RU1841094C

RU1841094C - Hydrophysical device

Info

Publication number: RU1841094C
Application number: SU3209399/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Князюк; Валерий Георгиевич Тиняков
Original assignee: Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: invention relates to measurement of statistic characteristics of hydrophysical fields of liquids. The hydrophysical device comprises a sealed housing with a cover and three chambers which hold electronic, frontal and compensation measurement units, a compensation liquid chamber and adaptation units. On the housing, diametrically opposite to the plane of the open ends of capillaries of the resonator of the frontal measurement unit, perpendicular to said plane, there is a lateral measurement unit for measuring ambient static pressure, which is in the form of a plate covered by a mesh stream-protective cover which, together with the housing, makes up an elongated symmetrical profile, at the centre of the plane of symmetry of which there is an opening in which a detecting element is inserted with clearance. The detecting element is in the form of a flat rigid membrane and is fixed in the opening with elastic sensitive elements, installed mutually perpendicular at opposite sides of the membrane in parallel to its plane with pre-tensioning. The detecting element with sensitive elements is covered at one side with a sealing cap.

EFFECT: high measurement accuracy.

9 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерения статистических характеристик гидрофизических полей жидкостей, в частности, к датчикам измерения мгновенных значений гидрологических характеристик жидкой среды и может быть использовано в системах гидролокации и навигационного обеспечения морских малых боевых средств, например, боевых пловцов (БП), движущихся в погруженном положении.The present invention relates to the field of measuring the statistical characteristics of the hydrophysical fields of liquids, in particular, to sensors for measuring the instantaneous values of the hydrological characteristics of a liquid medium and can be used in sonar systems and navigation support of small naval weapons, for example, combat swimmers (BP), moving in submerged position.

Известны устройства гидролокации и навигационного обеспечения боевых пловцов:Known devices for sonar and navigation support for combat swimmers:

1. Оптические устройства /1/, например, прилагаемые к шлем-маске БП, подводные очки ночного видения (ПОНВ), которые состоят из двух входных оптических систем со скомпенсированными от преломления в воде оптических лучей сферическими стеклами на входе, двух электронно-оптических преобразователей и двух окуляров. Описанные ПОНВ осуществляют обзор пространства в угле, не превышающем 60°, и усиливают освещенность в зоне обзора в 10⁴ раз. Рабочая глубина - не более 12 м. Дальность обзора - до 10 м. Электропитание - 1,3 В. Все элементы ПОНВ конструктивно жестко связаны.1. Optical devices / 1 /, for example, attached to the BP helmet mask, underwater night vision goggles (INLD), which consist of two input optical systems with spherical glasses compensated from the refraction of optical rays in water at the input, two electron-optical converters and two eyepieces. The described INDCs provide an overview of the space in an angle not exceeding 60 °, and enhance the illumination in the field of view by 10 ⁴ times. The working depth is not more than 12 m. The viewing range is up to 10 m. Power supply is 1.3 V. All elements of the INDC are structurally rigidly connected.

Основным недостатком устройств данного типа является то, что в условиях ограниченной видимости (ночное время суток, сверхнизкая естественная освещенность и т.п.) они без подсвета практически не применимы. Кроме того, применение этих устройств ограничено рабочей глубиной и в условиях активного радиоэлектроакустического и оптического противодействия при ограниченной видимости невозможностью применения подсвета.The main disadvantage of devices of this type is that in conditions of limited visibility (night time, ultra-low natural illumination, etc.) they are practically not applicable without illumination. In addition, the use of these devices is limited by the working depth and in the conditions of active radio-electro-acoustic and optical counteraction with limited visibility of the impossibility of using backlight.

2. Портативные гидроакустические локаторы для боевого пловца.2. Portable sonar locators for a combat swimmer.

Устройства данного типа состоят из антенной системы (АС), жестко укрепленной, например, на шлем-маске БП, звукового сигнализатора (ЗС), а также из заключенного в герметичный корпус блока обработки сигнала, состоящего из коммутатора приема-передачи (КПП), приемника сигналов (ПС), оконечного усилителя (ОУ) и генератора стандартных сигналов (ГСС). Дальность действия в активном режиме - не более 190 м. Гарантированное время работы по электропитанию в активном режиме - 10 ч, в пассивном - 20 ч. Наибольшая рабочая глубина - до 200 м, масса в воздухе - 45 кг. Рабочий диапазон частот - 200 кГц. В пассивном режиме описанный локатор позволяет улавливать шумы, издаваемые другими пловцами или подводными средствами движения, а также выйти на такие подводные объекты, которые либо являются источниками достаточно сильного шума, либо оборудованы гидроакустическими маяками.Devices of this type consist of an antenna system (AS), rigidly mounted, for example, on a BP helmet mask, an audible warning device (AP), as well as a signal processing unit enclosed in a sealed enclosure, consisting of a receive-transmit switch (PPC), a receiver signals (PS), terminal amplifier (op amp) and standard signal generator (GSS). The range in active mode is no more than 190 m. The guaranteed operating time for power supply in active mode is 10 hours, in passive mode - 20 hours. The maximum working depth is up to 200 m, weight in air is 45 kg. The operating frequency range is 200 kHz. In passive mode, the described locator allows you to catch the noise emitted by other swimmers or underwater vehicles, as well as to reach such underwater objects that are either sources of sufficiently strong noise or are equipped with sonar beacons.

Основным недостатком устройств данного типа является то, что при работе в пассивном режиме они не позволяют обнаружить нешумящие объекты, чем ограничивают возможности БП-носителя при ориентировании и выполнении боевых задач. При работе же этих устройств в активном режиме происходит демаскировка БП-носителя (что особенно опасно в условиях активного радиоэлектроакустического противодействия), что приведет к его обнаружению и в конечном счете лишает боевого пловца возможности выполнить поставленную перед ним задачу - нанесения ущерба атакуемому объекту или ведение разведки на необорудованной акватории (якорные стоянки, закрытые бухты, гавани и т.п.).The main disadvantage of devices of this type is that when working in passive mode they do not allow detecting noisy objects, which limits the capabilities of the PSU carrier when orienting and performing combat missions. When these devices are operating in active mode, the BP carrier is unmasked (which is especially dangerous in conditions of active radio-electroacoustic counteraction), which will lead to its detection and ultimately deprive the combat swimmer of the opportunity to fulfill the task assigned to him - to damage the attacked object or conduct reconnaissance in unequipped water areas (anchorage, enclosed bays, harbors, etc.).

Общим недостатком устройств первого и второго типов является то, что они не обеспечивают в условиях активного радиоэлектроакустического и оптического противодействия возможности осуществлять обзор подводной обстановки в интересах решения боевым пловцом стоящих перед ним задач, особенно тогда, когда при указанных противодействиях БП вынужден ориентироваться и перемещаться в пространстве в режиме полного молчания, т.е. в режиме отсутствия излучения им энергии в ИК-, радио-, оптическом и акустическом диапазонах волн.A common drawback of the devices of the first and second types is that they do not provide, under the conditions of active electro-acoustic and optical countermeasures, the ability to conduct an overview of the underwater situation in the interest of the combat swimmer solving his tasks, especially when the PSU is forced to navigate and move in space during these counteractions in complete silence mode, i.e. in the absence of radiation of energy to them in the infrared, radio, optical and acoustic wavelengths.

3. Гидрофизический локатор для боевого пловца. Устройство данного типа состоит из антенной системы (АС), выполненной на основе гидрофизического преобразователя по авт. свид. СССР №1841084, М.кл⁴ G01L 7/02, дата приоритета 05.01.1987 г., и жестко укрепленной на шлем-маске БП-носителя, блока обработки сигналов, размещенном в герметичном корпусе и укрепленном на нагрудном ремне гидрокостюма звукового сигнализатора (ЗС), расположенном внутри шлем-маски и связанном со слуховым аппаратом боевого пловца. Масса в воздухе - не более 550 г. Энергопотребление - не более 3,5 Вт, а в режиме адаптации - до 7 Вт. Неравномерность частотной характеристики выходного сигнала - не более 18 дБ. Коэффициент нелинейных искажений сигнала - не более 8%. Долговечность - 2000 ч. Дальность действия - не более 15 м. Срок работы по электропитанию - не менее 50 ч при использовании аккумуляторов типа СЦС-18. Рабочая глубина - не более 13,3 м для сильфонного датчика типа НС-14-10-01.3. Hydrophysical locator for a combat swimmer. A device of this type consists of an antenna system (AS) made on the basis of a hydrophysical transducer according to ed. testimonial. USSR No. 1841084, M.cl ⁴ G01L 7/02, priority date 01/01/1987, and rigidly mounted on a helmet-mask BP carrier, signal processing unit, housed in a sealed enclosure and mounted on the chest strap of the wetsuit of an audio signaling device (AP ) located inside the helmet-mask and associated with the hearing aid of a combat swimmer. Mass in air - not more than 550 g. Energy consumption - not more than 3.5 W, and in adaptation mode - up to 7 W. The unevenness of the frequency response of the output signal is not more than 18 dB. The coefficient of nonlinear distortion of the signal is not more than 8%. Durability - 2000 hours. Range - not more than 15 m. The term of work on power supply - not less than 50 hours when using batteries of the type SCS-18. Working depth - not more than 13.3 m for a bellows-type sensor NS-14-10-01.

4. Гидрофизическое устройство (ГФУ). Это устройство имеет герметичный корпус с крышкой и тремя полостями - электронной, измерительной и компенсационной и содержит взаимосвязанные электронный блок, фронтальный и компенсационный измерительные блоки с чувствительными элементами, выполненными на основе полупроводникового кремниевого монокристалла, компенсационную жидкостную камеру и блоки адаптации, герметично установленные на торцах измерительной и компенсационной полостей. Фронтальный и компенсационный измерительные блоки содержат соответственно измерительный и компенсационный резонаторы, заполненные инертной жидкостью (более плотная фаза) и размещенные диаметрально противоположно на внутренней поверхности измерительной полости. Чувствительные элементы измерительных блоков соединены с выполненными в виде мембран днищами соответствующих резонаторов перпендикулярно плоскостям мембран. Полость измерительного резонатора соединена с внешней жидкой средой (менее плотная среда), а компенсационного - с жидкостью одного фазового состояния с внешней жидкой средой, заключенной в компенсационной жидкостной камере, через идентичные капилляры, выполненные в плоскостях, нормальных плоскостям мембран.4. Hydrophysical device (HFC). This device has a sealed enclosure with a lid and three cavities - electronic, measuring and compensation, and contains interconnected electronic unit, frontal and compensation measuring units with sensitive elements made on the basis of a semiconductor silicon single crystal, a compensation liquid chamber and adaptation units hermetically mounted at the ends of the measuring and compensation cavities. The front and compensation measuring blocks contain respectively measuring and compensation resonators filled with an inert liquid (denser phase) and placed diametrically opposite on the inner surface of the measuring cavity. The sensitive elements of the measuring blocks are connected to the bottoms of the respective resonators made in the form of membranes perpendicular to the planes of the membranes. The cavity of the measuring resonator is connected to an external liquid medium (a less dense medium), and the compensation cavity is connected to a liquid of the same phase state with an external liquid medium enclosed in a compensation liquid chamber through identical capillaries made in planes normal to the planes of the membranes.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В основу работы упомянутого устройства положено явление переноса импульса, которое наиболее полно описывает механизм силового взаимодействия твердого тела с жидкостью, а также гидрофизические особенности и закономерности явлений, возникающих на поверхностях раздела двух несмешиваемых жидкостей различных фазовых состояний и твердого тела.The operation of the said device is based on the phenomenon of momentum transfer, which most fully describes the mechanism of the force interaction of a solid with a liquid, as well as the hydrophysical features and laws of phenomena that arise on the interfaces between two immiscible liquids of different phase states and a solid.

При изменении импульса переноса во внешней среде, обусловленном локальными возмущениями, вызываемыми движущимся в погруженном положении объектом типа БП, в резонаторе фронтального измерительного блока под воздействием коротких волн, возбуждаемых в жидкостных линзах, наводятся колебания, которые воздействуют через мембраны на чувствительный элемент, что приводит к изменению выходного сигнала фронтального измерительного блока устройства. В то же время воздействие структурных шумов, обусловленных движением носителя, например, боевого пловца и работы его органов движения (ласты, ноги, туловище и т.п.), приводит к изменению гидрологических характеристик, в том числе и импульса переноса, гидрофизического поля как в окружающей устройство жидкой среде, так и в жидкости, заключенной в компенсационной камере. Это приводит к созданию вертикального градиента импульса над квазинеподвижной поверхностью в компенсационной камере и к образованию в более плотной среде жидкости первичных капиллярных волн и изменению энергонасыщенности волн в жидкостных линзах, сформированных в капиллярах. Наведенные в резонаторе компенсационного измерительного блока волны, воздействуя через мембрану на чувствительный элемент, вызывают изменение выходного сигнала компенсационного измерительного блока. Аналогичные дополнительные изменения выходного сигнала воздействие структурных шумов вызывает и на выходе фронтального измерительного блока. Оба сигнала подают на входы дифференциального каскада электронного блока, в котором производят компенсацию помех, обусловленных структурными шумами.When the transfer momentum in the environment is changed due to local disturbances caused by an object of the BP type moving in an immersed position, vibrations are induced in the resonator of the front measuring unit under the influence of short waves excited in liquid lenses, which act through the membranes on the sensitive element, which leads to changing the output signal of the front measuring unit of the device. At the same time, the impact of structural noise caused by the movement of the carrier, for example, a combat swimmer and the work of his movement organs (flippers, legs, torso, etc.), leads to a change in hydrological characteristics, including the transfer momentum, hydrophysical field as in a liquid medium surrounding the device, and in a liquid enclosed in a compensation chamber. This leads to the creation of a vertical pulse gradient above the quasi-stationary surface in the compensation chamber and to the formation of primary capillary waves in a denser liquid medium and a change in the energy saturation of the waves in the liquid lenses formed in the capillaries. The waves induced in the cavity of the compensation measuring unit, acting through the membrane on the sensing element, cause a change in the output signal of the compensation measuring unit. Similar additional changes in the output signal, the effect of structural noise causes the output of the front measuring unit. Both signals are fed to the inputs of the differential stage of the electronic unit, which compensate for interference caused by structural noise.

Устройства третьего и четвертого типов могут быть использованы в системах ориентирования боевых пловцов, поиска ими неподвижных подводных объектов, обнаружения в режиме полного молчания нешумящих движущихся целей в условиях активного радиоэлектроакустического и оптического противодействия.Devices of the third and fourth types can be used in orientation systems for combat swimmers, their search for motionless underwater objects, and the detection in silent mode of noiseless moving targets in conditions of active radio-electro-acoustic and optical countermeasures.

Основным недостатком устройств третьего типа является зависимость их чувствительности и точности измерений от воздействия структурных шумов и др. факторов.The main disadvantage of the third type of devices is the dependence of their sensitivity and measurement accuracy on the effects of structural noise and other factors.

Практически упомянутыми недостатками устройство четвертого типа не обладает, но так же, как и устройства третьего типа, они не применимы для "водного счисления" пути боевого пловца путем измерения скорости его движения относительно окружающей среды. Это приводит в конечном счете к снижению эффективности средств навигационного обеспечения боевого пловца.The device of the fourth type does not possess the practically mentioned drawbacks, but just like the device of the third type, they are not applicable for the "water reckoning" of the path of a combat swimmer by measuring the speed of his movement relative to the environment. This ultimately leads to a decrease in the effectiveness of navigational support for a combat swimmer.

Однако устройства четвертого типа по своему функциональному назначению наиболее близко к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности "водного счисления" пути боевым пловцом путем обеспечения возможности измерения его собственной скорости движения относительно окружающей среды в режиме полного молчания.However, the fourth type of device in its functional purpose is closest to the proposed one and is selected as a prototype. The aim of the invention is to improve the accuracy of the "water reckoning" of the path by a combat swimmer by providing the ability to measure his own speed relative to the environment in complete silence.

Поставленная цель достигается за счет того, что ГФУ, имеющее герметичный корпус с крышкой и с электронной, измерительной и компенсационной полостями и содержащее взаимосвязанные электронный, фронтальный (основной) и компенсационный измерительные блоки с чувствительными элементами, выполненными на основе полупроводникового кремниевого монокристалла, компенсационную жидкостную камеру и блоки адаптации, герметично установленные на торцах измерительной и компенсационной полостей, разделенных защитно-ограничительными перегородками, измерительные блоки содержат резонаторы, заполненные вязкой инертной жидкостью и размещенные диаметрально противоположно на внутренней поверхности измерительной полости, а чувствительные элементы соединены с выполненными в виде мембран днищами соответствующих резонаторов перпендикулярно плоскостям мембран, при этом полость резонатора фронтального измерительного блока соединена с внешней жидкой средой, а компенсационного - с заключенной в компенсационной жидкостной камере жидкостью одного фазового состояния с внешней жидкой средой, через капилляры, выполненные в плоскостях, нормальных плоскостям мембран, - к корпусу упомянутого ГФУ диаметрально противоположно плоскости открытых торцов капилляров резонатора фронтального измерительного блока, - перпендикулярно этой плоскости его наружной образующей корпуса жестко установлен боковой измерительный блок - измеритель статического давления во внешней жидкой среде, выполненный в виде пластины, закрытой сетчатой потокозащитной оболочкой так, что последняя составляет вместе с упомянутым корпусом общий корпус удлиненного симметричного профиля конечного размаха с постоянным отношением толщины к длине и с постоянным коэффициентом лобового сопротивления, в центре плоскости симметрии которого выполнено отверстие, в котором установлен с минимальным зазором воспринимающий элемент бокового измерительного блока, выполненный в виде плоской жесткой мембраны, и зафиксированный в этом отверстии с помощью упругих чувствительных элементов бокового измерительного блока, выполненных на основе полупроводникового кремниевого монокристалла и установленных взаимно перпендикулярно с противоположных сторон мембраны параллельно плоскости последней с предварительным натяжением, причем с одной стороны воспринимающий элемент с чувствительными элементами закрыт герметичным колпаком. Выходы схемы включения чувствительного элемента фронтального измерительного блока дополнительно подсоединены ко входам дифференциального усилителя, выход которого соединен со входом выходного дифференциального каскада, второй вход последнего подключен к выходу буферного каскада, соединенного своими входами с выходами бокового измерительного блока.This goal is achieved due to the fact that the HFC having a sealed housing with a lid and with electronic, measuring and compensation cavities and containing interconnected electronic, frontal (main) and compensation measuring units with sensitive elements made on the basis of a semiconductor silicon single crystal, a compensation liquid chamber and adaptation units hermetically mounted at the ends of the measuring and compensation cavities separated by protective-restrictive partitions, and the measuring blocks contain resonators filled with a viscous inert liquid and placed diametrically opposite on the inner surface of the measuring cavity, and the sensing elements are connected to the bottoms of the corresponding resonators made in the form of membranes perpendicular to the planes of the membranes, while the cavity of the resonator of the front measuring block is connected to the external liquid medium, and the compensation - with a liquid of one phase state enclosed in a compensation liquid chamber with an external liquid medium th, through capillaries made in planes normal to the planes of the membranes, to the casing of the said HFC diametrically opposite to the plane of the open ends of the capillaries of the resonator of the frontal measuring unit, a lateral measuring unit is fixed rigidly perpendicular to this plane of its external forming body - a static pressure meter in an external liquid medium made in the form of a plate, closed with a mesh flow protection sheath so that the latter together with the said casing makes a common casing symmetric profile of finite span with a constant ratio of thickness to length and with a constant coefficient of drag, in the center of the plane of symmetry of which a hole is made, in which the receiving element of the lateral measuring unit, made in the form of a flat rigid membrane, is fixed and fixed in this hole using elastic sensitive elements of the side measuring unit, made on the basis of a semiconductor silicon single crystal and installed asymmetrically perpendicularly from opposite sides of the membrane parallel to the plane of the latter with pre-tensioning, moreover, on the one hand, the sensing element with sensitive elements is closed by an airtight cap. The outputs of the switching circuit of the sensitive element of the frontal measuring unit are additionally connected to the inputs of the differential amplifier, the output of which is connected to the input of the output differential stage, the second input of the latter is connected to the output of the buffer stage connected by its inputs to the outputs of the side measuring unit.

Такое построение устройства обеспечивает повышение точности "водного счисления" пути боевым пловцом путем обеспечения возможности измерения его собственной скорости движения относительно окружающей среды в режиме полного молчания благодаря тому, что чувствительный элемент фронтального измерительного блока воспринимает во время движения как составляющую всего воспринимаемого сигнала, содержащую информацию о динамическом давлении воды P_дин.Such a construction of the device improves the accuracy of the "water reckoning" of the path by a combat swimmer by making it possible to measure his own speed of movement relative to the environment in complete silence due to the fact that the sensitive element of the front measuring unit perceives during movement as a component of the entire perceived signal containing information about dynamic water pressure P _din .

Сигналы чувствительных элементов бокового измерительного блока содержат информацию о статическом давлении жидкости P_стат. Разностные сигналы фронтального и бокового измерительных блоков пропорциональны квадрату скорости V движения боевого пловца-носителя относительно воды. Измерение скорости обеспечивает повышение точности "водного счисления" пути, чем достигается повышение надежности гидрологического восприятия окружающей жидкой внешней среды и повышает эффективность выполнения боевым пловцом стоящей перед ним боевой задачи.The signals of the sensing elements of the lateral measuring unit contain information on the static fluid pressure P _stat . The differential signals of the frontal and lateral measuring units are proportional to the square of the speed V of the movement of the carrier swimmer relative to the water. Velocity measurement provides increased accuracy of the "water reckoning" of the track, thereby improving the reliability of the hydrological perception of the surrounding liquid external environment and increases the efficiency of the combat swimmer performing a combat mission.

Данное техническое решение соответствует критериям "существенные отличия" и "новизна", так как все перечисленные выше признаки в этой совокупности органически связаны, существенны, необходимы и достаточны для обеспечения поставленной задачи.This technical solution meets the criteria of "significant differences" and "novelty", since all of the above characteristics in this combination are organically connected, significant, necessary and sufficient to ensure the task.

Все признаки в заявляемом устройстве известны порознь, но в той совокупности, в которой они заявлены в предложенном техническом решении, не встречаются ни в аналогах, ни в прототипе, ни в других источниках информации, доступных заявителю и авторам. При этом заявляемая совокупность признаков проявляет новое свойство, которое не обнаруживается ни в одном из известных объектов, а именно: измерять БП собственную скорость движения относительно окружающей среды в режиме полного молчания, что обеспечивает повышение точности "водного счисления" пути без уменьшения чувствительности и точности измерения других параметров, например, малых изменений импульса переноса в условиях воздействия структурных шумов, а также гидролокационных сигналов в области малых (пороговых) значений во всем диапазоне рабочих глубин.All the signs in the inventive device are known separately, but in the totality in which they are stated in the proposed technical solution, they are not found in analogues, nor in the prototype, nor in other sources of information available to the applicant and the authors. At the same time, the claimed combination of features exhibits a new property that is not found in any of the known objects, namely: to measure the BP own speed of movement relative to the environment in complete silence, which improves the accuracy of the "water reckoning" of the path without reducing the sensitivity and measurement accuracy other parameters, for example, small changes in the transfer momentum under the influence of structural noise, as well as sonar signals in the region of small (threshold) values throughout range of working depths.

Поэтому предложенное решение соответствует критериям "существенные отличия" и "новизна".Therefore, the proposed solution meets the criteria of "significant differences" and "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг. 1 - общий вид устройства;in FIG. 1 - general view of the device;

на фиг. 2 - корпус устройства с электронным блоком;in FIG. 2 - the case of the device with an electronic unit;

на фиг. 3 - корпус конструкции фронтального и компенсационного измерительных блоков;in FIG. 3 - housing design of the frontal and compensation measuring units;

на фиг. 4 - резонатор компенсационного измерительного блока;in FIG. 4 - resonator of the compensation measuring unit;

на фиг. 5 - блок адаптации;in FIG. 5 - adaptation block;

на фиг. 6 - электронный блок, схема принципиальная фронтального и компенсационного измерительных блоков;in FIG. 6 - electronic unit, schematic diagram of the frontal and compensation measuring units;

на фиг. 7 - электронный блок, схема монтажная фронтального и компенсационного измерительных блоков;in FIG. 7 - electronic unit, mounting circuit of the frontal and compensation measuring units;

на фиг. 8 - электронный блок, схема принципиальная бокового измерительного блока с выходным каскадом;in FIG. 8 - electronic block, schematic diagram of a lateral measuring unit with an output stage;

на фиг. 9 - электронный блок, схема монтажная бокового измерительного блока с выходным каскадом.in FIG. 9 - electronic unit, mounting circuit of a lateral measuring unit with an output stage.

Гидрофизическое устройство (см. фиг. 1, 2) состоит из герметичного корпуса 1 с крышкой 2, в котором выполнены три полости 3, 4 и 5. В полости 3 размещены платы 6-1 и 6-2 электронного блока 7, в полости 4 размещены идентичные фронтальный 8 и компенсационный 9 измерительные блоки, а в полости 5 - компенсационная жидкостная камера. Полость 3 с помощью уплотнительной прокладки 10 герметично закрыта крышкой 2, в центре которой герметично закреплена приборная вилка 11 типа 2РМГД24Б10Ш5Е2. На торцах полостей 4 и 5 установлены идентичные блоки адаптации 12 и 13 к изменяющимся внешним гидрологическим условиям при изменении рабочей глубины. Диаметрально противоположно фронтальному измерительному блоку 8 по наружной образующей корпуса 1 жестко установлен боковой измерительный блок 14, закрытый сетчатой потокозащитной оболочкой 15 так, что последняя составляет вместе с корпусом 1 общий корпус 1А удлиненного симметричного профиля конечного размаха с постоянными отношением толщины к длине и с постоянным коэффициентом лобового сопротивления.The hydrophysical device (see Fig. 1, 2) consists of a sealed housing 1 with a cover 2, in which three cavities 3, 4 and 5 are made. In the cavity 3, the boards 6-1 and 6-2 of the electronic unit 7 are placed, in the cavity 4 identical frontal 8 and compensation 9 measuring units are placed, and in the cavity 5, a compensation liquid chamber. The cavity 3 using the gasket 10 is hermetically closed by a cover 2, in the center of which the instrument plug 11 of type 2RMGD24B10Sh5E2 is hermetically fixed. At the ends of cavities 4 and 5, identical adaptation blocks 12 and 13 are installed to changing external hydrological conditions when the working depth changes. A lateral measuring unit 14, closed by a mesh flow protection shell 15, is diametrically opposite to the front measuring unit 8 along the outer generatrix of the housing 1 so that the latter together with the housing 1 forms a common housing 1A of an elongated symmetrical profile of a finite span with a constant ratio of thickness to length and with a constant coefficient frontal resistance.

Фронтальный 8 и компенсационный 9 измерительные блоки состоят из идентичных резонаторов 16 и 17 и чувствительных элементов 18 и 19, выполненных на основе кремниевого полупроводникового монокристаллического сдвоенного тензорезистора с коэффициентом тензочувствительности K=(1÷1,2)·10² в виде тонкой струны диаметром 12-30 мкм с выводом от средней точки с утолщениями по концам и в середине для создания на них омических контактов с малой плотностью тока и состоят из двух симметричных рабочих частей - измерительной и термокомпенсационной. Одним из двух утолщений на концах чувствительный элемент 18 (а также и 19) жестко укреплен в центре днища резонатора 16 (17), выполненного в виде плоской прецизионной мембраны 20 (21) радиусом порядка 8 мм, перпендикулярно плоскости последней, а утолщением на другом конце (термокомпенсационной части) на жесткой опоре 22 (23) без растяжения-сжатия (см. фиг. 3). Средний вывод (утолщение) укреплен на контактной площадке 24 (25). Резонатор 17 компенсационного измерительного блока 9 выполнен в едином корпусе (см. фиг. 4) с блоком капилляров 26-1. Для предотвращения разрушения чувствительных элементов 18 и 19 во всем диапазоне измеряемых величин переходы между их рабочими частями и утолщениями выполнены по принципу стержня равного сопротивления. Такое выполнение переходов при недопустимых (аварийных) перегрузках вызывает плавный по определенному радиусу изгиб чувствительного элемента 18 (19) (точнее его измерительной части) без разрушения. Упругие силы возвращают чувствительный элемент 18 (19) после снятия упомянутых перегрузок в исходное положение без остаточных деформаций.Frontal 8 and compensation 9 measuring units consist of identical resonators 16 and 17 and sensitive elements 18 and 19, made on the basis of a silicon semiconductor single-crystal double strain gage with a strain sensitivity coefficient K = (1 ÷ 1.2) · 10 ² in the form of a thin string with a diameter of 12 -30 μm with the output from the midpoint with thickenings at the ends and in the middle to create ohmic contacts with a low current density on them and consist of two symmetrical working parts - measuring and thermal compensation. One of the two thickenings at the ends of the sensing element 18 (as well as 19) is rigidly fixed in the center of the bottom of the resonator 16 (17), made in the form of a flat precision membrane 20 (21) with a radius of about 8 mm, perpendicular to the plane of the latter, and a thickening at the other end (thermal compensation part) on a rigid support 22 (23) without tension-compression (see Fig. 3). The middle conclusion (thickening) is fixed on the contact area 24 (25). The resonator 17 of the compensation measuring unit 9 is made in a single housing (see Fig. 4) with a capillary block 26-1. To prevent the destruction of the sensitive elements 18 and 19 in the entire range of measured values, the transitions between their working parts and bulges are made on the principle of an equal resistance rod. This implementation of transitions with unacceptable (emergency) overloads causes a smooth bending of the sensing element 18 (19) (more precisely its measuring part) without a break in a certain radius. Elastic forces return the sensing element 18 (19) after removal of the aforementioned overloads to their original position without permanent deformations.

Резонаторы 16 и 17 размещены диаметрально противоположно на внутренней поверхности полости 4 корпуса 1. Внутренние полости резонаторов 16 и 17 заполнены инертной жидкостью (более плотная фаза), например, составом, изготовленным на основе полиметил-силоксановой жидкости типа ПМС ГОСТ 13032-77 или на основе кремнийорганической жидкости типа ПЭС-В ГОСТ 16480-70 не перемешиваемой с окружающей жидкой средой (менее плотная фаза) и идентичной с ней жидкостью, заключенной в компенсационной жидкостной камере, расположенной в полости 5. При этом полость резонатора 16 соединена с окружающей средой через капилляры 26-2, выполненные в корпусе 1 в плоскости нормальной к плоскости мембраны 20, а полость резонатора 17 соединена с жидкостью в компенсационной жидкостной камере через капилляры 26-1.The resonators 16 and 17 are placed diametrically opposite on the inner surface of the cavity 4 of the housing 1. The internal cavities of the resonators 16 and 17 are filled with an inert liquid (denser phase), for example, with a composition made on the basis of a polymethyl-siloxane liquid like PMS GOST 13032-77 or based on organosilicon liquid type PES-V GOST 16480-70 not mixed with the surrounding liquid medium (less dense phase) and identical to the liquid contained in the compensation liquid chamber located in the cavity 5. In this case, the cavity cavity the torus 16 is connected to the environment through capillaries 26-2 made in the housing 1 in the plane normal to the plane of the membrane 20, and the cavity of the resonator 17 is connected to the liquid in the compensation liquid chamber through the capillaries 26-1.

Блоки адаптации 12 (13) состоят (см. фиг. 5) из сильфона 27, закрытого с одного торца герметично, а с другого - фигурным фланцем 28 со штуцером 29, с помощью которого полость сильфона 27 соединена с внешней средой, цилиндра 30, с одного торца закрытого глухим днищем, а на другом торце с внутренней стороны жестко установлены направляющие 31, внутренний радиус которых равен радиусу наружной окружности гофров сильфона 27, а длина равна не менее двум периодам гофров сильфона 27, достаточная для плавного скольжения цилиндра 30 вдоль упомянутых гофров, на цилиндр 30 свободно одета герметичная с одного торца высокоэластичная манжета 32, а отбортовка манжеты 32 на противоположном торце служит для установки на торцах полостей 4 и 5 блоков адаптации соответственно 12 и 13 и герметизации их при помощи фигурного фланца 28 гайки 33 с отверстием в ее центре для вывода штуцера 29 сильфона 27.Adaptation blocks 12 (13) consist (see Fig. 5) of a bellows 27 closed tightly from one end and one with a curly flange 28 with a fitting 29, by means of which the bellows cavity 27 is connected to the external environment, cylinder 30, s guides 31 are rigidly mounted on one end closed by a blank bottom and on the other end, the inner radius of which is equal to the radius of the outer circumference of the bellows corrugations 27, and the length is at least two periods of the bellows corrugations 27, sufficient for smooth sliding of the cylinder 30 along the said corrugations, per cylinder 30, a highly elastic cuff 32 is sealed on one end, and the flange of the cuff 32 is flanged on the opposite end to install the adaptation blocks 12 and 13 on the ends of the cavities 4 and 5 and seal them using the figured flange 28 of the nut 33 with a hole in its center for output nipple 29 bellows 27.

В качестве сильфона 27 использованы стандартные сильфоны, например, серии НС ГОСТ 11915-72, рассчитанные на работу в различных диапазонах рабочих глубин (давлений). При этом фланец 28, штуцер 29, цилиндр 30 и направляющие 31, так же, как и сильфон 27, изготовлены из нержавеющей стали 36НХТЮ (ЭИ-702), что обеспечило высокое качество сварных соединений деталей блока адаптации 12 (13). Кроме того, применение упомянутого материала повышает стойкость блока адаптации 12 (13) к воздействию морской воды и увеличивает его долговечность. Манжета 32 изготовлена методом вулканизации в форме из высокоэластичных резиновых смесей, например, марки 111-1б-23 (Н0-68-1) ТУ 38-10510-82 или ИРП ТУ 38-103321-76. Связь между радиусом r поршня 30 с учетом толщины стенки манжеты 32 и свободным ходом l поршня 30 определяется выражениемAs the bellows 27, standard bellows are used, for example, the NS series GOST 11915-72, designed to work in different ranges of working depths (pressures). In this case, the flange 28, the fitting 29, the cylinder 30 and the guides 31, as well as the bellows 27, are made of stainless steel 36NHTY (EI-702), which ensured the high quality of welded joints of the parts of adaptation block 12 (13). In addition, the use of the mentioned material increases the resistance of the adaptation block 12 (13) to the effects of sea water and increases its durability. Cup 32 is made by vulcanization in the form of highly elastic rubber compounds, for example, grades 111-1b-23 (Н0-68-1) TU 38-10510-82 or IRP TU 38-103321-76. The relationship between the radius r of the piston 30, taking into account the wall thickness of the cuff 32 and the free travel l of the piston 30 is determined by the expression

$π r^{2} l = V_{o} \frac{P_{u} (h i)}{P_{o}}$

,

π r^{2} l = V_{o} \frac{P_{u} (h i)}{P_{o}}

,

где V_o - свободный объем внутренней полости;where V _o is the free volume of the internal cavity;

P_u(hi) - дополнительное давление внешней среды, определяемое диапазоном рабочих глубин;P _u (hi) - additional pressure of the external environment, determined by the range of working depths;

hi - рабочая глубина;hi is the working depth;

P_o - давление над свободной поверхностью моря.P _o - pressure above the free surface of the sea.

Максимальное значение величины l_max определяется максимальным удлинением сильфона 27 - Δl_max. Значение величины l_max может быть увеличено на величину Δl′ сжатием сильфона 27 с помощью манжеты 32 при его установке. Тогда l_max определится какThe maximum value of l _max is determined by the maximum elongation of the bellows 27 - Δl _max . The value of l _max can be increased by Δl ′ by compressing the bellows 27 using the cuff 32 when installing it. Then l _{max is} defined as

l_max=Δl_max+Δl′l _max = Δl _max + Δl ′

Но в этом случае на эту же величину должна растягиваться и манжета 32 без остаточной деформации (с учетом ее установочного растяжения).But in this case, the cuff 32 should also be stretched by the same amount without permanent deformation (taking into account its installation tension).

Боковой измерительный блок 14 состоит из воспринимающего элемента 34, выполненного в виде плоской жесткой мембраны, например, из титана и чувствительных элементов 35-1 и 35-2, выполненных по аналогии с чувствительными элементами 18 и 19, среднее утолщение которых служит только для механического крепления в центре симметрии, являющемся одновременно и центром массы воспринимающего элемента 34. Последний закреплен с помощью чувствительных элементов 35-1 и 35-2 в отверстии диаметром 10 мм, выполненном в центре плоскости симметрии корпуса 1А, с минимальным зазором порядка 0,1-0,2 мм и с одной стороны закрыт герметичным колпаком 36 с воздухом. Плоскость симметрии корпуса 1А представляет собой экран, предназначенный для ослабления эффекта акустического короткого замыкания. Сетчатая потокозащитная оболочка 15 обеспечивает значительное уменьшение генерируемого на поверхности экрана псевдозвукового давления и одновременно служит для предохранения бокового измерительного блока 14 от случайных механических повреждений. Форма корпуса 1А выбрана из условия обеспечения устранения дополнительных помех в виде вихревых образований в местах контакта измерительных блоков (фронтального и бокового) 8 и 14 с внешней средой.The lateral measuring unit 14 consists of a sensing element 34 made in the form of a flat rigid membrane, for example, of titanium and sensitive elements 35-1 and 35-2, made by analogy with the sensitive elements 18 and 19, the average thickening of which serves only for mechanical fastening in the center of symmetry, which is at the same time the center of mass of the receiving element 34. The latter is fixed with the help of sensitive elements 35-1 and 35-2 in the hole with a diameter of 10 mm, made in the center of the plane of symmetry of the housing 1A, with minimal m gap of the order of 0.1-0.2 mm and on the one hand closed with a sealed cap 36 with air. The symmetry plane of the housing 1A is a screen designed to attenuate the effect of an acoustic short circuit. The mesh flow protection shell 15 provides a significant reduction in the pseudo-sound pressure generated on the screen surface and at the same time serves to protect the lateral measuring unit 14 from accidental mechanical damage. The shape of the housing 1A is selected from the condition of ensuring the elimination of additional interference in the form of vortex formations at the contact points of the measuring units (frontal and lateral) 8 and 14 with the external environment.

Электронный блок 7 (см. фиг. 6, 7, 8, 9) состоит из схем включения чувствительных элементов 18, 19, 35-1 и 35-2 (TR1, 2; TR3, 4 и TR5, 6), собранных по мостовой схеме; интеграторов, выполненных на операционных усилителях А1 и А2 типа 140УД17 с активными (C7-R7 и C8-R8) и пассивными (C5-R4 и C6-R5) цепями интеграции, входы которых соединены с выходами соответствующих схем включения чувствительных элементов TR1, 2 и TR3, 4; а выходы - со входами выходного дифференциального усилителя, собранного на микросхеме A3 типа 140УД7, в котором производится компенсация вибрационных помех, обусловленных структурными шумами, и на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный малым изменениям импульса переноса во внешней среде. Одновременно к выходам чувствительного элемента 18 - TR1, 2, подключен дополнительно дифференциальный усилитель, собранный на микросхеме А4 типа 140УД17, выход которого соединен с входом выходного дифференциального каскада, собранного на микросхеме А6 типа 140УД17, второй вход микросхемы А6 подключен дополнительно к выходу дифференциального усилителя, собранного на микросхеме А5 типа 140УД17, входы которой подсоединены к выходам TR5, 6.The electronic unit 7 (see Fig. 6, 7, 8, 9) consists of the switching circuits of the sensitive elements 18, 19, 35-1 and 35-2 (TR1, 2; TR3, 4 and TR5, 6), assembled along the bridge scheme; integrators made on operational amplifiers A1 and A2 of type 140UD17 with active (C7-R7 and C8-R8) and passive (C5-R4 and C6-R5) integration circuits, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding switching circuits of sensitive elements TR1, 2 and TR3, 4; and the outputs - with the inputs of the output differential amplifier assembled on an A3 chip type 140UD7, which compensates for vibration interference caused by structural noise, and at the output of which a signal is proportional to small changes in the transfer pulse in the external environment. Simultaneously, the outputs of the sensing element 18 - TR1, 2 are connected additionally to a differential amplifier assembled on an A4 chip type 140UD17, the output of which is connected to the input of the output differential stage assembled on an A6 chip type 140UD17, the second input of the chip A6 is additionally connected to the output of the differential amplifier, assembled on an A5 chip type 140UD17, the inputs of which are connected to the outputs of TR5, 6.

Связь гидрофизического устройства с постом регистрации, индикации и управления осуществляется с помощью герметичной, водонепроницаемой приборной вилки 11, например типа 2РМГД24Б10Ш5Е2, которая связана с электронным блоком 7 и герметично укреплена на крышке 2.The hydrophysical device is connected to the registration, display and control station using a sealed, waterproof instrument plug 11, for example, type 2RMGD24B10Sh5E2, which is connected to the electronic unit 7 and is hermetically mounted on the cover 2.

Сборку ГФУ осуществляют следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3).HFC assembly is carried out as follows (see Fig. 1, 2, 3).

В ячейки 37 и 38 корпуса конструкции измерительных блоков 8 и 9 герметично и жестко вставляют резонаторы 16 и 17. В центре днищ последних с помощью, например, эпоксидного клея типа "Спрут" и др., укрепляют омические контакты измерительных частей чувствительных элементов 18 и 19, средние точки которых также с помощью клея укрепляют на соответствующих им контактных площадках 24 и 25 так, чтобы измерительные части чувствительных элементов 18 и 19 были перпендикулярны взаимно параллельным плоскостям выполненных в виде прецизионных мембран 20 и 21 днищ резонаторов 16 и 17. Свободные омические контакты термокомпенсационных частей чувствительных элементов 18 и 19 без сжатия-растяжения укрепляют на контактных площадках жестких опор 22 и 23. Выводы от всех омических контактов чувствительных элементов 18 и 19 выводят через фланец 39, а место вывода герметизируют с помощью герметика, например, типа УТ-32 ТУ 38.1051386-80. Параллельно со сборкой упомянутой конструкции измерительных блоков 8 и 9 осуществляют сборку бокового измерительного блока 14. Для этого в установленном месте плоскости симметрии корпуса 1А жестко крепят плоскопараллельную пластину 40 с помощью, например, газо- или электросварки. В пластине 40 в центре симметрии корпуса 1А изготавливают отверстие, на кромке которого с помощью водоустойчивого эпоксидного клея, например типа "Спрут", крепят взаимно-перпендикулярно крайними утолщениями чувствительные элементы 35-1 и 35-2 предварительно поместив между ними воспринимающий элемент 34. После этого средние части чувствительных элементов 35-1 и 35-2 перемещают в противоположные стороны от плоскости воспринимающего элемента 34 перпендикулярно последнему и крепят с помощью эпоксидного клея типа "Спрут" на соответствующие контактные площадки 41, чем обеспечивают предварительное натяжение чувствительных элементов 35-1 и 35-2, при котором рабочее перемещение отцентрированного с помощью последних в упомянутом отверстии воспринимающего элемента 34 приводит при малых усилиях к большим изменениям сопротивлений чувствительных элементов 35-1 и 35-2. Зоны омических контактов защищены клеем, а электрические выводы чувствительных элементов 35-1 и 35-2 покрывают, например, кремний-органическим лаком. Полость, в которой расположен боковой измерительный блок 14, заливают низкомодульным (например, марки КЛТ) или полиуретановым составом, который одновременно служит для гидроизоляции чувствительных элементов 35-1 и 35-2 и для предотвращения локальных нарушений ламинарного потока жидкости, обтекающей боковой измерительный блок 14. Выводы от омических контактов чувствительных элементов 35-1 и 35-2 вводят в полость 3 корпуса 1, а места ввода герметизируют герметиком УТ-32. На пластине 40 герметично крепят колпак 36, закрывающий с одной стороны боковой измерительный блок 14.Resonators 16 and 17 are hermetically and rigidly inserted into cells 37 and 38 of the design housing of the measuring units 8 and 9. In the center of the bottoms of the latter, for example, with the help of epoxy adhesive such as Octopus and others, the ohmic contacts of the measuring parts of the sensitive elements 18 and 19 are strengthened , the midpoints of which are also reinforced with glue on the corresponding pads 24 and 25 so that the measuring parts of the sensing elements 18 and 19 are perpendicular to mutually parallel planes made in the form of precision membranes 20 and 21 of the bottom of the cut 16 and 17. Free ohmic contacts of the thermocompensation parts of the sensing elements 18 and 19 without compression-tension are strengthened on the contact pads of the rigid supports 22 and 23. The conclusions from all the ohmic contacts of the sensing elements 18 and 19 are led out through the flange 39, and the outlet is sealed with sealant, for example, type UT-32 TU 38.1051386-80. In parallel with the assembly of the mentioned construction of the measuring units 8 and 9, the lateral measuring unit 14 is assembled. For this purpose, a plane-parallel plate 40 is rigidly fixed to the symmetry plane of the housing 1A by, for example, gas or electric welding. A hole is made in the plate 40 in the center of symmetry of the housing 1A, on the edge of which, with the help of waterproof epoxy glue, for example, "Octopus" type, the sensitive elements 35-1 and 35-2 are fixed mutually perpendicular to the extreme thickenings after first placing the receiving element 34 between them. After this, the middle parts of the sensing elements 35-1 and 35-2 are moved in opposite directions from the plane of the sensing element 34 perpendicular to the latter and fixed with the help of epoxy adhesive of the "Octopus" type to the corresponding contact pads 41, which provide a preliminary tension of the sensing elements 35-1 and 35-2, in which the working movement of the sensing element 34 centered with the help of the latter in the aperture leads to small changes in the resistances of the sensing elements 35-1 and 35-2. The ohmic contact zones are protected by glue, and the electrical terminals of the sensitive elements 35-1 and 35-2 are coated, for example, with silicon-organic varnish. The cavity in which the lateral measuring unit 14 is located is poured with a low-modulus (for example, KLT grade) or polyurethane composition, which simultaneously serves to waterproof the sensitive elements 35-1 and 35-2 and to prevent local disturbances of the laminar fluid flow around the lateral measuring unit 14 The conclusions from the ohmic contacts of the sensitive elements 35-1 and 35-2 are introduced into the cavity 3 of the housing 1, and the entry points are sealed with a UT-32 sealant. On the plate 40, a cap 36 is hermetically fastened, covering one side of the lateral measuring unit 14.

Затем осуществляют сборку корпуса 1А путем жесткого соединения с корпусом 1 сетчатой потокозащитной оболочки 15. После этого с помощью направляющих 42 фронтальный 8 и компенсационный 9 измерительные блоки в сборе устанавливают в специальном пазе в полости 4 корпуса 1, закрепляют и заполняют упомянутой жидкостью полости резонаторов 16 и 17 и капилляры 26-1 и 26-2. На кронштейне 43, укрепленном в полости 3, устанавливают вилки 44 и 45 (например, типа МРН14-1) и с помощью однотипных с ними розеток 46 и 47 устанавливают платы 6-1 и 6-2, на которых размещены все элементы и узлы электронного блока 7. Свободные грани плат 6-1 и 6-2 фиксируют на кронштейнах 48 и 49. Полость 3 при помощи уплотнительной прокладки 10 и крышки 2, в которой предварительно жестко и герметично устанавливают приборную вилку 11 типа 2РМГД24Б10Ш5Е2, герметично закрывают. Заполняют компенсационную герметичную камеру жидкостью одного фазового состояния с жидкостью ожидаемой окружающей среды и устанавливают сетчатую защитно-ограничительную перегородку 50, закрепляют с помощью разрезного пружинного кольца 51 (аналогичная перегородка 52 изготовлена непосредственно в полости 4). Затем на торцах полостей 4 и 5 устанавливают идентичные блоки адаптации 12 и 13 и герметично закрепляют их с помощью гаек 53 и 54 с отверстиями в их центрах для выводов штуцеров 29. Дополнительно места всех соединений герметизируют герметиком.Then the housing 1A is assembled by rigidly connecting the mesh flow protection shell 15 to the housing 1. After that, using the guides 42, the front 8 and compensation 9 measuring units are installed in a special groove in the cavity 4 of the housing 1, the cavities of the resonators 16 are fixed and filled with the mentioned liquid, and 17 and capillaries 26-1 and 26-2. On the bracket 43, mounted in the cavity 3, plugs 44 and 45 are installed (for example, МРН14-1 type) and with the help of sockets 46 and 47 of the same type, boards 6-1 and 6-2 are installed on which all elements and nodes of the electronic unit 7. The free faces of the boards 6-1 and 6-2 are fixed on the brackets 48 and 49. The cavity 3 is sealed by tightly and hermetically installing the instrument plug 11 of the 2RMGD24B10Sh5E2 type 11 and tightly closed. The compensating sealed chamber is filled with liquid of one phase state with the liquid of the expected environment and a mesh protective-restrictive partition 50 is installed, fixed with a split spring ring 51 (a similar partition 52 is made directly in the cavity 4). Then, at the ends of the cavities 4 and 5, identical adaptation blocks 12 and 13 are installed and hermetically fixed with nuts 53 and 54 with holes in their centers for the outlets of the fittings 29. Additionally, the joints of all joints are sealed with a sealant.

Параллельно со сборкой ГФУ соединяют его блоки по электрическим цепям и настраивают. Проверяют работоспособность всех блоков, элементов и ГФУ в целом.In parallel with the assembly of HFCs, its blocks are connected via electrical circuits and tuned. Check the performance of all blocks, elements and HFCs in general.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1, 6, 8). На поверхности раздела двух фаз (две несмешиваемые жидкости) в результате различного межмолекулярного взаимодействия в соприкасающихся фазах обнаруживается направленная внутрь более плотной фазы равнодействующая сил, приложенных к площади слоя раздела. А на поверхности раздела между этими жидкостями и твердым телом свойства поверхностного натяжения вызывают особые явления, которые проявляются в образовании капиллярных волн при возмущениях внешней среды. В этом случае существование устойчивости и равновесия зависит от величины натяжений на поверхностях раздела и от степени смачивания. При этом внутри жидкости более плотной фазы, заключенной в капиллярах, формируются жидкостные линзы.The device operates as follows (see Fig. 1, 6, 8). On the interface of two phases (two immiscible liquids) as a result of different intermolecular interactions in the adjacent phases, the resultant forces applied to the area of the interface layer directed inside the denser phase are found. And on the interface between these liquids and a solid, the properties of surface tension cause special phenomena, which are manifested in the formation of capillary waves during disturbances in the external environment. In this case, the existence of stability and equilibrium depends on the magnitude of the tension on the interface and on the degree of wetting. In this case, liquid lenses are formed inside a liquid of a denser phase enclosed in capillaries.

При изменении импульса переноса во внешней среде над квазинеподвижной поверхностью раздела создается вертикальный градиент импульса. Вследствие этого движение во внешней среде у поверхности раздела станет неустойчивым и распадется на отдельные вихри, которые создают пульсационный ход давления над поверхностью раздела, что приводит к образованию в более плотной фазе жидкости первичных капиллярных волн и изменению энергонасыщенности коротких волн в жидкостных линзах. Это, в свою очередь, приводит к образованию в резонаторе 16 волн, которые через мембрану 20 воздействуют на измерительную часть чувствительного элемента 18, что приводит к изменению выходного сигнала мостовой схемы включения чувствительного элемента 18. Под действием пульсационного хода давления над поверхностью раздела в 1 Па измерительная часть чувствительного элемента 18 испытывает относительную деформацию ε=5·10^-6. Это приводит к относительным изменениям сопротивления и выходного сигнала порядка 5·10^-4, что соответствует выходному сигналу равному 500 мкВ/Па и не зависящему от выходного сопротивления. В то же время воздействие структурных шумов, обусловленных воздействием на жидкую среду вибраций, появляющихся вследствие движения боевого пловца-носителя и работой его органов движения (ног в ластах, туловища и т.п.), приводит к изменению измеряемых гидрологических характеристик, в том числе и импульса переноса, гидрофизического поля как в жидкой среде у поверхности раздела, так и в жидкости, заключенной в компенсационной камере в полости 3. Это приводит к созданию градиента импульса над квазинеподвижной поверхностью в компенсационной жидкостной камере и увеличивает величину градиента импульса во внешней среде у поверхности раздела и величину сигнала на выходе интегратора А1. Вследствие возникшего в компенсационной жидкостной камере градиента импульса движение у поверхности раздела станет неустойчивым и так же, как в случае неустойчивости у поверхности раздела фронтального измерительного блока 8, приведет к изменению выходного сигнала схемы включения чувствительного элемента 19 компенсационного измерительного блока 9. В результате этого на выходе интегратора А2 возникнет сигнал, величина которого определяется только лишь уровнем структурных шумов. Вследствие идентичности фронтального 8 и компенсационного 9 измерительных блоков выходные сигналы интеграторов А1 и А2, обусловленные структурными шумами, будут равны. Для выделения из смеси сигнал + шум составляющей структурных шумов сигналы с выходов интеграторов А1 и А2 подают на входы выходного дифференциального усилителя A3, где производят компенсацию помех, обусловленных структурными шумами. Выход выходного дифференциального усилителя A3 служит основным выходом устройства.When the transfer momentum in the external medium changes over a quasi-stationary interface, a vertical pulse gradient is created. As a result, the motion in the external environment at the interface becomes unstable and breaks up into separate vortices, which create a pulsating pressure flow over the interface, which leads to the formation of primary capillary waves in the denser liquid phase and a change in the energy saturation of short waves in liquid lenses. This, in turn, leads to the formation of 16 waves in the resonator, which, through the membrane 20, act on the measuring part of the sensor 18, which leads to a change in the output signal of the bridge circuit for switching on the sensor 18. Under the action of the pressure pulsation over the interface 1 Pa the measuring part of the sensing element 18 experiences a relative deformation ε = 5 · 10 ^-6 . This leads to relative changes in the resistance and output signal of the order of 5 · 10 ^-4 , which corresponds to an output signal of 500 μV / Pa and independent of the output resistance. At the same time, the effect of structural noise due to the effect of vibrations on the liquid medium resulting from the movement of the carrier swimmer and the work of his movement organs (legs in flippers, torso, etc.) leads to a change in the measured hydrological characteristics, including and the transfer momentum, hydrophysical field both in the liquid medium at the interface and in the liquid enclosed in the compensation chamber in the cavity 3. This leads to the creation of a pulse gradient over the quasi-stationary surface in the compensation dkostnoy chamber and increases the magnitude of the gradient pulse in the external environment at the interface and signal strength at the output of the integrator A1. Due to the pulse gradient arising in the compensation liquid chamber, the motion at the interface will become unstable and, as in the case of instability at the interface of the front measuring unit 8, will lead to a change in the output signal of the switching circuit of the sensing element 19 of the compensation measuring unit 9. As a result, the output integrator A2 a signal will arise, the value of which is determined only by the level of structural noise. Due to the identity of the front 8 and compensation 9 measuring units, the output signals of the integrators A1 and A2, due to structural noise, will be equal. To isolate the component of structural noise from the signal + noise mixture, the signals from the outputs of the integrators A1 and A2 are fed to the inputs of the output differential amplifier A3, where they compensate for interference caused by structural noise. The output of the output differential amplifier A3 serves as the main output of the device.

При изменении рабочих глубин в окружающей ГФУ среде происходит перераспределение гидрологических условий, обусловленное характером распределения различных параметров среды. Это приводит к снижению точности измерений малых изменений импульса переноса и ухудшению чувствительности ГФУ. Повышение точности измерений упомянутых величин без ухудшения чувствительности в период адаптации к внешним гидрологическим условиям достигается следующим образом.When the working depths in the surrounding HFC environment change, the redistribution of hydrological conditions occurs due to the nature of the distribution of various environmental parameters. This leads to a decrease in the accuracy of measurements of small changes in the transfer momentum and to a deterioration in the sensitivity of HFCs. Improving the accuracy of measurements of the mentioned values without deterioration of sensitivity during adaptation to external hydrological conditions is achieved as follows.

При равенстве давлений в полости 4, например, P₁ (в полости 5 процесс адаптации протекает аналогично) и внешней среды P₂, то есть при P₁=P₂ устройство адаптации 12 находится в ненагруженном состоянии (в нулевом положении). При P₁<P₂ (рабочая глубина увеличивается) давление P₂ через штуцер 29 передается в полость сильфона 27, вызывая его перемещение. Это перемещение передается поршню 30, который вызывает растяжение (удлинение по образующей) манжеты 32, одновременно ограничивая ее сужение по диаметру. Так как полость 4 герметизирована, то давление P₁ будет расти и достигнет значения P₂, т.е. P₁=P₂. В этом случае перемещения сильфона 27 и поршня 30, а также растяжение манжеты 32 прекратятся. При понижении давления P₂ (рабочая глубина уменьшается), то есть при P₁>P₂, под влиянием давления P₁ манжета 32 стремится восстановить свое первоначальное положение, вызывая тем самым перемещение в исходное (нулевое) положение поршня 30 и сильфона 27, до тех пор пока давления в полости 4 и во внешней среде не уравновесятся, то есть P₁=P₂. Поскольку манжета 32 выполнена из высокоэластичного материала, в ней явления остаточной деформации практически не наблюдается. Для ограничения перемещения блока адаптации 12 при недопустимых (аварийных) перегрузках, что может вызвать разрыв элементов блока адаптации 12 и разгерметизацию полости 4, служит сетчатая защитно-ограничительная перегородка 52.If the pressures in the cavity 4 are equal, for example, P ₁ (in the cavity 5, the adaptation process proceeds similarly) and the external environment P ₂ , that is, when P ₁ = P ₂ , the adaptation device 12 is in an unloaded state (in the zero position). When P ₁ <P ₂ (the working depth increases), the pressure P ₂ through the nozzle 29 is transmitted to the cavity of the bellows 27, causing it to move. This movement is transmitted to the piston 30, which causes stretching (elongation along the generatrix) of the cuff 32, while limiting its narrowing in diameter. Since the cavity 4 is sealed, the pressure P ₁ will increase and reach the value of P ₂ , i.e. P ₁ = P ₂ . In this case, the movement of the bellows 27 and the piston 30, as well as the extension of the cuff 32 will stop. When the pressure P ₂ decreases (the working depth decreases), that is, when P ₁ > P ₂ , under the influence of pressure P _{1, the} cuff 32 tends to restore its original position, thereby causing the piston 30 and bellows 27 to move to their original (zero) position, to as long as the pressure in the cavity 4 and in the external environment is not balanced, that is, P ₁ = P ₂ . Since the cuff 32 is made of highly elastic material, the phenomenon of permanent deformation is practically not observed in it. To limit the movement of the adaptation block 12 during unacceptable (emergency) overloads, which can cause a rupture of the elements of the adaptation block 12 and depressurization of the cavity 4, a mesh protective-restrictive partition 52 is used.

При движении боевого пловца в резонаторе 16 создается дополнительное давление P_дин, соответствующее динамическому напору, который через мембрану 20, воздействуя на измерительную часть чувствительного элемента 18, вызывает дополнительные изменения его сопротивления и выходного сигнала мостовой схемы включения чувствительного элемента 18, пропорциональные величине P_дин. Составляющую сигнала на выходе упомянутой мостовой схемы, соответствующую величине P_дин выделяют с помощью дифференциального усилителя, построенного на микросхеме А4, входы которой подключены к выходам мостовой схемы. Действие статического давления P_стат, обусловленное рабочей глубиной вызывает плоскопараллельное перемещение воспринимающего элемента 34, которое вызывает изменения сопротивления чувствительных элементов 35-1 и 35-2 и выходного сигнала мостовой схемы их включения. Конструкция бокового измерительного блока 14 приводит к тому, что при рабочем перемещении воспринимающего элемента 34 сопротивления чувствительных элементов 35-1 и 35-2 имеют равные по величине, но противоположные по знаку приращения. Это приводит к удвоению сигнала бокового измерительного блока 14. Наличие предварительного прогиба чувствительных элементов 35-1 и 35-2 позволило использовать эффект "разложения силы на канате", что привело к дополнительному повышению коэффициента умножения усилия, развиваемого воспринимающим элементом 34, который определяется соотношением площадей воспринимающего элемента 34 и поперечного сечения чувствительных элементов 35-1 и 35-2. Упомянутый выходной сигнал мостовой схемы включения подают на входы дифференциального усилителя А5. Сигналы с выходов дифференциального усилителя А4, содержащий информацию о P_дин, и дифференциального усилителя А5, содержащий информацию о P_стат, подают на входы дифференциального каскада, построенный на микросхеме А6, где осуществляют процесс вычитания P_стат из P_дин, и таким образом на выходе микросхемы А6, являющемся вторым выходом устройства, вырабатываются разностные сигналы ΔP=P_дин-P_стат, пропорциональные квадрату скорости движения боевого пловца-носителя относительно окружающей средыWhen the combat swimmer moves in the resonator 16, an additional pressure P _din is created corresponding to the dynamic pressure, which, through the membrane 20, acting on the measuring part of the sensor 18, causes additional changes in its resistance and the output signal of the bridge circuit of the sensor 18, proportional to the value of P _din . The component of the signal at the output of the aforementioned bridge circuit corresponding to the value of P _{din is} isolated using a differential amplifier built on an A4 microcircuit, the inputs of which are connected to the outputs of the bridge circuit. The action of static pressure P _stat , due to the working depth, causes plane-parallel movement of the sensing element 34, which causes changes in the resistance of the sensitive elements 35-1 and 35-2 and the output signal of the bridge circuit for their inclusion. The design of the lateral measuring unit 14 leads to the fact that during the working movement of the sensing element 34, the resistances of the sensitive elements 35-1 and 35-2 have equal in magnitude but opposite in sign increments. This leads to a doubling of the signal of the lateral measuring unit 14. The presence of preliminary deflection of the sensitive elements 35-1 and 35-2 made it possible to use the “force decomposition on the rope" effect, which led to an additional increase in the force multiplication factor developed by the receiving element 34, which is determined by the ratio of the areas the sensing element 34 and the cross section of the sensing elements 35-1 and 35-2. The mentioned output signal of the bridge switching circuit is supplied to the inputs of the differential amplifier A5. The signals from the outputs of the differential amplifier A4, containing information about P _din , and the differential amplifier A5, containing information about P _stat , are fed to the inputs of the differential stage, built on chip A6, where the process of subtracting P _stat from P _{din is} carried out, and thus the output microcircuit A6, which is the second output of the device, produces differential signals ΔP = P _din -P _stat proportional to the square of the speed of movement of the fighting swimmer carrier relative to the environment

ΔP=AV²,ΔP = AV ² ,

где A=¹/₂ρcS - постоянная величина, характеризующая гидродинамические свойства внешней среды, боевого пловца и ГФУ;where A = ^_1/2 ρcS - constant characterizing the hydrodynamic properties of the environment of combat swimmers and HFC;

ρ - плотность жидкости во внешней среде;ρ is the fluid density in the environment;

c - коэффициент лобового сопротивления;c is the drag coefficient;

S - суммарная площадь открытых торцов капилляров 26-2.S is the total area of the open ends of the capillaries 26-2.

Сигналы с выходов микросхем A3 и А6 подают, например, на блок регистрации, индикации и управления для дальнейшей обработки и использования.The signals from the outputs of the microcircuits A3 and A6 are fed, for example, to the registration, display and control unit for further processing and use.

Таким образом, предлагаемое гидрофизическое устройство обеспечивает повышение точности "водного счисления" пути боевым пловцом-носителем путем обеспечения возможности измерения его собственной скорости движения относительно окружающей среды в режиме полного молчания.Thus, the proposed hydrophysical device provides an increase in the accuracy of the "water reckoning" of the path by the carrier swimmer by providing the ability to measure its own speed relative to the environment in complete silence mode.

Заявляемое гидрофизическое устройство технологично в изготовлении, в нем использованы элементы и узлы, серийно выпускаемые промышленностью. Изготовление составных элементов, например, чувствительных элементов, резонаторов, плат электронного блока и др. не представляет технических трудностей. The inventive hydrophysical device is technologically advanced in manufacture, it uses elements and assemblies commercially available from industry. The manufacture of constituent elements, for example, sensitive elements, resonators, electronic circuit boards, etc. does not present technical difficulties.

Claims

A hydrophysical device comprising a sealed housing with a lid and with three cavities, in which there are electronic, frontal and compensation measuring units with sensitive elements made on the basis of a semiconductor silicon single crystal, a compensation liquid chamber and adaptation blocks hermetically mounted at the ends of the measurement and compensation cavities, separated by protective-restrictive partitions, the resonators of the measuring units are filled with a viscous inert liquid and placed diametrically opposite on the inner surface of the measuring cavity, and the sensitive elements are connected to the bottoms of the respective resonators made in the form of membranes perpendicular to the planes of the membranes, while the cavity of the resonator of the front measuring unit is connected to the external liquid medium, and the compensation cavity to the phase state liquid enclosed in its liquid chamber with an external liquid medium, through capillaries made in the planes of the normal planes of the membranes, characterized in that, with the goal to increase the accuracy of measuring the path by measuring the carrier’s own swimmer's own speed of movement relative to the environment in complete silence mode, in it on the body is diametrically opposite to the plane of the open ends of the capillaries of the resonator of the front measuring unit perpendicular to this plane along the outer generatrix of the body is a lateral static pressure measuring unit the external environment, made in the form of a plate, closed with a mesh flow protection shell, which together with som is an elongated symmetric profile of finite span with a constant ratio of thickness to length and with a constant coefficient of drag, in the center of the plane of symmetry of which a hole is made in which the receiving element is mounted with a gap, made in the form of a flat rigid membrane and fixed in the hole by elastic sensors, mounted mutually perpendicularly from opposite sides of the membrane parallel to its plane with prestressing, the receiving element t with sensitive elements is closed on one side by a hermetic cap, while the inputs of an additional amplifier are connected to the outputs of the switching circuit of the sensitive element of the front measuring unit, the input of which is the output differential cascade, and the output of the buffer channel is connected to the second input of the output differential cascade, its input is connected to the output of the lateral measuring unit, and the output of the output differential stage is the second output of the device.