RU2659727C2 - String wave recorder - Google Patents
String wave recorder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659727C2 RU2659727C2 RU2016146953A RU2016146953A RU2659727C2 RU 2659727 C2 RU2659727 C2 RU 2659727C2 RU 2016146953 A RU2016146953 A RU 2016146953A RU 2016146953 A RU2016146953 A RU 2016146953A RU 2659727 C2 RU2659727 C2 RU 2659727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- generator
- resistive sensor
- amplifier
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 10
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 244000061354 Manilkara achras Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
- G01C13/002—Measuring the movement of open water
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области океанографических измерений и может быть использовано для исследования процесса волнения на морях, озерах и водохранилищах в прибрежной зоне.The invention relates to the field of oceanographic measurements and can be used to study the process of waves on the seas, lakes and reservoirs in the coastal zone.
Известные струнные волнографы, содержащие резистивные датчики (струны), отличаются измерительной (приемной) частью. В зависимости от реализации приемная часть содержит, например: измерительный мост переменного тока, регистратор с усилителем реверсивного двигателя, фазовый детектор [Авторское свидетельство СССР №513250, МКИ G01C 13/00. Волнограф, А.К. Куклин. - Заявлено 23.01.1975. Опубл. 18.05.1976]; выпрямитель, генератор питания резистивного датчика, регистратор [Авторское свидетельство СССР №271829, МКИ G01C 13/00. Волнограф. Б.А. Максимов, В.М. Фетисов. - Заявлено 18.09.1968. Опубл. 26.05.1970].Known string waveographs containing resistive sensors (strings) differ in the measuring (receiving) part. Depending on the implementation, the receiving part contains, for example: an AC measuring bridge, a recorder with a reversing motor amplifier, a phase detector [USSR Author's Certificate No. 513250, MKI G01C 13/00. Waveograph, A.K. Kuklin. - Stated 01/23/1975. Publ. 05/18/1976]; rectifier, resistive sensor power generator, registrar [USSR Author's Certificate No. 271829, MKI G01C 13/00. The waveograph. B.A. Maximov, V.M. Fetisov. - Stated 09/18/1968. Publ. 05/26/1970].
К недостаткам известных струнных волнографов относятся: слабая помехозащищенность, нелинейность измерительной характеристики прибора, поляризация резистивного датчика, возникающая при использовании генераторов переменного (прямоугольного) напряжения, что приводит к искажению результатов измерений и механическому разрушению струны - резистивного датчика.The disadvantages of known string waveographs include: low noise immunity, non-linearity of the measuring characteristic of the device, polarization of the resistive sensor that occurs when using alternating (rectangular) voltage generators, which leads to distortion of the measurement results and mechanical destruction of the string - resistive sensor.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является разработка заявителя - устройство для измерения параметров ветровых волн [Авторское свидетельство СССР №918787, МКИ G01C 13/00. А.К. Куклин, В.Е. Бандо. - Заявлено 21.12.1979. Опубл. 07.04.1982]. Прототип содержит, в частности, резистивный датчик, трехпроводную линию связи и измерительный блок, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя низкой частоты, регистрирующего устройства и блока управления, а также источник питания. Между трехпроводной линией связи и усилителем низкой частоты введен измерительный мост постоянного тока, а между резистивным датчиком и трехпроводной линией связи введены генератор прямоугольных импульсов и преобразователь напряжения, который выполнен в виде двух пар транзисторных ключей.Closest to the invention in terms of features, and therefore selected as a prototype, is the development of the applicant - a device for measuring the parameters of wind waves [USSR Author's Certificate No. 918787, MKI G01C 13/00. A.K. Kuklin, V.E. Bando - Declared 12/21/1979. Publ. 04/07/1982]. The prototype contains, in particular, a resistive sensor, a three-wire communication line and a measuring unit made in the form of series-connected low-frequency amplifier, recording device and control unit, as well as a power source. A direct current measuring bridge is introduced between the three-wire communication line and the low-frequency amplifier, and a rectangular pulse generator and a voltage converter, which is made in the form of two pairs of transistor switches, are introduced between the resistive sensor and the three-wire communication line.
Сходными с существенными признаками заявленного изобретения являются такие признаки прототипа: блок питания и резистивный датчик в виде струны из высокоомного материала, связанный с усилителем, средством регистрации и средством управления.Similar to the essential features of the claimed invention are the following features of the prototype: a power supply and a resistive sensor in the form of a string of high resistance material associated with an amplifier, recording means and control means.
Недостатком прототипа является ограниченная точность измерения параметров волн, недостаточная помехоустойчивость и ограниченный ресурс работы.The disadvantage of the prototype is the limited accuracy of the measurement of wave parameters, insufficient noise immunity and limited resource.
В основу изобретения поставлена задача создания струнного волнографа, совокупностью существенных признаков которого достигаются новые технические свойства:The basis of the invention is the task of creating a string waveograph, a combination of the essential features of which are achieved new technical properties:
- возможность преобразования сопротивления струны (преобразования напряжения сигнала, измеренного с резистивного датчика) в частоту управляющего сигнала и формирования, в зависимости от этой частоты, заданного сигнала (заданных синусоидальных колебаний), который подают на резистивный датчик;- the ability to convert the resistance of the string (converting the voltage of the signal measured from the resistive sensor) into the frequency of the control signal and the formation, depending on this frequency, of the given signal (given sinusoidal oscillations), which is fed to the resistive sensor;
- осуществление контроля среднего потенциала резистивного датчика относительно потенциала заземления и устранение фактора его поляризации (накопления на нем электрического заряда под действием электрохимических процессов в морской воде) за счет использования генерируемых в устройстве гармонических сигналов, что снижает вероятность разрушения датчика;- monitoring the average potential of the resistive sensor relative to the ground potential and eliminating the factor of its polarization (accumulation of electric charge on it under the action of electrochemical processes in sea water) through the use of harmonic signals generated in the device, which reduces the likelihood of sensor destruction;
- исключение попадания помех последовательного вида на струну за счет использования стабилизированного питания с гальванической развязкой от внешних питающих цепей;- the elimination of the interference of a consistent type on the string through the use of stabilized power with galvanic isolation from external supply circuits;
- обеспечение гальванической развязки резистивного датчика от внешних питающих цепей.- providing galvanic isolation of the resistive sensor from external supply circuits.
Указанные новые технические свойства обусловливают достижение технического результата изобретения - повышение точности измерений, помехозащищенности и увеличение ресурса стабильной работы.These new technical properties determine the achievement of the technical result of the invention — improving the accuracy of measurements, noise immunity and increasing the resource of stable operation.
Поставленная задача изобретения решается тем, что в струнном волнографе, содержащем блок питания и резистивный датчик в виде струны из высокоомного материала, связанный с усилителем, средством регистрации и средством управления, новым является то, что он содержит RC-генератор с фазовым управлением частотой генерируемых синусоидальных колебаний, первый вход которого подключен к выходу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика, первый вход стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика подключен к резистивному датчику, а второй вход - к первому выходу стабилизированного блока питания с гальванической развязкой от внешних питающих цепей, второй выход стабилизированного блока питания заземлен, а первый выход подключен ко второму входу RC-генератора, первому входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, первому входу усилителя и первому входу управляемого генератора тока, третий вход RC-генератора подключен к выходу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, выход RC-генератора подключен ко второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, управляющий вход RC-генератора подключен к выходу усилителя, второй вход которого подключен к резистивному датчику, первому входу стабилизатора нулевого потенциала резистивного датчика и выходу управляемого генератора тока, второй вход которого подключен к выходу RC-генератора, второму входу узла стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора и входу выходного усилителя с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей, выход которого является выходом устройства.The object of the invention is solved in that in a string waveograph containing a power supply and a resistive sensor in the form of a string of high-impedance material associated with an amplifier, recording means and control means, it is new that it contains an RC generator with phase control of the frequency of the generated sinusoidal oscillations, the first input of which is connected to the output of the stabilizer of zero potential of the resistive sensor, the first input of the stabilizer of zero potential of the resistive sensor is connected to resistive yes chiku, and the second input - to the first output of the stabilized power supply with galvanic isolation from external power supply circuits, the second output of the stabilized power supply is grounded, and the first output is connected to the second input of the RC generator, the first input of the amplitude stabilization unit of the output signal of the RC generator the amplifier input and the first input of the controlled current generator, the third input of the RC generator is connected to the output of the amplitude stabilization unit of the output signal of the RC generator, the output of the RC generator is connected to the second input of the the amplitude of the output signal of the RC generator, the control input of the RC generator is connected to the output of the amplifier, the second input of which is connected to the resistive sensor, the first input of the zero potential stabilizer of the resistive sensor and the output of the controlled current generator, the second input of which is connected to the output of the RC generator, the second the input of the stabilization unit of the amplitude of the output signal of the RC generator and the input of the output amplifier with galvanic isolation from the input and output signal circuits, the output of which is the output of the device va.
Сущность изобретения поясняется со ссылками на чертеж, на котором приведена блок-схема заявленного устройства.The invention is illustrated with reference to the drawing, which shows a block diagram of the claimed device.
Устройство содержит RC-генератор 1 синусоидальных колебаний звукового диапазона с фазовым управлением частотой генерируемых колебаний.Первый вход RC-генератора 1 подключен к выходу стабилизатора 2 нулевого потенциала резистивного датчика 3, который выполнен в виде струны из нихромового сплава с высоким удельным сопротивлением. Первый вход стабилизатора 2 нулевого потенциала подключен к резистивному датчику 3, а второй вход - к первому выходу стабилизированного блока питания 4 с гальванической развязкой от внешних питающих цепей. Первый выход стабилизированного блока питания 4 также подключен ко второму входу RC-генератора 1, первому входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора, первому входу усилителя 6 и первому входу управляемого генератора тока 7. Второй выход стабилизированного блока питания 4 заземлен. Третий вход RC-генератора 1 подключен к выходу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора. Выход RC-генератора 1 подключен ко второму входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора. Четвертый (управляющий) вход RC-генератора 1 подключен к выходу усилителя 6. Второй вход усилителя 6 подключен к резистивному датчику 3, первому входу стабилизатора 2 нулевого потенциала резистивного датчика и выходу управляемого генератора тока 7. Второй вход управляемого генератора тока 7 подключен к выходу RC-генератора 1, второму входу узла 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора и входу выходного усилителя 8 с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей. Выход выходного усилителя 8 является выходом устройства.The device contains an
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Основой прибора является RC-генератор 1 синусоидальных колебаний звукового диапазона с фазовым управлением частотой генерируемых колебаний. Выходной сигнал RC-генератора 1 поступает на второй вход управляемого генератора тока 7, имеющего высокое выходное сопротивление. Мгновенное значение выходного тока этого генератора 7 пропорционально мгновенному напряжению на его входе. Таким образом, выходной ток имеет заданную синусоидальную форму и поступает на резистивный датчик 3 - преобразователь уровень-сопротивление.The basis of the device is an RC-
На выходе резистивного датчика 3 напряжение имеет синусоидальную форму и его амплитуда пропорциональна сопротивлению участка датчика (струны), находящегося выше границы раздела вода-воздух. Это напряжение, после усиления в усилителе 6, поступает на управляющий (четвертый) вход RC-генератора 1 синусоидальных колебаний, что приводит к смещению частоты последнего на величину, пропорциональную величине входного сигнала.At the output of the
В целом такая схема производит преобразование вида сопротивление-частота, то есть изменение частоты выходного сигнала генератора 1 оказывается пропорционально смещению границы раздела вода-воздух.In general, such a scheme performs a resistance-frequency conversion, that is, a change in the frequency of the output signal of the
Узел 5 стабилизации амплитуды выходного сигнала RC-генератора 1 необходим для устранения паразитной амплитудной модуляции, вызываемой фазовыми погрешностями применяемого усилителя 6, а также комплексным характером выходного сопротивления резистивного датчика 3, поскольку он частично погружен в электролит, которым является морская вода.The
Стабилизатор 2 нулевого потенциала резистивного датчика производит сравнение среднего потенциала резистивного датчика 3, поступающего на первый вход стабилизатора 2, с потенциалом заземления, поступающим на второй вход стабилизатора 2. В случае если эта разница превышает заданную величину (несколько милливольт), стабилизатор 2 нулевого потенциала вырабатывает сигнал коррекции, стабилизирующий потенциал резистивного датчика 3 в заданных пределах.The
Данный контроль необходим для поддержания симметрии тока, питающего датчик 3, относительно «земли», что исключает электрохимическое разрушение резистивного датчика 3 и благоприятно сказывается на стабильности работы струнного волнографа в целом.This control is necessary to maintain the symmetry of the current supplying the
Стабилизированный блок питания 4 вырабатывает напряжения, необходимые для работы элементов схемы, и обеспечивает гальваническую развязку струнного волнографа от питающих цепей, устраняя этим попадание помех последовательного вида на резистивную струну 3.The stabilized
С такой же целью в состав струнного волнографа введен выходной усилитель 8 с гальванической развязкой от входных и выходных сигнальных цепей.For the same purpose, an
Действующий опытный образец предлагаемого струнного волнографа был изготовлен и эксплуатируется на океанографической платформе в пгт. Кацивели (Республика Крым).The current prototype of the proposed string waveograph was manufactured and operated on an oceanographic platform in the village. Katsiveli (Republic of Crimea).
С его помощью были получены результаты в рамках следующих работ.With its help, results were obtained in the framework of the following works.
- Грант Российского научного фонда (проект №15-17-20020) «Динамика верхнего слоя океана по данным спутниковых радиолокационных и оптических измерений».- Grant of the Russian Science Foundation (project No. 15-17-20020) "Dynamics of the upper ocean layer according to satellite radar and optical measurements."
- Соглашение №14.577.21.0110 с Министерством образования и науки Российской Федерации на выполнение прикладных научных исследований «Разработка методов и создание экспериментального образца системы мониторинга антропогенных воздействий на шельфовые зоны черноморского побережья Российской Федерации, включая Крымский полуостров, на основе спутниковых и контактных данных».- Agreement No. 14.577.21.01.01 with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation for the implementation of applied research “Development of methods and creation of an experimental model for monitoring anthropogenic impacts on the shelf zones of the Black Sea coast of the Russian Federation, including the Crimean Peninsula, based on satellite and contact data”.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016146953A RU2659727C2 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | String wave recorder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016146953A RU2659727C2 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | String wave recorder |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016146953A RU2016146953A (en) | 2018-05-29 |
| RU2016146953A3 RU2016146953A3 (en) | 2018-05-29 |
| RU2659727C2 true RU2659727C2 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62557560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016146953A RU2659727C2 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | String wave recorder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659727C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1051374A2 (en) * | 1982-11-19 | 1983-10-30 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Wave recorder |
| EP1901057A1 (en) * | 2005-07-07 | 2008-03-19 | Sony Corporation | Substance information acquisition method and substance information measurement device using evanescent light, and base arrangement decision method and device |
| RU2484428C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-06-10 | Государственное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский Институт" (ГУ "ААНИИ") | Hydroacoustic self-contained wave recorder |
| RU2548134C1 (en) * | 2014-12-18 | 2015-04-10 | Морской гидрофизический институт | Device for measurement of wave characteristics on sea surface |
-
2016
- 2016-11-29 RU RU2016146953A patent/RU2659727C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1051374A2 (en) * | 1982-11-19 | 1983-10-30 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Wave recorder |
| EP1901057A1 (en) * | 2005-07-07 | 2008-03-19 | Sony Corporation | Substance information acquisition method and substance information measurement device using evanescent light, and base arrangement decision method and device |
| RU2484428C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-06-10 | Государственное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский Институт" (ГУ "ААНИИ") | Hydroacoustic self-contained wave recorder |
| RU2548134C1 (en) * | 2014-12-18 | 2015-04-10 | Морской гидрофизический институт | Device for measurement of wave characteristics on sea surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016146953A (en) | 2018-05-29 |
| RU2016146953A3 (en) | 2018-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5032794A (en) | Method and apparatus for monitoring changes in underwater sediment levels | |
| CA2696414A1 (en) | Method and system for calibrating streamer electrodes in a marine electromagnetic survey system | |
| WO2015101995A1 (en) | Pump-power-independent double slope-assisted distributed and fast brillouin fiber-optic sensor | |
| US9880312B2 (en) | Intelligent spectral induced polarization measurement module | |
| KR101302531B1 (en) | Electrochemical gas detection device | |
| Chikishev et al. | The temperature dependence of amplitude-frequency response of the MET sensor of linear motion in a broad frequency range | |
| ATE478343T1 (en) | MEASUREMENT TRANSDUCER FOR DYNAMIC VARIABLES | |
| US10018494B2 (en) | Temperature compensated transmission line based liquid level sensing apparatus and method | |
| RU2659727C2 (en) | String wave recorder | |
| Angelini et al. | An Arduino-based EIS with a logarithmic amplifier for corrosion monitoring | |
| US20120313633A1 (en) | Performance-optimized activation of a fluxgate sensor | |
| Boshenyatov et al. | A method for measuring small-amplitude waves on a water surface | |
| MX2018011236A (en) | System and method for electric current leakage detection in a land seismic system. | |
| Russ et al. | Novel low-cost salinity sensor for embedded environmental monitoring | |
| CN102928476B (en) | Measuring sensor for gas content in water flow and detecting treatment method for gas content in water flow | |
| RU2376612C1 (en) | Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end | |
| RU138509U1 (en) | INSTALLATION FOR MEASURING THE STATIC CAPTURE THRESHOLD IN THE ZEMEMAN RING LASER | |
| RU2485452C2 (en) | Device to measure water level | |
| JP5768648B2 (en) | Dielectric constant sensor | |
| EP3494371A1 (en) | Method for producing an electrical impedance tomographic image of an acoustic field and a system for performing said method | |
| Toll et al. | Development of automated multi-electrode resistivity system for laboratory measurements | |
| Neitzert et al. | Floating sensor platform for the monitoring of water quality in urban and white-water environments | |
| CN104969053A (en) | Method for measuring density of liquid using magnetostriction | |
| SU580443A2 (en) | Device for determining parameters of sea waves | |
| Kantack et al. | Robust Ocean Salinity Sensing |