RU2075040C1 - Device determining profile of disturbance - Google Patents
Device determining profile of disturbance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2075040C1 RU2075040C1 SU5028156A RU2075040C1 RU 2075040 C1 RU2075040 C1 RU 2075040C1 SU 5028156 A SU5028156 A SU 5028156A RU 2075040 C1 RU2075040 C1 RU 2075040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- output
- measurement
- accelerometer
- multiplier
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности для измерения параметров ветровой волны и может быть использовано, например, при метеорологических и океанографических исследованиях. The invention relates to the field of measurement technology, in particular for measuring wind wave parameters and can be used, for example, in meteorological and oceanographic studies.
Существуют различные способы определения профиля волнения. Один из них основан на регистрации изменяющейся напряженности магнитного поля, возникающего в слое, охваченном волнением (авт.св. N 1091021). Недостатком такого способа является погрешность измерений при наличии возмущающих электромагнитных полей. Известен способ определения профиля морского волнения, заключающийся в облучении поверхности импульсом света, с авианосителя, приеме отраженного излучения и определения параметров волнения по характеристикам сигнала обратного рассеяния (авт.св. N 1242714). К недостаткам способа относится влияние погодных условий на возможность проведения измерений, а также высокая стоимость проведения работ, связанная с использованием авианосителя. Известен также способ определения профиля волнения, основанный на механической регистрации пишущих элементов положений поплавка на волне (авт. св. N 527592). Недостатком способа является погрешность определения профиля, связанная с наличием кинематических связей поплавка с самописцем, наличие носителя записи, а также сложность в эксплуатации. There are various ways to determine the wave profile. One of them is based on the registration of the changing magnetic field strength that occurs in the layer covered by the waves (ed. St. N 1091021). The disadvantage of this method is the measurement error in the presence of disturbing electromagnetic fields. There is a method of determining the profile of sea waves, which consists in irradiating the surface with a light pulse from an aircraft carrier, receiving reflected radiation and determining wave parameters from the characteristics of the backscattering signal (ed. St. N 1242714). The disadvantages of the method include the influence of weather conditions on the ability to take measurements, as well as the high cost of the work associated with the use of an aircraft carrier. There is also a method of determining the profile of the waves, based on the mechanical registration of the writing elements of the positions of the float on the wave (ed. St. N 527592). The disadvantage of this method is the error in determining the profile associated with the presence of kinematic relationships of the float with the recorder, the presence of a recording medium, as well as the difficulty in operation.
В качестве прототипа выбран способ определения профиля волнения, реализованный в инерциальном волнографе, выполненном по заявке на изобретение N 4497433 от 24.10.88 с решением о выдаче авторского свидетельства от 30.01.90. As a prototype, the method of determining the profile of the waves, implemented in an inertial waveograph, made on the application for the invention N 4497433 from 10.24.88 with a decision on the issuance of copyright certificate from 30.01.90, was chosen.
Способ определения профиля волнения основан на измерении вертикальной координаты профиля с помощью акселерометрических датчиков волнения, установленных на свободно плавающем буе. При определении вертикальной координаты профиля осуществляют коррекцию информативного сигнала, пропорционального вертикальным ускорениям буя. Коррекция включает выделение и компенсацию из информативных сигналов акселерометрических датчиков сигналов по углу наклона акселерометра относительно вертикали и составляющей от ускорения свободного падения. Скорректированный выходной сигнал, соответствующий вертикальной координате профиля, регистрируется в реальном масштабе времени. The method for determining the wave profile is based on measuring the vertical coordinate of the profile using accelerometric wave sensors mounted on a freely floating buoy. When determining the vertical coordinate of the profile, an informative signal is proportional to the vertical accelerations of the buoy. Correction includes the selection and compensation from informative signals of accelerometer sensors of signals by the angle of the accelerometer relative to the vertical and the component from the acceleration of gravity. The corrected output signal corresponding to the vertical coordinate of the profile is recorded in real time.
Недостатком прототипа является погрешность определения профиля волнения, связанная с неравномерной скоростью движения буя под действием волнения. The disadvantage of the prototype is the error in determining the profile of the waves associated with the uneven speed of the buoy under the influence of the waves.
Известны различные устройства для определения профиля волнения. Одним из них является механический регистратор волновых колебаний уровня водной поверхности (авт.свид. N 777428). Принцип действия основан на регистрации пишущим элементом перемещений поплавка под действием волны. Various devices are known for determining the wave profile. One of them is a mechanical recorder of wave fluctuations in the level of the water surface (auth. Certificate. N 777428). The principle of operation is based on the recording by the writing element of the movements of the float under the action of a wave.
Наличие в устройстве записывающей его части и носителя записи ограничивает время непрерывной регистрации профиля, а также снижает надежность работы устройства. Известно также устройство, принцип действия которого основан на регистрации изменений электрических параметров стержневого электрода, возникающих при изменении уровня водной поверхности (авт.св. N 820365). Недостатком устройства является погрешность измерения, связанная с коррозией электрода, имеющего контакт с морской средой. The presence in the device of the recording part and the recording medium limits the time of continuous profile registration, and also reduces the reliability of the device. A device is also known whose principle of operation is based on recording changes in the electrical parameters of the rod electrode that occur when the level of the water surface changes (ed. St. N 820365). The disadvantage of this device is the measurement error associated with the corrosion of the electrode in contact with the marine environment.
В качестве прототипа выбран инерциальный волнограф, выполненный по заявке на изобретение N 4497433 от 24.10.88 с решением о выдаче авторского свидетельство от 30.01.90, как наиболее близкий по конструктивному решению и по используемой схеме обработки. Волнограф содержит свободно плавающий буй с флюгером и затопленным грузом. На волнографе расположены три акселерометра. Два акселерометра ориентированы перпендикулярно невозмущенной водной поверхности и равноудалены от центра масс буя в плоскости флюгера. Третий акселерометр закреплен в центре масс буя и ориентирован перпендикулярно первым двум. Схема обработки информативных сигналов организована следующим образом. Выходы вертикально ориентированных акселерометров связаны со входами сумматора и первого разностного усилителя, выход которого через первый двойной интегратор и первый функциональный преобразователь связан с первым входом первого делителя, а со вторым его входом связан выход сумматора. Выход первого делителя, а также выход первого источника опорного напряжения соединены через второй разностный усилитель, второй делитель и второй интегратор с регистратором профиля волнения. Выход первого двойного интегратора через второй функциональный преобразователь соединен с первым, а первый функциональный преобразователь со вторым входом четвертого делителя, выход которого соединен со входом умножителя непосредственно и через квадратор со входом второго сумматора, второй вход которого соединен со вторым источником опорного напряжения, а выход со входом второго делителя, связывающего выход второго разностного усилителя и вход второго двойного интегратора, выход третьего акселерометра соединен с третьим входом второго разностного усилителя через последовательно соединенные третий разностный усилитель, третий делитель и умножитель, выход второго функционального преобразователя соединен со вторым входом третьего разностного усилителя через масштабный усилитель, а выход первого функционального преобразователя соединен со вторым входом третьего делителя. An inertial wave recorder was selected as a prototype. It was made according to the application for invention N 4497433 dated 10.24.88 with a decision to issue an author's certificate dated 01.30.90, as the closest in design solution and in the processing scheme used. The waveograph contains a free-floating buoy with a weather vane and a flooded load. Three accelerometers are located on the waveograph. Two accelerometers are oriented perpendicular to the unperturbed water surface and are equidistant from the center of mass of the buoy in the plane of the wind vane. The third accelerometer is fixed in the center of mass of the buoy and is oriented perpendicular to the first two. The processing circuit of informative signals is organized as follows. The outputs of vertically oriented accelerometers are connected to the inputs of the adder and the first differential amplifier, the output of which is connected to the first input of the first divider through the first double integrator and the first functional converter, and the output of the adder is connected to its second input. The output of the first divider, as well as the output of the first reference voltage source, are connected through a second difference amplifier, a second divider, and a second integrator with a wave profile recorder. The output of the first double integrator through the second functional converter is connected to the first, and the first functional converter to the second input of the fourth divider, the output of which is connected to the input of the multiplier directly and through the quadrator with the input of the second adder, the second input of which is connected to the second voltage reference source, and the output with the input of the second divider connecting the output of the second difference amplifier and the input of the second double integrator, the output of the third accelerometer is connected to the third input of the WTO of the differential amplifier through a third differential amplifier, a third divider and a multiplier connected in series, the output of the second functional converter is connected to the second input of the third differential amplifier through a scale amplifier, and the output of the first functional converter is connected to the second input of the third divider.
Недостатком прототипа является погрешность определения профиля волнения, связанная с неравномерной скоростью движения волнографа. The disadvantage of the prototype is the error in determining the profile of the waves associated with the uneven speed of the waveograph.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения. The present invention is to improve the accuracy of measurement.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения профиля волнения, включающем измерение вертикальной координаты профиля относительно движущегося носителя через определенные интервалы времени с последующей коррекцией координат профиля, дополнительно измеряют горизонтальную координату профиля волнения на каждом заданном интервале времени, для чего измеряют среднюю скорость движения носителя в эти интервалы и по горизонтальным и вертикальным координатам судят о профиле волнения. The problem is achieved in that in the known method for determining the profile of the waves, including measuring the vertical coordinate of the profile relative to the moving carrier at certain intervals of time with subsequent correction of the coordinates of the profile, additionally measure the horizontal coordinate of the profile of the waves at each given time interval, for which measure the average speed of the carrier at these intervals and by horizontal and vertical coordinates judge the profile of the waves.
В устройстве для определения профиля волнения, включающем свободно плавающий буй с флюгером и затопленным грузом, первый акселерометр, ориентированный параллельно невозмущенной водной поверхности, второй акселерометр, ориентированный перпендикулярно первому, и регистратор, схема обработки информативных сигналов содержит последовательно соединенные интегратор, устройство осреднения и умножитель, источник опорного напряжения, таймер, устройство задержки, двойной интегратор, при этом выход первого акселерометра подсоединен к интегратору, второй вход умножителя соединен с источником опорного напряжения, выход таймера через устройство задержки соединен со входом сброса устройства осреднения, выход умножителя и таймера непосредственно и выход второго акселерометра через двойной интегратор соединены с регистратором профиля волнения. In the device for determining the profile of the waves, including a free-floating buoy with a weather vane and flooded cargo, the first accelerometer oriented parallel to the undisturbed water surface, the second accelerometer oriented perpendicular to the first, and the recorder, the informative signal processing circuit includes an integrator, an averaging device, and a multiplier connected in series, reference voltage source, timer, delay device, double integrator, while the output of the first accelerometer is connected to the integr torus, the second input of the multiplier is connected to the reference voltage, the output timer via the delay device is coupled to the input of the averaging device reset, and the timer output multiplier directly and the accelerometer second output through a double integrator coupled to the registrar profile agitation.
Таким образом, повышение точности измерения профиля волнения с движущегося носителя достигается за счет дополнительного измерения горизонтальной координаты профиля. Для вычисления горизонтальной координаты проводится измерение средней скорости носителя на измеряемом интервале времени, что определяет приращение горизонтальной координаты. Таким образом уменьшается погрешность определения профиля, вызванная наличием скорости движения носителя. Thus, improving the accuracy of measuring the profile of the waves from a moving carrier is achieved by additional measurement of the horizontal coordinate of the profile. To calculate the horizontal coordinate, the average carrier velocity is measured over the measured time interval, which determines the horizontal coordinate increment. Thus, the error in determining the profile caused by the presence of the velocity of the carrier.
На чертеже изображена структурная схема обработки информативных сигналов, где 1 горизонтально ориентированный акселерометр, 2 вертикально ориентированный акселерометр, 3 таймер, 4 устройство задержки, 5 - интегратор, 6 двойной интегратор, 7 источник опорного напряжения, 8 - устройство осреднения, 9 умножитель, 10 регистратор. The drawing shows a structural diagram of the processing of informative signals, where 1 horizontally oriented accelerometer, 2 vertically oriented accelerometer, 3 timer, 4 delay device, 5 - integrator, 6 double integrator, 7 voltage reference source, 8 - averaging device, 9 multiplier, 10 recorder .
Горизонтально ориентированный акселерометр 1 через последовательно соединенные интегратор 5 и устройство осреднения 8 соединен с первым входом умножителя 9. Второй вход умножителя 9 соединен с источником опорного напряжения 7. Выход таймера 3 через устройство задержки 4 соединен со вторым входом устройства осреднения 8. Выход вертикально ориентированного акселерометра 2 через двойной интегратор 6, выход таймера 3 и умножителя 9 соединены с регистратором профиля волнения 10. A horizontally oriented accelerometer 1 is connected through a series-connected integrator 5 and an averaging device 8 to the first input of the multiplier 9. The second input of the multiplier 9 is connected to the reference voltage source 7. The output of the timer 3 through the delay device 4 is connected to the second input of the averaging device 8. The output of the vertically oriented accelerometer 2 through a double integrator 6, the output of the timer 3 and the multiplier 9 are connected to the wave profile recorder 10.
Конструкция устройства для определения профиля волнения может быть выполнена в виде свободно плавающего на водной поверхности поплавка, на котором закреплены заглубленный груз, обеспечивающий устойчивость конструкции, и флюгер, ориентирующий устройство по направлению распространения волны. В поплавке установлены жестко связанные между собой два акселерометра, ориентированные взаимно перпендикулярно. The design of the device for determining the profile of the waves can be made in the form of a float freely floating on the water surface, on which a buried load is fixed, which ensures the stability of the structure, and a weather vane, orienting the device in the direction of wave propagation. Two accelerometers rigidly interconnected, oriented mutually perpendicularly, are installed in the float.
Измерение профиля волнения проводится следующим образом. При ветровом волнении измерительная система совершает колебания. Вертикально и горизонтально ориентированные относительно невозмущенной водной поверхности акселерометры 2, 1 выдают сигналы, пропорциональные соответственно ускорениям поплавка в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Интегратор 5 формирует сигнал, пропорциональный скорости движения устройства в горизонтальной плоскости. Этот сигнал за определенный интервал времени между моментами измерения, задаваемыми таймером 3, осредняется в устройстве 8. Осредненный сигнал, пропорциональный горизонтальной скорости движения, подается на умножитель 9, на второй вход которого подается сигнал с источника опорного напряжения 7, пропорциональный временному интервалу измерения. Таким образом выходной сигнал умножителя 9 определяет приращение горизонтальной координаты профиля волнения. Для получения информации о вертикальной координате профиля волнения сигнал с вертикально ориентированного акселерометра 2 дважды интегрируются в устройстве 6. По сигналу с таймера 3 об окончании временного интервала измерения информация о координатах профиля волнения записывается регистратором 10. Этот же сигнал с таймера 3 подается на устpойство временной задержки 4 и далее на вход сброса устройства осреднения 8, обнуляя его. Время задержки определяется временем записи регистратором 10 информации о координатах профиля с умножителя 9 и двойного интегратора 6. The measurement of the wave profile is carried out as follows. In case of wind waves, the measuring system oscillates. Accelerometers 2, 1, vertically and horizontally oriented relative to the unperturbed water surface, give signals proportional to the accelerations of the float in the vertical and horizontal planes, respectively. The integrator 5 generates a signal proportional to the speed of the device in the horizontal plane. This signal for a certain time interval between the measurement times specified by timer 3 is averaged in device 8. An averaged signal proportional to the horizontal speed of movement is fed to a multiplier 9, to the second input of which a signal from the reference voltage source 7 is proportional to the measurement time interval. Thus, the output signal of the multiplier 9 determines the increment of the horizontal coordinate of the wave profile. To obtain information about the vertical coordinate of the wave profile, the signal from the vertically oriented accelerometer 2 is integrated twice in the device 6. According to the signal from timer 3 about the end of the measurement time interval, the information about the coordinates of the wave profile is recorded by recorder 10. The same signal from timer 3 is sent to the time delay device 4 and on to the reset input of the averaging device 8, resetting it to zero. The delay time is determined by the time the recorder 10 records information about the coordinates of the profile from the multiplier 9 and the double integrator 6.
После обнуления устройства осреднения 8 происходит определение координат профиля волнения в следующий временной интервал измерения. After zeroing the averaging device 8, the coordinates of the wave profile are determined in the next measurement time interval.
В качестве акселерометров могут быть использованы датчики типа ДЛУММ. Источник опорного напряжения, устройство осреднения могут быть выполнены на базе операционных усилителей серии 140 (Лихачев В.Д. Практические схемы на операционных усилителях. М. Изд-во ДОСААФ СССР, 1981, с. 80), умножитель на базе микросхем серии 525 (Алексенко А.Г. Коломбет Е.А. Стародуб Т.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. М. Радио и связь, 1981, с. 224), таймер, устройство задержки на базе микросхем серии 564 (Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. М. Радио и связь, 1988, с. 176). Интеграторы могут быть выполнены, например, с частотно-зависимыми обратными связями, позволяющими проводить интегрирование в заданном диапазоне частот (Дубинский Ю.В. Ференец А. В. Инерциальный преобразователь вертикальной скорости. Система и элементы электрооборудования летательных аппаратов. Межвузовский сборник, Казань. 1986, с.89 92). В качестве регистратора может быть использован шлейфовый осциллограф, магнитный накопитель и т.д. As accelerometers, sensors of the DLUMM type can be used. The reference voltage source, averaging device can be performed on the basis of operational amplifiers of the 140 series (Likhachev VD Practical circuits on operational amplifiers. M. DOSAAF USSR Publishing House, 1981, p. 80), a multiplier based on 525 series microcircuits (Aleksenko A.G. Kolombet E.A. Starodub T.I.Application of precision analogue ICs (M. Radio and communication, 1981, p. 224), timer, delay device based on 564 series microcircuits (Goroshkov B.I. Elements of electronic devices M. Radio and Communications, 1988, p. 176). Integrators can be performed, for example, with frequency-dependent feedbacks that allow integration in a given frequency range (Dubinsky, Yu.V. Ferenets A.V. Inertial vertical speed transducer. Aircraft electrical system and components. Interuniversity collection, Kazan. 1986. , p. 89 92). A loop oscilloscope, a magnetic storage device, etc. can be used as a recorder.
Таким образом, данный способ определения профиля волнения на примере устройства, его реализующего, показывает, что в процессе определения профиля волнения происходит повышение точности измерения. Thus, this method of determining the profile of the waves on the example of a device that implements it, shows that in the process of determining the profile of waves there is an increase in the measurement accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028156 RU2075040C1 (en) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Device determining profile of disturbance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5028156 RU2075040C1 (en) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Device determining profile of disturbance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2075040C1 true RU2075040C1 (en) | 1997-03-10 |
Family
ID=21597301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5028156 RU2075040C1 (en) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | Device determining profile of disturbance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2075040C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013003081A1 (en) * | 2011-06-26 | 2013-01-03 | The Regents Of The University Of California | An inexpensive instrument for measuring wave exposure and water velocity |
-
1992
- 1992-02-20 RU SU5028156 patent/RU2075040C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1696865, кл. G 01 С 13/00, 1991. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013003081A1 (en) * | 2011-06-26 | 2013-01-03 | The Regents Of The University Of California | An inexpensive instrument for measuring wave exposure and water velocity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mitsuta | Sonic anemometer-thermometer for general use | |
| Talwani | 8. GRAVITY (Nov. 1968) MANIK TALWANI | |
| CN111060920B (en) | Method for eliminating Doppler error of frequency modulation continuous wave laser ranging system | |
| US3769838A (en) | Wave measuring apparatus | |
| US4222266A (en) | Body motion compensation filter with pitch and roll correction | |
| RU2075040C1 (en) | Device determining profile of disturbance | |
| RU2144686C1 (en) | Device and method to measure gravitation | |
| Evans et al. | YVETTE—a free-fall shear profiler | |
| Yasuda et al. | A shipborne-type wave-height meter for oceangoing vessels, using microwave Doppler radar | |
| US3140482A (en) | System providing error rate damping of an autonavigator | |
| US5091871A (en) | Method of determining the mean wind speed with respect to the ground during the flight of an aircraft | |
| US2634610A (en) | Acceleration-compensated system | |
| Heisler et al. | The phase speed of a travelling disturbance in the F region of the ionosphere and its comparison with group velocity | |
| Talwani | Developments in navigation and measurement of gravity at sea | |
| US3546943A (en) | Sea gravimeter | |
| Rowe et al. | High resolution current profiler | |
| Lawson et al. | A three-axis acoustic current meter for small scale turbulence | |
| RU2804444C1 (en) | Method for measuring the ship's magnetic heading using a correction system | |
| Gilboy et al. | An intercomparison of current measurements using a vector measuring current meter, an acoustic Doppler current profiler, and a recently developed acoustic current meter | |
| RU2057679C1 (en) | Statodynamic inclinometer | |
| Harrison et al. | The measurement of surface gravity | |
| RU2161296C1 (en) | Device of autonomous correction | |
| RU2763685C9 (en) | Method for measuring the magnetic course of a vessel at high latitudes | |
| SU966639A1 (en) | Method of determining dispersive media optical characteristics | |
| SU1613861A1 (en) | Wave recorder |