SU493643A1

SU493643A1 - The method of registration of surface waves of liquids

Info

Publication number: SU493643A1
Application number: SU1884891A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Воловов; Всеволод Васильевич Краснобородько
Original assignee: Предприятие П/Я А-1687
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1975-11-28

Description

1one

Изобретение относитс к области океанографических измерений и может быть использовано дл регистрации и измерени волнени в широком спектре гравитационных колебаний , включа его высокочастотную часть.The invention relates to the field of oceanographic measurements and can be used to record and measure waves in a wide range of gravitational oscillations, including its high-frequency part.

Известен способ регистрации поверхностного волнени жидкостей, основанный на излучении ультразвуковых колебаний и приеме их после отражени от поверхности жидкости с помощью преобразовател , полностью погруженного в воду.A known method for detecting surface waves of liquids is based on the emission of ultrasonic vibrations and their reception after reflection from the surface of a liquid using a transducer completely immersed in water.

Однако такой способ не позвол ет регистрировать короткопериодные волны, т. е. такие, пространственный период которых меньше размера озвученного участка.However, this method does not allow recording short-period waves, i.e., those whose spatial period is less than the size of the voiced portion.

Известен также способ, регистрации высоты волн путем измерени электрического сопротивлени (или тока) между электродами, один из которых (струна) частично погружен в воду.There is also known a method for registering the height of the waves by measuring the electrical resistance (or current) between the electrodes, one of which (the string) is partially immersed in water.

Этот способ не обеспечивает высокой точности измерени короткопериодных волн небольшой амплитуды из-за вли ни эффектов смачивани , инерционности измерений, необходимости регул рной тариров ки датчика и досуаточно высокой электропроводимости жидкости .This method does not provide high accuracy in measuring short-period waves of small amplitude due to the effects of wetting, inertia measurements, the need for regular calibration of the sensor and sufficiently high electrical conductivity of the liquid.

Цель изобретени - повышение точности измерени высоты короткопериодных волн малой амплитуды, что особенно важно при лабораторных измерени х волнени высотой несколько миллиметров.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the height of short-period waves of small amplitude, which is especially important for laboratory measurements of waves with a height of several millimeters.

Предлагаемый способ вл етс практически безынерционным, не нуждаетс в регул рной тарировке датчика и может быть реализован в жидкост х с любой электропроводностью. Он объедин ет преимуш,ества обоих известных способов и в то же врем свободен от недостатков каждого из них.The proposed method is practically zero-cost, does not require regular calibration of the sensor, and can be implemented in liquids with any electrical conductivity. It combines the advantages of both known methods and at the same time is free from the shortcomings of each of them.

Особенностью предлагаемого способа вл етс то, что излучение ультразвуковых волн провод т с помошью электроакустического преобразовател обычного типа, полностью помещенного в воду, а прием - с помощью электроакустического преобразовател , выполненного в виде длинного тонкого полого стержн с воздушным заполнением внутри, который располагают вертикально над точкой излучени и частично погружают в воду. Так как волновое сопротивление воды и воздуха сильно отличаетс друг от друга, то в приеме ультразвуковых колебаний участвует только погруженна часть приемника, величина которой мен етс при волновых колебани х поверхности жидкости. Способ основан на измерении амплитуды сигнала, прин того таким приемником. Можно показать, что амплитуда прин того сигнала Аг выражаетс так Л,: Л{1-С08 ро + , где AI - амплитуда излученного сигнала у поверхности воды; (t) -отклонение высоты волнени от среднего уровн в момент времени t; К - длина излучаемой волны; фо - начальна фаза, равна 2 -, где h - глубина погружени приемника в случае отсутстви волнени . Начальную фазу сро дл различени впадин и гребней волнени следует брать равной - - +лп, где п - целое число. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства , реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 приведена зависимость отношени амплитуд прин того сигнала AZ к амплитуде излученного Ai в зависимости от отношени между величиной погруженной в воду части приемника h и длиной излучаемой ультразвуковой волны Я, в воде в случае отсутстви волнени . Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом. Электрический сигнал заданной частоты и длительности с генератора 1 через усилитель 2 мощности подают на излучатель 3 ультразвука . Ультразвукова волна распростран етс через воду до ее поверхности, отражаетс от нее и, интерфериру с падающей волной, образует сто чую волну, которую и регистрирует погруженна часть приемника 4. Прин тый сигнал усиливают усилителем 5, детектируют пиковым детектором 6, выдел ющим амплитуду прин того импульса и сохран ющего ее до прихода следующего импульса, после чего регистрируют амплитуду прин того сигнала самописцем 7, по которой определ ют отклонение уровн жидкости от средней величины в функции времени. По этой записи можно определ ть также среднеквадратичную высоту волнени , коррел ционные соотнощени и т. д. Длительность посылок, интервал между ними и длительность анализируемого участка сигнала задают с помощью синхростробирующего блока 8. Во избежание значительной нелинейности шкалы измерител и неоднозначности отсчета, четверть длины ультразвуковой волны в воде должна быть больше максимальной высоты волнени . В зависимости от ожидаемой максимальной высоты волнени выбирают частоту излучени , удовлетвор ющую указанному требованию. Предмет изобретени Способ регистрации поверхностного волне ни жидкостей, основанный на излучении и приеме ультразвуковых колебаний, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений поверхностных волн высотой менее половины длины ультразвуковой волны, измер ют амплитуду пол сто чей волны , образующейс у поверхности жидкости, с помощью трубчатого приемника, который располагают вертикально и частично погружают в жидкость над точкой излучени гармонического ультразвукового сигнала, и по величине амплитуды определ ют отклонение уровн жидкости от средней величины в соответствии с тарировочной кривой, полученной перед измерением .The peculiarity of the proposed method is that the radiation of ultrasonic waves is carried out with the help of an electroacoustic converter of the usual type, completely placed in water, and the reception using an electroacoustic converter made in the form of a long thin hollow rod with air filling inside, which is arranged vertically above the point radiation and partially immersed in water. Since the wave resistance of water and air is very different from each other, only the submerged part of the receiver participates in the reception of ultrasonic vibrations, the magnitude of which varies with the wave oscillations of the liquid surface. The method is based on measuring the amplitude of a signal received by such a receiver. It can be shown that the amplitude of the received signal Ar is expressed as L, A: L {1-C08 po +, where AI is the amplitude of the emitted signal at the surface of the water; (t) deviation of wave height from the average level at time t; K is the length of the emitted wave; fo - the initial phase is 2 - where h is the depth of the receiver in the absence of waves. The initial phase of the phase to distinguish the valleys and crests of the waves should be taken equal to - - + lp, where n is an integer. FIG. 1 shows a block diagram of a device implementing the proposed method; in fig. Figure 2 shows the dependence of the amplitudes of the received signal AZ to the amplitude of the emitted Ai versus the ratio between the submerged part of the receiver h and the length of the emitted ultrasonic wave I, in the water in the absence of waves. The proposed method is carried out as follows. The electrical signal of a given frequency and duration from the generator 1 through the amplifier 2 power is fed to the emitter 3 of ultrasound. The ultrasonic wave propagates through the water to its surface, is reflected from it and, interfering with the incident wave, forms a standing wave, which is registered by the submerged part of the receiver 4. The received signal is amplified by amplifier 5, detected by a peak detector 6, which amplifies the received amplitude the pulse and preserving it until the next pulse arrives, after which the amplitude of the received signal is recorded by the recorder 7, which is used to determine the deviation of the liquid level from the average value as a function of time. This record can also determine the mean square wave height, correlation ratios, etc. The duration of the parcels, the interval between them, and the duration of the analyzed signal section are set using the sync rotor unit 8. To avoid significant non-linearity of the meter scale and ambiguity of the reference, a quarter of the ultrasonic length waves in water should be greater than the maximum height of the wave. Depending on the expected maximum wave height, a radiation frequency is selected that satisfies the indicated requirement. Subject of the invention. A method for detecting a surface wave of liquids, based on the emission and reception of ultrasonic vibrations, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements of surface waves with a height less than half the length of the ultrasonic wave, the amplitude of the standing wave at the surface of the liquid is measured. using a tubular receiver, which is placed vertically and partially immersed in a liquid above the point of radiation of the harmonic ultrasonic signal, and is determined from the magnitude of the amplitude the deviation of the liquid level from the average value in accordance with the calibration curve obtained before the measurement.

J о J o

ОABOUT