автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения

Формула изобретения

1. АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ СРЕДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ, содержащее измерительный блок, блок определения средней высоты волн, счетчик количества волн и блок задания периода времени выборки массива заданного количества волн, отличающееся тем, что измерительный блок имеет датчик высоты волн в виде вертушки и преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал, введены блок определения направления движения вертушки и последовательно связанные между собой блок питания, кнопка включения устройства и блок задержки начала счета, причем вход блока определения направления движения вертушки соединен с выходом измерительного блока, первый выход связан с первым входом счетчика количества волн, а второй выход - с первым входом блока определения средней высоты волн, выход счетчика количества волн соединен с первым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн и вторым входом блока определения средней высоты волн, при этом выход блока задержки начала счета соединен с третьим входом блока определения средней высоты волн, выход которого связан с входом первого цифрового индикатора, вторым входом счетчика количества волн и вторым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн, выход которого связан с входом второго цифрового индикатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал включает в себя электромагнитные реле, а между выходами блока определения направления движения вертушки и первыми входами блока определения средней высоты волн и счетчика количества волн включен блок устранения дребезга контактов электромагнитных реле.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол установки лопастей вертушки измерительного блока составляет 35^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к океанографии и может быть использовано при испытании судов, платформ и других инженерных сооружений для определения средних характеристик ветрового волнения.

Определение характеристик волнения моря является важной задачей при проведении многих научно-исследовательских, опытно-конструкторских и сдаточных работ. В отечественной и зарубежной практике широко применяются стационаpные и автономные устройства различных типов для получения информации о волнении.

Основными требованиями при этом являются

оперативность получения информации в физических величинах и отсутствие необходимости ее дополнительной обработки;

возможность получения информации о высоте волны с любой степенью обеспеченности;

высокая точность определения характеристик реального волнения;

эксплуатационная надежность, простота обслуживания;

малые массогабаритные характеристики;

автономность.

Известен автономный волномер, содержащий программно-распределительный блок, соединенный первым выходом с датчиком, а вторым с первым входом преобразователя "время-код", а второй его вход связан с третьим выходом программно-распределительного блока, а также счетчики колебания уровня моря, количества волн, высоты волн и времени, выходы которых через коммутатор соединены с радиопередатчиком, четвертый и пятый выходы программно-распределительного блока соединены соответственно через коммутатор с радиопередатчиком и с первыми входами счетчиков времени, высоты волн, количества волн и колебаний уровня моря [1]

Недостатком этого волномера является малая точность измерения параметров взволнованной поверхности моря.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является автономный волномер, содержащий дополнительно введенные регистр среднего уровня моря, два генератора импульсов и сумматор с единичным переносом в младший разряд, первый, второй, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с вторым выходом преобразователя "время-код", с выходом блока определения нулевого уровня моря, с выходом регистра среднего уровня моря и шестым выходом программно-распределительного блока а первый, второй и третий выходы с вторым входом счетчика колебаний уровня моря, счетчика количества волн и счетчика высоты волн, седьмой и девятый выходы программно-распределительного блока соединены соответственно через первый генератор импульсов с первым входом регистра среднего уровня моря, с вторым входом регистра среднего уровня моря и через второй генератор импульсов с третьим входом блока определения нулевого уровня моря, третий вход регистра среднего уровня моря соединен с первым выходом преобразователя "время-код" [2]

Недостатком этого автономного волномера являются

необходимость привязки к уровню поверхности воды, т.е. наличие дополнительного контролируемого параметра;

возможность дрейфа электрических характеристик элементов схемы, приводящего к дополнительным погрешностям измерений; наличие в одном устройстве большого количества разных по принципу построения блоков;

передача информации по радиоканалу вносит дополнительные погрешности в результаты измерений, ограничивает возможности применения устройства как по расстоянию до объекта приема информации, так и по условиям эксплуатации самого устройства и объекта приема информации по внешним условиям (состояние атмосферы, поверхности моря, наличию источников электромагнитных излучений в акватории испытаний и у объекта приема информации);

большое потребление электроэнергии, что ограничивает возможность эксплуатации в автономном режиме; сложность диагностики и ремонта блоков устройства, требующая стационарных условий и специальной аппаратуры;

отсутствие оперативной обработки информации.

Предлагаемое устройство обеспечивает упрощение и облегчение конструкции, сокращение аппаратных затрат, повышение эксплуатационной надежности, причем даже в неблагоприятных внешних условиях работы. Кроме того, в связи с тем, что выходная информация не требует дополнительной обработки, она может быть получена специалистами невысокой квалификации.

Это достигается тем, что в автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения, содержащее измерительный блок, блок определения средней высоты волн, счетчик количества волн и блок задания периода времени выборки массива заданного количества волн, при этом измерительный блок имеет датчик высоты волн в виде вертушки и преобразователь движения вертушки в кодово-импульсный сигнал, введены блок определения направления движения вертушки и последовательно связанные между собой блок питания, кнопка включения устройства и блок задержки начала счета, причем вход блока определения направления движения вертушки соединен с выходом измерительного блока, первый выход связан с первым входом счетчика количества волн, а второй выход с первым входом блока определения средней высоты волн, выход счетчика количества волн соединен с первым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн и с вторым входом блока определения средней высоты волн, при этом выход блока задержки начала счета соединен с третьим входом блока определения средней высоты волн, выход которого связан с входом первого цифрового индикатора, вторым входом счетчика количества волн и вторым входом блока задания периода времени выборки массива заданного количества волн, выход которого связан с входом второго цифрового индикатора.

Кроме того, дополнительно между выходами функционального блока определения направления движения и первыми входами счетчика-дешифратора высоты волн и счетчика количества волн может быть включен функциональный блок устранения "дребезга" контактов электромагнитных реле.

Наличие в предлагаемом устройстве измерительного блока, выполненного в виде вертушечного преобразователя высоты волн в кодово-импульсный сигнал и соединенного с функциональным блоком определения направления движения измерительного преобразователя, а также выбранный порядок соединения всех блоков, входящих в схему, обеспечивают упрощение, облегчение и удешевление конструкции, повышение эксплуатационной надежности.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения содержит измерительный блок 1, соединенный с блоком 2 определения направления движения измерительного преобразователя, блок 2 соединен со счетчиком 3 количества волн и блоком 4 определения средней высоты волны через блок 10 устранения дребезга, блок 5 задержки начала счета соединен со счетчиком 3 количества волн, блоком 4 определения средней высоты волны, блоком 6 задания периода времени выборки массива заданного количества волн. Блок 4 определения средней высоты волны и блок 6 задания выборки массива соединены с цифровыми табло 7 и 8. Питание устройства осуществляется от аккумуляторной батареи и стабилизатора 9.

Автономное устройство для оперативной оценки средних характеристик волнения работает следующим образом.

При включении электропитания блок задержки начала счета обеспечивает задержку начала работы автономного устройства на 2,5-3 мин. Это время выбрано с таким расчетом, чтобы спущенное на воду автономное устройство успело отойти от борта судна и не попало в зону искаженных им волн. Блок 5 задержки начала счета представляет собой реле времени, сигнал срабатывания которого разрешает работу блока 6 задания времени выборки, счетчика 3 количества волн и блока 4 определения средней высоты волны, устанавливая их в нулевое состояние. Импульсы, образованные измерительным блоком 1 в результате срабатывания герконов, поступают в блок 2 определения направления движения измерительного преобразователя. В блоке 2 определения направления происходит поочередное распределение импульсов по двум каналам, которые определяют направление движения преобразователя. Изменение направления или смена каналов фиксируется в блоке 2 формированием импульсов и подачей их через блок 10 устранения дребезга на счетчик 3 количества волн. Общее количество импульсов с двух каналов поступает с блока 2 на блок 4 определения средней высоты волны.

Счетчик 3 количества волн фиксирует количество волн, которое необходимо для анализа, в нашем случае 80, т.е. 160 изменений направлений. После полного заполнения счетчика на выходе блока появляется сигнал окончания счета, который поступает в блок 4 и блок 6. Число импульсов блока 4 и секунд блока 6 отображается трехзначным числом на цифровых табло 7 и 8. Цифровое табло блока 4 определения высоты волн показывает их среднее значение, а цифровое табло блока 6 времени время замера 80 волн. После считывания информации с цифровых табло 7 и 8 обработка сводится к расчету высот волн любой обеспеченности с учетом соответствующего коэффициента.

Сравнительные испытания с другими волномерными устройствами показали его неоспоримые эксплуатационные преимущества.

Устройство рекомендовано к применению на судах ВМФ.

Технические характеристики.

Регистрируемые высоты волн: h > 0,11 м.

Предельная относительная погрешность определения средней высоты волны (не более); h 0,5 м 4% h 1,0 м 2% h > >2,0 м 1%

Предельная относительная погрешность определения среднего периода волны (не более): 1%

Масса комплекта в сборе 12 кг.

Область применения.

Устройство незаменимо при

проведении гидрологических исследований;

испытании судов и других транспортных средств на открытых водоемах;

выполнении аварийно-спасательных работ;

буксировке судов, плавсредств, тралов и других грузов;

проведении спортивных соревнований;

туристических походах на катерах и яхтах;

обеспечении безопасности работы на нефтевышках, морских платформах и гидротехнических сооружениях различного назначения.

Устройство может быть включено в комплект навигационного оборудования как дополнительное средство для получения оперативной информации об условиях плавания.