RU2621886C2 - Device for determining the wave pressures on the ship's hull - Google Patents

Device for determining the wave pressures on the ship's hull Download PDF

Info

Publication number
RU2621886C2
RU2621886C2 RU2015148419A RU2015148419A RU2621886C2 RU 2621886 C2 RU2621886 C2 RU 2621886C2 RU 2015148419 A RU2015148419 A RU 2015148419A RU 2015148419 A RU2015148419 A RU 2015148419A RU 2621886 C2 RU2621886 C2 RU 2621886C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sealed cavity
wave
membrane
measuring
pressure
Prior art date
Application number
RU2015148419A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015148419A (en
Inventor
Анатолий Владимирович Александров
Виктор Викторович Платонов
Роман Андреевич Матанцев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр")
Priority to RU2015148419A priority Critical patent/RU2621886C2/en
Publication of RU2015148419A publication Critical patent/RU2015148419A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621886C2 publication Critical patent/RU2621886C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: claimed device for determining the wave pressures on the ship's hull, made in the form of a measuring panel, contains at least one pressure sensor consisting of a sealed cavity in a measuring panel that senses the external pressures of the membrane, the filler of a sealed cavity and the sensing element - a piezoresistive molecular film, while a gaseous medium is used as a filler of a sealed cavity, and the membrane is made of a material with a modulus of elasticity not exceeding 109 Pa.
EFFECT: obtaining a wave pressure diagram for different modes of operation of vessels with significantly higher resolution, increasing the sensitivity of the measuring panel and providing the possibility of its application for measuring wave loads.
2 dwg

Description

Изобретение относится к океанологической технике, а именно к средствам мониторинга волновых нагрузок и может быть использовано для оценки волновых давлений при различных режимах эксплуатации судов.The invention relates to oceanographic engineering, and in particular to means for monitoring wave loads and can be used to estimate wave pressures under various modes of operation of ships.

Известным является прибор для измерения величины волнового давления, основным принципом работы которого является измерение деформации упругих элементов при воздействии на них волновых нагрузок (патент СССР, №129044, «Прибор для измерения величины волнового давления», 1960).Known is a device for measuring the magnitude of the wave pressure, the main principle of which is the measurement of the deformation of elastic elements when exposed to wave loads (USSR patent, No. 129044, "Instrument for measuring the magnitude of the wave pressure", 1960).

Недостатком известного прибора является низкая разрешающая способность прибора и сложность определения эпюры распределения волновых давлений.A disadvantage of the known device is the low resolution of the device and the difficulty of determining the plot of the distribution of wave pressures.

Также известна измерительная панель ледового давления, основным принципом которой является измерение ледовых давлений при помощи пьезорезисторной молекулярной пленки с использованием полимера для редуцирования внешних нагрузок - прототип (патент RU 2559122 «Измерительная панель ледового давления на основе пьезорезисторной молекулярной пленки (варианты)», 2013).An ice pressure measuring panel is also known, the main principle of which is ice pressure measurement using a piezoresistive molecular film using a polymer to reduce external loads - prototype (patent RU 2559122 "Ice pressure measuring panel based on a piezoresistive molecular film (options)", 2013).

Недостатком прототипа является его низкая чувствительность, обусловленная высокой жесткостью воспринимающих нагрузку элементов, что делает невозможным его применение для измерения волновых нагрузок, а также низкая разрешающая способность, обусловленная необходимостью обеспечивать прочность панели при воздействии ледовых давлений.The disadvantage of the prototype is its low sensitivity, due to the high rigidity of the load sensing elements, which makes it impossible to use it to measure wave loads, as well as low resolution, due to the need to ensure the strength of the panel when exposed to ice pressures.

Цель изобретения состоит в повышении чувствительности измерительной панели и обеспечении возможности ее применения для измерения волновых нагрузок, увеличении разрешающей способности устройства для измерения эпюры волновых давлений.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the measuring panel and providing the possibility of its application for measuring wave loads, increasing the resolution of the device for measuring wave pressure diagrams.

Устройство для определения волновых давлений на корпус судна, выполненное в виде измерительной панели, содержит, по меньшей мере, один датчик давления, состоящий из герметичной полости в измерительной панели, воспринимающей внешние давления мембраны, наполнителя герметичной полости и чувствительного элемента - пьезорезисторной молекулярной пленки. В качестве наполнителя герметичной полости используется газообразная среда, а мембрана выполнена из материала с модулем упругости, не превышающим 109 Па.A device for determining wave pressures on a ship’s hull, made in the form of a measuring panel, contains at least one pressure sensor, consisting of a sealed cavity in the measuring panel, which receives the external pressure of the membrane, a sealed cavity filler, and a sensitive element — a piezoresistive molecular film. A gaseous medium is used as a filler of the sealed cavity, and the membrane is made of a material with an elastic modulus not exceeding 10 9 Pa.

Принципиальная схема измерительной панели представлена на рисунке (Фиг. 1). На измерительной панели 1, выполненной из металла, расположены датчики давления 2. Внутри датчиков давления расположен чувствительный элемент 3, в качестве которого используется пьезорезисторная молекулярная пленка. Сигнал от чувствительных элементов 3 отводится по специальным кабель-каналам 4. Измерительная панель 1 крепится на борте судна с наружной стороны таким образом, чтобы середина панели располагалась на уровне ватерлинии.Schematic diagram of the measuring panel is shown in the figure (Fig. 1). On the measuring panel 1, made of metal, there are pressure sensors 2. Inside the pressure sensors is a sensing element 3, which is used as a piezoresistive molecular film. The signal from the sensing elements 3 is discharged through special cable channels 4. The measuring panel 1 is mounted on the side of the vessel from the outside so that the middle of the panel is located at the level of the waterline.

Устройство датчика давления 2 изображено на Фиг. 2. Датчик состоит из герметичной полости 5, воспринимающей внешние давления мембраны 6, наполнителя герметичной полости, чувствительного элемента 3 и кабель-каналов 4. Герметичная полость 5 расположена внутри измерительной панели 2. Со стороны, которая воспринимает волновые давления, датчик давления 2 имеет податливую стенку-мембрану 6, выполненную из материалов с низким значением модуля упругости (в диапазоне до 109 Па). На противоположной мембране стенке герметичной полости 5 расположен чувствительный элемент 3 с кабель-каналами 4. Герметичная полость 5 заполняется наполнителем, в качестве которого используется газообразная среда.The pressure sensor device 2 is shown in FIG. 2. The sensor consists of a sealed cavity 5, which receives the external pressure of the membrane 6, a sealed cavity filler, a sensing element 3 and cable channels 4. A sealed cavity 5 is located inside the measuring panel 2. On the side that senses wave pressures, the pressure sensor 2 has a flexible a membrane wall 6 made of materials with a low elastic modulus (in the range up to 10 9 Pa). On the opposite membrane of the wall of the sealed cavity 5 there is a sensing element 3 with cable channels 4. The sealed cavity 5 is filled with a filler, which is used as a gaseous medium.

Устройство работает следующим образом. При воздействии внешней волновой нагрузки на измерительную панель 1 и, в частности, на датчик давления 2 происходит деформирование мембраны 6. При деформировании и прогибе мембраны внутренний объем газа в герметичной полости 5 уменьшается. Изменение внутреннего объема приводит к изменению внутреннего давления, что регистрирует чувствительный элемент 3 - пьезорезисторная молекулярная пленка. Сигнал изменения состояния чувствительного элемента передается по кабель-каналам 4.The device operates as follows. When an external wave load acts on the measuring panel 1 and, in particular, on the pressure sensor 2, the membrane 6 deforms. When the membrane is deformed and deflected, the internal gas volume in the sealed cavity 5 decreases. A change in the internal volume leads to a change in the internal pressure, which registers the sensitive element 3 — the piezoresistive molecular film. The signal of the state change of the sensing element is transmitted via cable channels 4.

В качестве чувствительного элемента в представленной панели используется пьезорезисторная молекулярная пленка. Основными особенностями такого элемента является высокая чувствительность на изменение давления, совмещенная с толщиной порядка 25÷30 мкм. Величина изменения давления определяется путем измерения внутреннего сопротивления чувствительного элемента. Использование в качестве чувствительного элемента пьезорезисторной молекулярной пленки позволяет создавать датчики малых размеров и высокой точности.As a sensitive element in the presented panel, a piezoresistive molecular film is used. The main features of such an element is high sensitivity to pressure changes, combined with a thickness of the order of 25 ÷ 30 microns. The magnitude of the pressure change is determined by measuring the internal resistance of the sensitive element. The use of a piezoresistive molecular film as a sensitive element makes it possible to create sensors of small sizes and high accuracy.

Воздействие волновых нагрузок на мембрану датчика давления вызывает деформацию мембраны. При деформировании изменяется объем и давление газа в герметичной полости. Поскольку изменение давление газа значительно меньше внешних волновых давлений (за счет накопления мембраной упругой энергии при деформировании), происходит редуцирование измеряемой нагрузки до диапазона чувствительности пьезорезисторной молекулярной пленки.The impact of wave loads on the membrane of the pressure sensor causes deformation of the membrane. During deformation, the volume and pressure of the gas in the sealed cavity changes. Since the change in gas pressure is much less than external wave pressures (due to the accumulation of elastic energy by the membrane during deformation), the measured load is reduced to the sensitivity range of the piezoresistive molecular film.

Минимальный размер герметичной полости датчика давления определяется податливостью мембраны и размерами чувствительного элемента. Подбор материала для мембраны осуществляется из расчета, что стрела прогиба при максимальных значениях волновых давлений не должна превосходить высоту (расстояния от мембраны до противоположной стенки герметичной полости) датчика давления. Также стрела прогиба должна быть такой, что изменение объема газа в герметичной полости повлекло бы такое изменение давления, которое мог бы зарегистрировать чувствительный элемент. Поэтому мембрана должна быть выполнена из материала с модулем упругости, не превышающим 109 Па. Минимальный размер герметичной полости по длине и ширине определяется размером чувствительного элемента. Использование пьезорезисторной молекулярной пленки позволяет существенно уменьшить размеры герметичной полости и, как следствие, существенно увеличить количество датчиков давления на измерительной панели и разрешающую способность в целом.The minimum size of the sealed cavity of the pressure sensor is determined by the compliance of the membrane and the size of the sensing element. The selection of material for the membrane is carried out on the basis that the deflection boom at maximum wave pressures should not exceed the height (distance from the membrane to the opposite wall of the sealed cavity) of the pressure sensor. Also, the deflection boom should be such that a change in the volume of gas in the sealed cavity would cause such a change in pressure that could detect the sensing element. Therefore, the membrane must be made of a material with an elastic modulus not exceeding 10 9 Pa. The minimum size of the sealed cavity along the length and width is determined by the size of the sensitive element. The use of a piezoresistive molecular film can significantly reduce the size of the sealed cavity and, as a result, significantly increase the number of pressure sensors on the measuring panel and the resolution as a whole.

Количество, взаимное расположение и форма датчиков давления являются предметом варьирования в зависимости от требуемой разрешающей способности. Возможны варианты использования различной геометрии герметичных полостей в датчиках давления. Возможны варианты непрерывного заполнения поверхности измерительной панели датчиками давления либо на определенном расстоянии друг от друга. Общая площадь датчиков давлений может достигать 80% площади измерительной панели благодаря использованию тонких стенок между герметичными полостями. Это возможно вследствие низких требований к обеспеченности прочности измерительной панели для большинства значений волновых нагрузок. За счет утонения стенок (по отношению к прототипу) между соседними датчиками давления достигается увеличение разрешающей способности устройства для измерения эпюры волновых давлений.The number, relative position and shape of the pressure sensors are subject to variation depending on the required resolution. Variants of using different geometry of the sealed cavities in the pressure sensors are possible. There are options for continuously filling the surface of the measuring panel with pressure sensors or at a certain distance from each other. The total area of the pressure sensors can reach 80% of the area of the measuring panel due to the use of thin walls between the sealed cavities. This is possible due to the low security requirements of the measuring panel for most wave loads. Due to the thinning of the walls (relative to the prototype) between adjacent pressure sensors, an increase in the resolution of the device for measuring wave pressure diagrams is achieved.

Техническим результатом устройства является получение эпюры волновых давлений при различных режимах эксплуатации судов с существенно более высокой разрешающей способностью, чем в прототипе.The technical result of the device is to obtain a wave pressure diagram for various modes of operation of ships with a significantly higher resolution than in the prototype.

Claims (1)

Устройство для определения волновых давлений на корпус судна, выполненное в виде измерительной панели, содержащей по меньшей мере один датчик давления, состоящий из герметичной полости в измерительной панели, воспринимающей внешние давления мембраны, наполнителя герметичной полости и чувствительного элемента - пьезорезисторной молекулярной пленки, отличающееся тем, что в качестве наполнителя герметичной полости используется газообразная среда, а мембрана выполнена из материала с модулем упругости, не превышающим 109 Па.A device for determining wave pressures on the hull of the vessel, made in the form of a measuring panel containing at least one pressure sensor, consisting of a sealed cavity in the measuring panel, perceiving external pressure of the membrane, a sealed cavity filler and a sensing element - a piezoresistive molecular film, characterized in that a gaseous medium is used as a filler of the sealed cavity, and the membrane is made of a material with an elastic modulus not exceeding 10 9 Pa.
RU2015148419A 2015-11-10 2015-11-10 Device for determining the wave pressures on the ship's hull RU2621886C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148419A RU2621886C2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Device for determining the wave pressures on the ship's hull

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148419A RU2621886C2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Device for determining the wave pressures on the ship's hull

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015148419A RU2015148419A (en) 2017-05-15
RU2621886C2 true RU2621886C2 (en) 2017-06-07

Family

ID=58715179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148419A RU2621886C2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Device for determining the wave pressures on the ship's hull

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621886C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780709C1 (en) * 2021-10-04 2022-09-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" Piezoelectric impact force sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU129044A1 (en) * 1959-04-10 1959-11-30 А.В. Мишин Instrument for measuring the magnitude of the wave pressure
RU2172477C1 (en) * 1999-11-22 2001-08-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure transducer with frequency output
RU2193172C2 (en) * 1999-12-27 2002-11-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure sensor with frequency output
WO2006117431A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 R. Rouvari Oy A system for ice load monitoring

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU129044A1 (en) * 1959-04-10 1959-11-30 А.В. Мишин Instrument for measuring the magnitude of the wave pressure
RU2172477C1 (en) * 1999-11-22 2001-08-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure transducer with frequency output
RU2193172C2 (en) * 1999-12-27 2002-11-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure sensor with frequency output
WO2006117431A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 R. Rouvari Oy A system for ice load monitoring

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780709C1 (en) * 2021-10-04 2022-09-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" Piezoelectric impact force sensor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015148419A (en) 2017-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7716964B2 (en) Leak detector for a pressurized cylinder
CN106802176A (en) A kind of water level detecting system
JP2010520127A5 (en)
EP2735855A1 (en) A measuring device for measuring a physical quantity
WO2007145037A1 (en) Multi-vortex flowmeter integrating pressure gauge
US7878074B1 (en) Eccentric load sensing device used to sense differential pressures
EP2306066A1 (en) Apparatus for determining liquid volume
EP1384977A3 (en) Level switch with verification capability
US10908176B2 (en) Wind sensor housing
RU2621886C2 (en) Device for determining the wave pressures on the ship's hull
RU2559122C2 (en) Measuring panel of ice pressure based on piezoresistor molecular film (versions)
KR20110131341A (en) System for measuring residual of liquid
JP5921301B2 (en) AE generation position locating apparatus and method for FRP tank
US20220090955A1 (en) System and method for measuring the filling level of a fluid container by means of acoustic waves
CN105333929B (en) Remote surveying of liquid level experimental rig
US11988542B2 (en) Filling level monitoring device for a fluid gas container, hydrogen tank and aircraft comprising such hydrogen tank
JP2013185916A5 (en)
RU2548926C1 (en) Method of liquid parameters measurement in tank and device for its implementation
CN102252799A (en) Membrane type hydrostatic pressure sensor
KR200462615Y1 (en) An electric resisting type sensor of fixing structure for a steel pipe
JP2018124246A (en) Liquid density detector and liquid level detector
RU66030U1 (en) DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS
CN106768501B (en) The embedded device for measuring force of strain sensor
CN105319147A (en) Device and procedure to determine density of liquid
RU2544886C1 (en) Method of pressure measurement