая точность получаемых результатов из-за неэффективности действия стабилизирующих и ориентирующих устройств, поскольку они жестко связаны с корпусом измерителя, а корпус - с измерительными элементами. Это особенно сказывается при измерениях течений и больших акваториях, когда на результаты измерений отражается нестационарность и турбулентность потоков, стремящихся вывести измеритель

851266 из занимаемого им положения. Кроме того, иа чувствительные элементы вместе с потоком воздействует гидростатическое давление, поскольку это давление на разных горизонтах разное, так как при измерении на них течений появляются дополнительные ошибки, то это приводит к необходимости корректировки полученной информации и усложняет обработку данных.

Цель изобретения - повыаение точности измерения. указанная цель достигается тем, что известный измеритель снабжен установленным в полом корпусе no его поперечной оси с возможностью вращения двумя полуосями, на которых жестко закреплены измерительные элементы, расположенные снаружи подвижного корпуса, блок определения положения корпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель и орнентатор на земной центр. Кроме того, корпус выполнен в виде эллипсоида вращения, а успокоитель и ориентатор ыа земной центр, выполненный регулируемым, расположены по одну сторону от оси вращения полуосей.

Наличие в измерителе дисбалансного устройства (успокоителя с ориентатором),самоориентирующегося Во отношению к земному центру, и его защищенность от внешних неблагоприятных факторов при помощи корпуса,обеспечивает невосприимчивость измерителя к пульсациям и турбулентности потоков, что в целом в работе измерителя создает благоприятиые условия,опри которых возможно получить наибольшую точность и достоверность получаемой информации. Этому способствует также взаимная жесткая связь между составными частями дисбалансного устройства и измерительными элементами. Выполнение корпуса в виде эллипсоида вращения обеспечивает постоянную непрерывную самоориентацию измерителя по потоку, что повышает точность определения направления течения. Расположение успокоителя и ориентатора по одну сторону от полуосей обеспечивает ускоренное затухание колебаний дисбалансного устройства и придает стабильность ориентированному положению измерительных элементов, что также повышает точность измерений. Возможность регулирования ориейтатора позволяет установить и отрегулировать дисбалаисное устройство в положение, при котором достигается наибольшая стабильность его работы, что также способствует повышению точности измерений.

На фиг. 1 изображен предлагаемый измеритель, общий виду на фиг. 2 разрез A-A на фиг. 1; на фИГ. 3схема ориентации измерительных элементов, например, при воздействии на измеритель сильных подводных течений.

Измеритель течений содержит корпус 1, выполненный в вйде полого эллипсоида вращения, способного запол

5,няться водой, например, через отверстия, расположенные по периметру корпуса не показаныу, измерительные элементы 2 в виде двух пар взаимно перпендикулярных ультразвуковых излучающих и приемных антенн 1-1 и 111I, ориентированных по ортогональным осям системы прямоугольных координат в пространстве, размещенных по обеим сторонам корпуса 1 и закрепленных иа полуосях 3, расположенных по поперечной оси корпуса 1 и жестко связан ных с успоконтелем 4 и ориентатором

5 на земной центр. При этом полуоси

3, уснокоитель 4 и ориентатор 5 на земной центр совмастно образуют защи20 щенное корпусом от возмущения водных масс дисбалансное устройство, самоориентирующееся на земной центр.

Ориентатор 5 на земной центр B виде регулируемого груза закреплен в успокоителе 4. Легкий ход полуосей

3 обеспечивают подшипники 6. Внутри корпуса 1 размещены также загерметизированный в кожухе 7 блок 8, определяющий положение корпуса 1 относительно магнитного меридиана и представляющий собой, например, магнитный компас авиационного типа, и электронный блок 9 в герметическом кожухе 10.

Корпус 1 имеет две степени свободы перемещения, благодаря узлам 11 и 12 вращения, обеспечивающим его свободное вращение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Подвески 13 обеспечивают применение измерителя как в заякоренном положении,когда он

40 крепится к буйрепу (не показан), так и при измерениях с борта судна. Вер-. тикальная штанга 14 в виде оси, посаженная на подшипниках 15 кронштейна 16, обеспечивает свободное гори4 зонтальное перемещение корпуса 1 и связанных с ним измерительных элементов 2. К кронштейну 16, который слу,жит несущим элементом измерителя, крепится легко съемный герметичный, корпус 17 с крышкой 18, внутри которого размещены регистрирующее устройство 19 и блок 20 питания. Конструкция предлагаемого измерителя позволяет крепить его, например, к буйрепу при помощи стандартных рам (ие

>> показаны), применяемых в океанографии в качестве несущего элемента для приборов.

Измеритель работает следующим образом.

4@ С судна опускают на буйрепе закрепленный измеритель течений на ту глубину, на которой необходимо проводить измерения. Нижйий конец буйрепа закрепляется к грунту людным иэ65 вестным способом. При непрерывном

85126б измерении на разных горизонтах, например, с борта судна нижний конец буйрепа и соответственно его крепле. ние к грунту и производится. Под действием морских течений на корпус

1 благодаря его форме зллкпсрнда вращения и возможности свободного перемещения в узлах 11 и 12 вращения измеритель занимает ориентированное положение в потоке, прн этом дисбалансное устройство в составе успокоителя 4 и ориентатора 5 на земной центр при затухающем колебательном вращении полуосей 3 в подшипниках 6 занимает положение,при котором кэмерительные элементы 2 устанавливаются соответственно в стабильном вертикальном и горизонтальном положениях.

Затуханию колебаний полуосей 3- способствует связанный с ним успокоитель

4, принимающий своими плоскими поверхностями-лопастями противодавление 20 воды, находящейся внутри корпуса 1.

При отклонении буйрепа, а также измерителя от вертикального положения, например, на угол и (фиг. 3), что при измерениях течений в больших акваториях неизбежно, поскольку зто определяется как дрейфом судна, так

-,и воздействием сильного течения и особенно турбулентности потока, измерительные элементы 2 н их антенны

I-Х и II-IX остаются в первоначальном, ориентированном в пространстве положении соответственно координатным осям Х,У и 2, чем объясняется повышенная точность измерения.

Процесс измерения течений, включающий измерение величин нх горизонтальной и вертикальной составляющих относительно земного центра и маг-нитного, меридиана, производится общеизвестным способом, например, по 40 следующей схеме. Измеритель течений регистрирует величину горизонтальной составляющей скорости течения н ее угол отклонения от магнитного меридиана, а также величину его вертикаль- 45 ной составляющей. В результате представляется возможность при обработке данных получить скалярную велкчнну, выраженную в м/с, вектора скорости течения и его пространственное поло-. @ жение относительно прямоугольной,ко» ордкнатной системы в пространстве, ориентированный осью Е на центр земли, а осями Х к у — соответственно на шкр к долготы координатной 55 сетки нашей планеты.

В основу измерения скорости течения положен частотный способ измерения с помощью ультразвука. Информация о скорости потока получается как разность частот автоциркуля- 69 цкк акустического синхрокольца измерительных антенн I-X u II-IX, расположенных по соответствующим ортогональным осям,.при циркуляции акустического сиихрохольца в обоих направ- 65 лениях относительно потока путем подсчета разности числа импульсов эа определенный интервал времени измерения. Интервал измерений выбирает,ся таким образом, чтобы число импульсов соответствовало фкзической величине измеряемого параметра. Изь)ерение налоавления течения сводится х измерению угла поворота корпуса 2 по отношению к магнитному меридиану, осуществляемое блоком 8, определяющим положение корпуса относительно магнитного меридиана, включающим, например, компас авиационного типа, который непосредственно связан со следящей системой отработки угла поворота относительно магнитного меридиана земли с выходом на 8-разрядный преобразователь угол-код . Информациа р физических величинах в виде двои 1цого кода по кабелю-тросу (не показан) передается на буйковую станцию.или записывается регистрирующим устройством 19, например, на магнитную ленту. Питание измерителя осуществляется блоком 20 питания.

Таким образом, предлагаемый измеритель течений представляет собой дисбалансную систему в потоке, занимающую ориентированное положение относительно потока и земного центра независимо от действующих на измеритель внешних факторов, и обеспечивает определение истинной скорости и направления течения в больших экваториях, например в морях и океанах.

Формула изобретения

1. Измеритель течений, содержащий измерительные элементы, полый, сообщающийся с окружающей средой подвижный корпус, в котором расположены блок определения положения корпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель и ориентатор на земной центр, а также шарнирно соединенный с полым корпусом кронштейн, установленный иа штанге с возможностью поворота вокруг нее, на котором закреплен съемный термический корпус с установленным в нем регистратором и блоком питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен установленными в полом корпусе по его поперечной оси с возможностью вращения двумя полуосями, на которых жестко закреплены блок определения положения корпуса относительно магнитного меридиана, успокоитель, ориентатор на земной центр, и расположенные снаружи корпуса измерительные элеменТВе

2. Измеритель по и. 1, о. т л ич а ю шийся тем, что успохоитель и ориентатор на земной центр располо851266 жены по одну сторону от оси вращения полуооей.

3. Измеритель по п. 1, о т л ич а в шийся тем, что корпус выполнен s виде эллипсоида вращения.

4 ° Измеритель по п. l, о т л и,ч,а в шийся тем, что ориентатор йа земной центр выполнен регулируемям е

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Маклаков А.Ф. и др. Океанографические приборы. Л., Гидрометеоиздат, 1975, с. 197.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 469087, кл. G 01 Р 5/08, 15.06.73 (прототип).

851266

Составитель Н. Милехин техред Т.Маточка Корректор М. Пожо

Редактор М. Митровка Заказ 6343/62 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4