Подводный измеритель глубины водоема и удельного веса воды

Полезная модель относится к области морского приборостроения и предназначена, преимущественно, для измерения глубины водоема, а также удельного веса воды. Полезная модель содержит верхний датчик гидростатического давления, нижний датчик гидростатического давления, отнесенный по вертикали от верхнего датчика, например, с помощью жесткой связи, и вычислительное устройство, входы которого связаны с выходами датчиков. Датчики и вычислительное устройство могут быть установлены в герметичном корпусе. Корпус с датчиками может быть закреплен на мертвом якоре, устанавливаемом на дне водоема и соединенном с буем с помощью буйрепа. В буе может быть размещено вычислительное устройство электрически соединенное с выходами датчиков гидростатического давления. Подводный измеритель может также эксплуатироваться непосредственно с судна, на котором размещено вычислительное устройство, входы которого электрически соединены с выходами датчиков гидростатического давления посредством грузонесущего кабеля, а также в составе автоматической донной станции.

Полезная модель относится к области морского приборостроения и предназначена, преимущественно, для измерения глубины водоема, а также удельного веса воды.

Известны подводные измерители глубины, в которых глубина определяется по величине гидростатического давления, воздействующего на соответствующий датчик (Богородский А.В. и др. Гидростатическая техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат. 1984 г. С.93).

Эти измерители глубины не могут определять удельный вес воды.

Известен также подводный измеритель глубины водоема и средней по вертикали скорости звука в воде (RU №53454 U1).

Указанный подводный измеритель глубины содержит размещенные в герметичном корпусе измеритель гидростатического давления и обращенный эхолот, выходы которых связаны с входами вычислительного устройства.

Измеритель устанавливается на дне водоема или на подводном объекте и обеспечивает измерение глубины с помощью измерителя гидростатического давления и эхолота, а также определение средней по вертикали скорости звука за счет совместной обработки их измерений.

Глубина Н и измеренное гидростатическое давление Р_Г связаны известным выражением: Р_Г=gH+Р_а, где

- плотность воды;

g - ускорение силы тяжести;

Р_а - атмосферное давление (легко измеряется на обеспечивающем судне).

Недостатком данного устройства является отсутствие информации о величинах и g, или удельного веса воды , равного

=g [Брюханов О.Н., Коробко В.И., Мелик-Аракелян А.Т. «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики», Учебник. - М.: ИНФРА, 2004 г.].

Эта величина задается в виде константы по данным таблиц или по результатам внешних измерений.

В процессе работы рассмотренного устройства этот параметр не контролируется, и его изменения приводят к неучтенным погрешностям измерений.

Известен способ определения удельного веса морской воды (Снежинский В.А. Практическая океанография. Гидрометеорологическое изд-во. Л. 1951. С.494). Он предусматривает точное взвешивание определенного объема морской воды при температуре 0° и такого же объема дисцилированной воды при температуре 4°. Взвешивания производят в лабораторных условиях с использованием пикрометра или гидростатических весов. По результатам измерений по известным формулам вычисляют удельный вес воды.

Реализация этого способа не воплощена в каком-либо устройстве, осуществляющем непосредственное определение удельного веса воды и тем более одновременное измерение глубины водоема.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании устройства для подводного измерения глубины водоема и удельного веса воды.

Технический результат, на обеспечение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в расширении функциональных возможностей измерителя глубины водоема, заключающемся в одновременном измерении удельного веса воды.

Устройство поясняется чертежом, где

на фиг.1 изображена блок-схема подводного измерителя;

на фиг.2 - подводный измеритель, установленный на дне водоема;

на фиг.3 - эксплуатация подводного измерителя с борта судна.

Заявляемая полезная модель содержит верхний датчик 1 гидростатического давления, нижний датчик 2 гидростатического давления, отнесенный по вертикали от верхнего датчика 1, например, с помощью жесткой связи 3, и вычислительное устройство 4, входы которого связаны с выходами датчиков 1 и 2. Датчики 1 и 2 и вычислительное устройство 4 могут быть объединены в герметичном корпусе 5 (на фиг.1 указан пунктиром).

При наличии корпуса 5 жесткая связь 3 может быть исключена, а ее функции будет выполнять сам корпус 5, на котором жестко закреплены разнесенные датчики 1 и 2 с обеспечением контакта с водой.

Питание устройства и обмен информацией с потребителями на берегу или обеспечивающем судне могут осуществляться по кабелю, по звукоподводной связи (на чертеже не указаны), через радиобуй. Вычислительное устройство 4 может располагаться вне корпуса 5, например, на борту судна.

Вычислительное устройство 4 реализует зависимости:

Н=f(Р, , Р_a) и =F(Р, Н),где

Н - глубина, например, по показаниям верхнего измерителя гидростатического давления.

- удельный вес воды;

Н - расстояние по вертикали между датчиками гидростатического давления;

Р=Р₂-Р₁;

P₂, P₁ - давления, определенные соответственно нижним и верхним датчиками.

Наличие разнесенных по вертикали датчиков давления позволяет в процессе измерений определить кроме глубины их установки также дополнительный параметр - удельный вес воды, что повышает точность определения глубины и расширяет функциональные возможности полезной модели.

Корпус 5 для постановки под водой (фиг.2) может быть связан гибкой связью 6 с донным мертвым якорем 7, который в свою очередь связан посредством так же гибкой связи - буйрепа 8 с буем 9, в котором могут быть размещены источник электрического питания, вычислительное устройство 4, если оно не находится внутри корпуса 5, линия связи с судном, выполненная в виде радио- или гидроакустического канала (на чертеже не показан).

Электрическое соединение датчиков 1 и 2 с вычислительным устройством 4 осуществляется с помощью кабеля (чертеже не показан), крепящегося к гибкой связи 6 и буйрепу 8 с помощью кабельных зажимов. Корпус 5 в рассматриваемом варианте выполняется с положительной плавучестью, что в сочетании с гибкой связью 6 обеспечивает вертикальную ориентацию корпуса 5. Для учета отклонений от вертикали в корпусе 5 может быть установлен также датчик углов наклона (на чертеже не указан). Гибкая связь 6 может быть заменена шарнирной связью.

Определение глубины осуществляется в вычислительном устройстве 4 по формулам:

где

Р_а - атмосферное давление;

h₁ и h₂ - высота установки датчиков 1 и 2 соответственно над дном 10.

Для учета температурного изменения размеров жесткой связи 3 измеритель может быть снабжен датчиком температуры, выход которого связан с соответствующим входом вычислительного устройства (на чертеже не указан). При этом вычислительное устройство 4 рассчитывает длину Н жесткой связи 6 между датчиками давления 1 и 2 для конкретной температуры t эксплуатации как

Н=Н₀[1+(t-t₀)], где

H₀ - расстояние между датчиками 1 и 2, измеренное при температуре t₀

- коэффициент линейного расширения материала жесткой связи 3.

Вычислительное устройство 4 по параметрам Р и Н определяет удельный вес воды по формуле:

Данную конструкцию полезной модели эксплуатируют следующим образом (фиг.2).

С обеспечивающего судна (на чертеже не показано), стравливая буйреп 8, опускают мертвый якорь 7 с закрепленным с ним посредством гибкой связи 6 корпусом 5 с установленными в нем датчиками 1 и 2, одновременно присоединяя к гибкой связи 6 и буйрепу 8 кабель (на чертеже не показан), соединяющий корпус 5 с плавучим буем 9. В процессе погружения измеряют на заданных горизонтах значения гидроакустических давлений, по которым определяют вертикальное распределение удельного веса воды.

После покладки на грунт мертвого якоря 7 производят постановку буя 9, затем осуществляют необходимые измерения в интересах промерных работ, испытаний гидроакустических средств, гидрографических исследований и т.п.

Подъем устройства осуществляют в обратном порядке.

Эксплуатация заявляемого устройства может быть иной, чем изложенная выше. Так корпус 5 с датчиками 1 и 2 можно опускать и поднимать с помощью кранбалки 11 на грузонесущем кабеле 12 с обеспечивающего судна 13 на заданные горизонты для определения вертикального распределения удельного веса воды (фиг.3). В этом случае корпус должен иметь отрицательную плавучесть.

Кроме того, корпус 5 с датчиками 1 и 2 может быть закреплен на подвижном объекте, например, на глубоководном аппарате или стационарно установлен на дне водоема, например, в составе автоматической донной станции. В этом случае для лучшего обеспечения вертикальности он может быть установлен в кардановом подвесе и оснащен датчиком углов наклона, выход которого соединен с входом вычислительного устройства.

Если известно ускорение силы тяжести в месте установки подводного измерителя, то может быть дополнительно вычислена плотность воды как .

Для повышения информативности измерителя количество датчиков гидростатического давления, разнесенных по вертикали, может быть увеличено.

1. Подводный измеритель глубины водоема и удельного веса воды, характеризующийся тем, что он содержит закрепленные на известном расстоянии друг от друга по вертикали, по меньшей мере, два датчика гидростатического давления, а также вычислительное устройство, причем выходы этих датчиков связаны с входами вычислительного устройства.

2. Подводный измеритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен донным якорем и соединенными с ним гибкими связями корпусом с положительной плавучестью, в котором размещены датчики гидростатического давления, и буем, содержащим вычислительное устройство, а также каналы связи с датчиками гидростатического давления и судном.

3. Подводный измеритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен корпусом с отрицательной плавучестью, в котором размещены датчики гидростатического давления, причем датчики электрически связаны с установленным на судне вычислительным устройством посредством грузонесущего кабеля.

4. Подводный измеритель по п.2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен датчиком температуры, размещенным в зоне датчиков гидростатического давления, выход которого связан с входом вычислительного устройства.