RU2072539C1

RU2072539C1 - Bottom form sensor

Info

Publication number: RU2072539C1
Application number: RU94033290A
Authority: RU
Inventors: И.С. Подымов; Р.Д. Косьян
Original assignee: Южное отделение Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: study of dynamics of bottom accumulative forms and processes of formation and motion of bed loads on shelf. SUBSTANCE: device has cylindrical housing where manometric unit made in form of flexible diaphragm and provided with pusher. force control unit and dynamometer made in form of strain-measuring bridge mounted on carriage are arranged. During motion of carriage, sensitivity of sensor is adjusted. Sensor is provided with compensator made in form of watertight diaphragm and second compartment brought in communication with surrounding medium. EFFECT: enhanced reliability. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам исследования физических аспектов движения твердых частиц в придонном слое жидкости, в частности, к средствам измерения скорости образования и перемещения донных аккумулятивных форм и может быть использовано при изучении динамики морских насосов на шельфе при инженерных изысканиях под строительство гидротехнических сооружений. The invention relates to means for studying the physical aspects of the movement of solid particles in the near-bottom liquid layer, in particular, to means for measuring the rate of formation and movement of bottom accumulative forms and can be used to study the dynamics of offshore pumps in engineering surveys for the construction of hydraulic structures.

Известны механические датчики (динамометры, измерители сопротивления деформации грунта), которые используют для исследования донных форм (патент Великобритании N 1007263, кл. G 01 V 9/00), в котором описан датчик, содержащий цилиндрическое тело с коническим отверстием, в котором размещен конический подвижный элемент, к торцу которого прикладывается измеряемое усилие. Known mechanical sensors (dynamometers, soil deformation resistance meters), which are used to study bottom forms (UK patent N 1007263, CL G 01 V 9/00), which describes a sensor containing a cylindrical body with a conical hole in which a conical a movable element, to the end of which a measured force is applied.

Однако подобные датчики не обладают необходимой чувствительностью. However, such sensors do not have the necessary sensitivity.

Известен зондирующий индуктивный датчик, содержащий цилиндрический корпус с подвижным основанием, на котором закреплен ферромагнитный элемент, а также возбуждающую и две приемных катушки (заявка ФРГ N 3621037, кл. G 01 V 9\ 00, 1986). Донные аккумулятивные формы воздействуют на подвижное основание датчика, что приводит к изменению ЭДС приемных катушек. A sounding inductive sensor is known, comprising a cylindrical body with a movable base, on which a ferromagnetic element is fixed, as well as an exciting and two receiving coils (German application N 3621037, class G 01 V 9 \ 00, 1986). Bottom accumulative forms act on the moving base of the sensor, which leads to a change in the emf of the receiving coils.

Недостатком этого датчика является узкий рабочий диапазон и низкая помехоустойчивость из-за влияния окружающих ферромагнитных масс. В то же время при изучении донных форм задача обеспечения требуемой чувствительности в широком диапазоне давлений является чрезвычайно важной, поскольку размеры наносных форм изменяются в широких пределах. The disadvantage of this sensor is the narrow operating range and low noise immunity due to the influence of the surrounding ferromagnetic masses. At the same time, when studying bottom forms, the task of ensuring the required sensitivity over a wide range of pressures is extremely important, since the dimensions of the surface forms vary widely.

Широкое распространение получили также зондовые датчики межслоевого давления, которые могут быть использованы для исследования донных форм. Эти датчики содержат штатив с зондом, выполненным с приемным каналом, в котором установлен фильтр, измерителем давления (как правило, это мембрана, соединенная со струнным датчиком перемещения) и индикатор ( заявки Франции NN 2312785 и 2477284, кл. G 01 V 9/00, 1976 и 1981 соответственно). Probe interlayer pressure sensors, which can be used to study bottom forms, are also widely used. These sensors contain a tripod with a probe made with a receiving channel in which the filter is installed, a pressure meter (usually a membrane connected to a string displacement sensor) and an indicator (French applications NN 2312785 and 2477284, class G 01 V 9/00 , 1976 and 1981, respectively).

Однако и эти датчики пригодны для измерения лишь в достаточно узком диапазоне давлений. Кроме того, их точность невысока из-за влияния колебаний уровня воды. However, these sensors are suitable for measurement only in a rather narrow range of pressures. In addition, their accuracy is low due to the influence of fluctuations in water level.

Наиболее близким к предложенному является датчик, содержащий корпус, в полости которого размещены кинематически соединенные манометрический узел и динамометр, а также компенсационный силовой элемент, воздействующий на манометр (заявка Франции N 2242693, кл. G 01 V 9/00, 1974). Closest to the proposed one is a sensor containing a housing in the cavity of which kinematically connected pressure gauge and dynamometer are located, as well as a compensating force element acting on the pressure gauge (French application N 2242693, class G 01 V 9/00, 1974).

Наличие компенсатора позволяет исключить одну из составляющих погрешности датчика, однако ему в полной мере присущи вышеперечисленные недостатки: невозможность отстроиться от влияния колебаний уровня воды, в том числе, вследствие волнового процесса, а главное, невозможность настроить датчик на диапазон усилий, соответствующих предполагаемому уровню наносов, затрудняют, а в ряде случаев и делают невозможным, его использование для исследования аккумулятивных форм. The presence of a compensator allows one of the components of the sensor error to be eliminated, however, the above-mentioned disadvantages are fully inherent in it: the inability to detach from the influence of water level fluctuations, including due to the wave process, and most importantly, the inability to adjust the sensor to a range of forces corresponding to the expected level of sediment complicate, and in some cases make it impossible, its use for the study of accumulative forms.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является расширение диапазона измеряемых датчиком давлений при одновременном повышении точности измерения. Thus, the technical result expected from the use of the invention is to expand the range of pressure measured by the sensor while increasing the accuracy of the measurement.

Указанный результат достигается тем, что известный датчик, содержащий корпус, в полости которого размещены кинематически соединенные манометрический узел и динамометр, а также компенсатор, снабжен узлом регулировки усилия, установленным между динамометром и манометрическим узлом, выполненным в виде упругой мембраны с толкателем, расположенной на одном из оснований корпуса, а компенсатор выполнен в виде эластичной водонепроницаемой мембраны, размещенной на втором основании корпуса. This result is achieved by the fact that the known sensor containing the housing, in the cavity of which the kinematically connected manometer assembly and the dynamometer are located, as well as the compensator, is equipped with a force adjustment unit installed between the dynamometer and the manometer assembly made in the form of an elastic membrane with a pusher located on one from the base of the housing, and the compensator is made in the form of an elastic waterproof membrane located on the second base of the housing.

При этом динамометр может быть выполнен в виде упругой диэлектрической пластины, на которой закреплены тензорезисторы, включенные в мостовую схему, а корпус выполнен с кронштейном, на котором установлена упругая диэлектрическая пластина. In this case, the dynamometer can be made in the form of an elastic dielectric plate on which strain gages are included, which are included in the bridge circuit, and the housing is made with a bracket on which an elastic dielectric plate is mounted.

Кроме того, узел регулировки усилия может быть выполнен в виде Т-образного штока, концы перекладины которого закреплены в каретке, при этом кронштейн корпуса выполнен с направляющей, в которой, с возможностью фиксируемого перемещения, размещена каретка, а упругая диэлектрическая пластина динамометра жестко соединена со свободной частью перекладины Т-образного штока. In addition, the force control unit can be made in the form of a T-shaped rod, the ends of the crossbar of which are fixed in the carriage, while the housing bracket is made with a guide in which, with the possibility of a fixed movement, the carriage is placed, and the elastic dielectric plate of the dynamometer is rigidly connected to the free part of the crossbar of the T-shaped rod.

Целесообразно также узел регулировки усилия выполнить в виде рычага, расположенного на оси, размещенной на конце Г-образного кронштейна, установленного в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения. It is also advisable to perform the force adjustment unit in the form of a lever located on an axis located at the end of the L-shaped bracket mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement.

Рекомендуется также выполнить корпус с резьбовыми торцевыми крышками, одна из которых, расположенная со стороны упругой мембраны, выполнена с входным отверстием, а другая, расположенная со стороны эластичной водонепроницаемой мембраны, выполнена с системой отверстий или каналов для сообщения с окружающей средой. It is also recommended to make a housing with threaded end caps, one of which is located on the side of the elastic membrane, made with an inlet, and the other, located on the side of the flexible waterproof membrane, is made with a system of holes or channels for communication with the environment.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты выполнения датчика в разрезе. Датчик (фиг. 1 и 2) содержит цилиндрический корпус 1 с прижимными резьбовыми крышками 2 и 3. В крышке 2 выполнено входное отверстие 4 (фиг. 1), а в крышке 3
система отверстий 5 или компенсационный канал 6 с фильтром 7 (фиг. 2). Крышка 2 фиксирует в корпусе 1 упругую мембрану 8, снабженную толкателем 9, которые образуют манометрический узел. Герметичная рабочая камера 10, образованная мембраной 8 и эластичной водонепроницаемой мембраной 11, может быть заполнена глицерином.In FIG. 1 and 2 depict embodiments of the sensor in the context. The sensor (Fig. 1 and 2) contains a cylindrical body 1 with clamping threaded covers 2 and 3. In the cover 2, the inlet 4 is made (Fig. 1), and in the cover 3
hole system 5 or compensation channel 6 with filter 7 (Fig. 2). The cover 2 fixes in the housing 1 an elastic membrane 8, equipped with a pusher 9, which form a manometric node. The sealed working chamber 10 formed by the membrane 8 and the elastic waterproof membrane 11 may be filled with glycerin.

Толкатель 9 (фиг. 1) взаимодействует с Т-образным штоком 12, концы упругой перекладины 13 которого закреплены в каретке 14, установленной в направляющей кронштейна 15 с возможностью перемещения в направлении, указанном стрелками. К перекладине 13 жестко крепится упругая диэлектрическая пластина 16, выполненная, например, из сапфира, с наклеенными тензорезисторами 17, которые проводниками 18, образующими кабель 19, соединены с измерительным блоком (не показан). Кабель 19 установлен во втулке 20. The pusher 9 (Fig. 1) interacts with a T-shaped rod 12, the ends of the elastic beam 13 of which are fixed in the carriage 14, mounted in the guide bracket 15 with the possibility of movement in the direction indicated by arrows. An elastic dielectric plate 16, made, for example, of sapphire, with glued strain gauges 17, which are connected to a measuring unit (not shown) by conductors 18, forming a cable 19, is rigidly attached to the crossbar 13. Cable 19 is installed in the sleeve 20.

Толкатель 9 (фиг. 2) контактирует с рычагом 21, выполненном с прорезью 22, в которой расположена ось 23, установленная на конце Г-образного кронштейна 24, выполненного с возможностью перемещения вдоль направляющей кронштейна 25. Второй конец рычага 21 упирается в пластину 16, установленную в опорах (каретке) 26 (в этом варианте возможно также выполнить с направляющей только кронштейн 15 или оба кронштейна 15 и 25). Крышка 3 и диафрагма 11 образуют компенсационный отсек 27 корпуса 1 (фиг. 1). The pusher 9 (Fig. 2) is in contact with the lever 21, made with a slot 22, in which the axis 23 is located, mounted on the end of the L-shaped bracket 24, made with the possibility of movement along the guide bracket 25. The second end of the lever 21 abuts against the plate 16, installed in the supports (carriage) 26 (in this embodiment, it is also possible to carry out only a bracket 15 or both brackets 15 and 25 with a guide). The cover 3 and the diaphragm 11 form the compensation compartment 27 of the housing 1 (Fig. 1).

Датчик используют следующим образом. The sensor is used as follows.

Один датчик или группу датчиков заглубляют в песчаный грунт морского дна на глубину 20-40 см на выбранном участке морского шельфа. Поверхность грунта над датчиком выравниванием, давление толщи наносов, регистрируемое в момент установки, принимается за исходное. One sensor or a group of sensors is buried in the sandy soil of the seabed to a depth of 20-40 cm in a selected area of the sea shelf. The surface of the soil above the sensor by leveling, the pressure of the sediment thickness recorded at the time of installation, is taken as the initial one.

Перемещение донных аккумулятивных форм (рифелей, гряд, дюн) через выбранную точку дна связано с периодическими изменениями массы наносов в этой точке. При прохождении гребня формы давление на мембрану 8 увеличивается, изменяя распределение напряжений в пластине 16 и вызывая разбаланс мостовой схемы, образованной тензорезисторами 17. При прохождении ложбины происходят те же явления, но меняется знак разбаланса. The movement of bottom accumulative forms (ribels, ridges, dunes) through a selected point of the bottom is associated with periodic changes in the mass of sediments at this point. When passing the crest of the mold, the pressure on the membrane 8 increases, changing the stress distribution in the plate 16 and causing an imbalance of the bridge circuit formed by the strain gauges 17. The same phenomena occur when passing the trough, but the sign of the imbalance changes.

Диапазон измерения регулируется путем перемещения каретки 14 или кронштейна 24. При этом медленные или периодические изменения уровня воды не отражаются на показаниях датчика, поскольку полностью компенсируются изменением давления в отсеке 27 корпуса 1. The measuring range is adjusted by moving the carriage 14 or the bracket 24. At the same time, slow or periodic changes in the water level are not reflected in the sensor readings, since they are completely compensated by the pressure change in the compartment 27 of the housing 1.

В результате датчик обеспечивает проведение высокоточных измерений в широком диапазоне давлений, что позволяет получить количественную информацию о движении различных донных аккумулятивных форм с последующим расчетом скорости их движения в любых гидродинамических условиях. Немаловажной особенностью датчика является и развязка манометрического узла (в частности, тензорезисторов 17) с мембраной 8, облегчающая параметрическую компенсацию температурой погрешности датчика при любом выполнении манометрического узла и динамометра. As a result, the sensor provides high-precision measurements in a wide pressure range, which allows to obtain quantitative information about the movement of various bottom accumulative forms with the subsequent calculation of their speed in any hydrodynamic conditions. An important feature of the sensor is the isolation of the gauge assembly (in particular, strain gauges 17) with a membrane 8, which facilitates the parametric compensation by the temperature of the sensor error during any execution of the gauge assembly and dynamometer.

Claims

1. The sensor of bottom forms, comprising a housing in the cavity of which kinematically connected manometric unit and dynamometer are located, as well as a compensator, characterized in that it is equipped with a force adjustment unit installed between the dynamometer and manometric unit made in the form of an elastic membrane with a pusher located on one of the bases of the housing, and the compensator is made in the form of an elastic waterproof membrane located on the second base of the housing.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the dynamometer is made in the form of an elastic dielectric plate, on which strain gages are included in the bridge circuit, and the housing is made with a bracket on which an elastic dielectric plate is mounted.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that the force control unit is made in the form of a T-shaped rod, the ends of the crossbeams of which are fixed in the carriage, while the housing bracket is made with a guide, in which, with the possibility of a fixed movement, the carriage is placed, and the elastic dielectric plate of the dynamometer is rigidly connected to the free part of the crossbar of the T-shaped rod.

4. The sensor according to claim 1, characterized in that the force adjustment unit is made in the form of a lever located on an axis located at the end of the L-shaped bracket mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement.

5. The sensor according to claim 1, characterized in that the housing is made with threaded end caps, one of which, located on the side of the elastic membrane, is made with an inlet, and the other, located on the side of the elastic waterproof membrane, is made with a system of holes or a channel for communication with the environment.