RU2328757C2 - Device for determining characteristics of sea wind-driven waves - Google Patents
Device for determining characteristics of sea wind-driven waves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2328757C2 RU2328757C2 RU2006131765/28A RU2006131765A RU2328757C2 RU 2328757 C2 RU2328757 C2 RU 2328757C2 RU 2006131765/28 A RU2006131765/28 A RU 2006131765/28A RU 2006131765 A RU2006131765 A RU 2006131765A RU 2328757 C2 RU2328757 C2 RU 2328757C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buoy
- sensor
- temperature sensor
- case
- air
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 abstract description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 19
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000000475 sunscreen effect Effects 0.000 description 5
- 239000000516 sunscreening agent Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000454 anti-cipatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000005442 atmospheric precipitation Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008259 solid foam Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидрометеорологии, а более конкретно для измерения гидрометеорологических параметров посредством средств регистрации, размещенных на буях.The invention relates to hydrometeorology, and more specifically for measuring hydrometeorological parameters by means of registration placed on the buoys.
Известно устройство для измерения параметров внутренних волн, содержащее закрепленный на буе нейтральной плавучести регистратор, датчик глубины, акустический импульсный излучатель, гидрофон и трос [1].A device for measuring the parameters of internal waves, containing mounted on a buoy of neutral buoyancy recorder, depth sensor, acoustic pulsed emitter, hydrophone and cable [1].
При использовании данного устройства по прямому назначению удовлетворительные результаты могут быть получены при обеспечении малых колебаниях буя, что при данной конструкции устройства может быть обеспечено только при малом волнении.When using this device for its intended purpose, satisfactory results can be obtained by ensuring small fluctuations of the buoy, which with this design of the device can be achieved only with small waves.
Известное устройство [2] для измерения высоты волн содержит волномерную веху с блоком считывания информации, блок формирования выходного сигнала и счетчик импульсов, в котором веха выполнена в виде стержня прямоугольного сечения с размещением на нем с возможностью перемещения цилиндрических поплавков, а блок считывания информации выполнен в виде расположенных на стержне мерных светодиодов и размещен со стороны их противоположных сторон источников света и четырех фоточувствительных элементов, установленных параллельно стержню. Данное устройство менее чувствительно к колебаниям. Однако использование светодиодов при волнении, особенно ветровом, приводит к забрызгиванию светодиодов и как следствие к существенным погрешностям измерения.The known device [2] for measuring the height of the waves contains a wave milestone with an information reading unit, an output signal generating unit and a pulse counter, in which the milestone is made in the form of a rod of rectangular cross section with the possibility of moving cylindrical floats on it, and the information reading unit is made in view of dimensional LEDs located on the rod and placed from the side of their opposite sides of the light sources and four photosensitive elements mounted parallel to the rod. This unit is less sensitive to vibrations. However, the use of LEDs during waves, especially wind, leads to splashing of the LEDs and, as a result, to significant measurement errors.
Уменьшение влияния ошибок от колебания буя под действием ветра и волнения достигается при использовании устройства для определения характеристик морских ветровых волн [3], содержащего буй в виде трех поплавков, нижние части которого посредством штанг соединены с карданным подвесом, в котором закреплена веха с измерительными датчиками и блок обработки, а центр бокового сопротивления вехи расположен между грузом, размещенным на нижнем конце вехи и границей ее погружения, в котором уменьшение влияния ошибок, обусловленных наклоном вехи и искажением волнового поля поплавками, обеспечивается расположением карданного подвеса в точке, совмещенной с центром бокового сопротивления вехи, а штанги соединены с поплавками через шарниры. Данное устройство обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении точности, однако достижение технического результата возможно при постоянстве гидрометеорологических факторов в течение длительного временного периода. В противном случае погрешность измерения сигналов с последующим определением характеристик морских ветровых волн может оказаться весьма существенной.The reduction of the influence of errors from buoy oscillations under the influence of wind and waves is achieved by using a device for determining the characteristics of sea wind waves [3], which contains a buoy in the form of three floats, the lower parts of which are connected by means of rods to a gimbal, in which a pole is fixed with measuring sensors and processing unit, and the center of the lateral resistance of the milestone is located between the load placed on the lower end of the milestone and the boundary of its immersion, in which the reduction of the influence of errors due to the inclination of the milestone and skazheniem wavefield floats gimbal arrangement is provided at a point, combined with the center of lateral resistance milestones, and the rod connected to the floats through hinges. This device ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing accuracy, however, the achievement of a technical result is possible with the constancy of hydrometeorological factors over a long time period. Otherwise, the error in measuring signals with subsequent determination of the characteristics of sea wind waves can be very significant.
В известном устройстве [4], предназначенном для измерения высокочастотных спектров поверхностных волн и содержащем два волнографа, блок разности сигналов, спектроанализатор, три перестраиваемых фильтра, коррелометр, в котором входы коррелометра соединены с выходами волнографов, вторые выходы которых соединены с входами блока вычисления разностей, блок вычисления разности сигналов, третий фильтр и спектроанализатор соединены последовательно. Посредством данного устройства измеряют разность уровней поверхности поверхностной волны в двух точках, преобразуют результат измерения в электрический сигнал, определяют спектр поверхностных волн, при этом предварительно определяют частоту Wp, выше которой сигналы двух волнографов не коррелированы, электрический сигнал, соответствующий разности уровней поверхности поверхностной волны, подвергают высокоточной фильтрации, на частоте Wp, что позволяет повысить точность измерения.In the known device [4], intended for measuring high-frequency spectra of surface waves and containing two waveographs, a signal difference unit, a spectrum analyzer, three tunable filters, a correlometer in which the inputs of the correlometer are connected to the outputs of the waveographs, the second outputs of which are connected to the inputs of the difference calculation unit, a signal difference calculating unit, a third filter and a spectrum analyzer are connected in series. By means of this device, the difference of the surface wave surface levels is measured at two points, the measurement result is converted into an electrical signal, the surface wave spectrum is determined, and the frequency Wp is previously determined above which the signals of the two waveographs are not correlated, the electric signal corresponding to the surface wave surface level difference, subjected to high-precision filtration, at a frequency of Wp, which improves the accuracy of the measurement.
Недостатком данного является то, что съем информации с волнографов может производиться только после их подъема на борт судна или посредством кабеля, что позволяет использовать данное устройство непосредственно в прибрежной зоне или на ограниченной водной акватории. Кроме того, данное устройство как и известные устройства [1, 3] позволяет получить ограниченный объем информации, что снижает достоверность получения конечных результатов.The disadvantage of this is that information can be obtained from waveographs only after they are lifted aboard a vessel or by cable, which allows the device to be used directly in the coastal zone or in a limited water area. In addition, this device as well as known devices [1, 3] allows you to get a limited amount of information, which reduces the reliability of obtaining the final results.
Известно также устройство [5], предназначенное для измерения и передачи информации потребителям в реальном масштабе времени. Устройство выполнено в форме сферического буя и состоит из мачты с передающим устройством передачи информации по GSM/GPRS, радио и спутниковым каналам связи и снабжено метеорологическими датчиками (измеритель параметров ветра, измеритель атмосферного давления, датчик температуры), установленными на сенсорном кольце, маячком, радиолокационным уголковым отражателем, модулем управления с опционным блоком GPS, блоком информационной памяти, центральным модулем с контроллером, датчиками высоты волны и ориентации буя, датчиком скорости и направления течений, датчиком температуры воды, датчиками определения солености, электропроводности, мутности, содержания кислорода, содержания ионов водорода рН, контроля процессов окисления/восстановления, панелями солнечных батарей. Буй выполнен из полиуретана с наполнителем и противовесом. Внутри буя расположена пластиковая труба, имеющая акустическую проницаемость, внутри которой установлен датчик измерения скорости и направления течения. Данная совокупность датчиков в сочетании с наличием оперативной связи с потребителями обеспечивает получение более достоверной информации по сравнению с аналогами. Однако ввиду того, что буй выполнен сферической формы, то он подвержен в период эксплуатации заливаемости, от которой зависит надежность связи со спутником. Кроме того, при выборе конструкции буя приходится решать две проблемные и отчасти противоположные задач. С одной стороны, требуется обеспечить качественное отслеживание профиля волны - ординаты возвышения волны, с другой стороны, необходимо выполнение требований по отклонению буя от вертикали - величине угловых колебаний. Последнее требование достаточно жесткое и составляет 5 градусов. Именно при таких условиях обеспечивается нормальная связь через антенну со спутником. Помимо этого, данное устройство обладает еще рядом недостатков, заключающихся в следующем.A device [5] is also known for measuring and transmitting information to consumers in real time. The device is made in the form of a spherical buoy and consists of a mast with a transmitting device for transmitting information via GSM / GPRS, radio and satellite communication channels and is equipped with meteorological sensors (wind parameter meter, atmospheric pressure meter, temperature sensor) mounted on the sensor ring, beacon, radar corner reflector, control module with optional GPS unit, information memory unit, central module with controller, buoy height and orientation sensors, speed and direction sensors currents, water temperature sensors, sensors for determining salinity, electrical conductivity, turbidity, oxygen content, pH of hydrogen ions, monitoring of oxidation / reduction processes, solar panels. The buoy is made of polyurethane with a filler and a counterweight. Inside the buoy there is a plastic pipe having acoustic permeability, inside which a sensor for measuring speed and direction of flow is installed. This set of sensors in combination with the availability of operational communication with consumers provides more reliable information compared to peers. However, due to the fact that the buoy is made of a spherical shape, it is subject to flooding during the operation, on which the reliability of communication with the satellite depends. In addition, when choosing a buoy design, two problematic and partly opposite tasks have to be solved. On the one hand, it is necessary to ensure high-quality tracking of the wave profile — the ordinates of the wave elevation, on the other hand, it is necessary to fulfill the requirements for the deviation of the buoy from the vertical — the magnitude of the angular oscillations. The last requirement is quite strict and is 5 degrees. It is under these conditions that normal communication through the antenna with the satellite is ensured. In addition, this device has a number of disadvantages, which are as follows.
В качестве датчика температуры воздуха применен датчик измерения температуры и разности температур, аналогичный устройству, конструкция которого приведена в описании к авторскому свидетельству СССР №1786374. Данное устройство содержит дешифратор знака, соединенный выходом со знаковым входом блока индикации, а одним из входов - с выходом блока управления в виде коммутатора, термопреобразователь сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, выход которого связан с одним из входов блока управления, блок вычитания, соединенный выходом с входом вычислительного блока, связанные последовательно источник тока, формирователь временных интервалов и первый регистр памяти, а также второй регистр памяти, выход которого подключен к одному из входов блока управления, для повышения точности измерения температуры и надежности работы устройства в него введен ряд элементов (регистры памяти, температуры и т.д.), соединенные соответствующим образом. При этом термопреобразователь сопротивления и эталонный резистор установлены совместно в выносном зонде, что позволяет повысить точность измерения за счет исключения систематических ошибок, но не исключает погрешность измерения, обусловленную случайной погрешностью, зависящую от влияния резко меняющихся внешних факторов, таких как солнечная радиация и смачивание датчика измерения температуры воздуха при волнении моря.As an air temperature sensor, a sensor for measuring temperature and temperature difference is used, similar to the device whose design is described in the description of the USSR author's certificate No. 1786374. This device contains a sign decoder connected to the output with the sign input of the display unit, and one of the inputs to the output of the control unit in the form of a switch, a resistance thermal converter, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to one of the inputs of the control unit, a subtraction unit connected to the output with the input of the computing unit, a current source, a shaper of time intervals and a first memory register are connected in series, as well as a second memory register, the output of which is connected to one of the inputs Lok control, to improve the accuracy and reliability of temperature measurements of the device inserted into it a number of elements (memory registers, temperature, etc.) connected accordingly. In this case, the resistance thermoconverter and the reference resistor are installed together in the remote probe, which allows to increase the measurement accuracy by eliminating systematic errors, but does not exclude the measurement error due to random error, depending on the influence of sharply changing external factors, such as solar radiation and wetting of the measurement sensor air temperature during sea waves.
Применительно к измерителям температуры, установленным на автономных гидрометеорологических станциях (буях), результаты экспериментальных исследований показали следующее.In relation to temperature meters installed at autonomous hydrometeorological stations (buoys), the results of experimental studies showed the following.
График температуры воды имеет гладкий характер без резких перепадов, четко корреляционный с суточным ходом температуры воздуха. Погрешность измерения температуры воды по отношению к контрольным измерениям составляет не более 0,6 градусов С, что существенно в 6 раз превышает погрешность измерения датчика, полученную в лабораторных условиях. Появление столь существенной дополнительной погрешности измерения вызвано недостаточно эффективной тепловой изоляцией датчика от несущих металлических конструкций буя, отслеживающих температуру окружающей воздушной среды.The water temperature graph is smooth without sharp changes, clearly correlating with the daily course of air temperature. The error in measuring water temperature in relation to control measurements is not more than 0.6 degrees C, which is significantly 6 times higher than the error in measuring the sensor obtained in laboratory conditions. The appearance of such a significant additional measurement error is caused by insufficiently effective thermal isolation of the sensor from the supporting metal structures of the buoy, which monitor the temperature of the surrounding air.
Результаты измерений температуры воздуха достаточно в высокой степени соответствуют результатам контрольных измерений в пасмурную (при малой интенсивности солнечной радиации) или солнечную (при максимальной интенсивности солнечной радиации) и наличии ветра. В этих условиях различия в результатах измерений с контрольными приборами не превышает 1 градуса С. Однако в солнечную погоду при отсутствии ветра результаты измерений температуры воздуха оказываются существенно завышенными, достигая в отдельных случаях 5-9 градусов С.The results of measurements of air temperature are in a fairly high degree consistent with the results of control measurements in cloudy (with a low intensity of solar radiation) or solar (with a maximum intensity of solar radiation) and the presence of wind. Under these conditions, the difference in the results of measurements with control devices does not exceed 1 degree C. However, in sunny weather, in the absence of wind, the results of measurements of air temperature turn out to be significantly overestimated, reaching in some
Как показывают проведенные дополнительные исследования, существенные различия в показаниях связаны с воздействием на датчик температуры воздуха интенсивного восходящего теплового потока, образуемого при нагревании солнечной радиацией верхних несущих конструкций буя. Для исключения этого эффекта устанавливают солнцезащитный экран датчика температуры воздуха, который обеспечивает эффективную защиту от воздействия прямой солнечной радиации, сведя уровень дополнительной погрешности до допустимого, однако не обеспечивает достаточной защиты от обратного восходящего теплового потока.As additional studies have shown, significant differences in the readings are associated with the effect on the air temperature sensor of an intense ascending heat flux generated when the upper load-bearing structures of the buoy are heated by solar radiation. To eliminate this effect, a sun screen of the air temperature sensor is installed, which provides effective protection against direct solar radiation, reducing the level of additional error to an acceptable level, but does not provide sufficient protection against reverse upward heat flux.
Как свидетельствуют результаты сравнения с контрольными измерениями, радиационная поправка, при наличии защитного экрана, в солнечную погоду и при отсутствии ветра может достигать в отдельных случаях 5 градусов С при требовании к точности измерения температуры воздуха, равной 0,5 градусов С.As the results of comparison with control measurements show, the radiation correction, in the presence of a protective screen, in sunny weather and in the absence of wind can in some cases reach 5 degrees C with the requirement for an accuracy of measurement of air temperature of 0.5 degrees C.
Столь значительное влияние солнечной радиации на измерение температуры воздуха связано с недостаточной эффективностью экранирования чувствительного элемента датчика малогабаритным (диаметром 40 мм, высотой 80 мм) по условиям обеспечения плавучести буя солнцезащитным экраном со сквозными вентиляционными отверстиями, выполненным из фторопласта, имеющего белую солнцезащитную окраску и обладающего низкой теплопроводностью. Однако, несмотря на высокие теплоизолирующие свойства экрана, нагрев чувствительного элемента датчика в реальных условиях измерений оказывается значительно выше расчетного значения от воздействия прямой солнечной радиации.Such a significant influence of solar radiation on air temperature measurement is associated with insufficient shielding of the sensor element of the sensor with small-sized (diameter 40 mm, height 80 mm) under the conditions of buoyancy of the buoy with a sunscreen with through ventilation openings made of fluoroplastic having a white sun-shade and having a low thermal conductivity. However, despite the high heat-insulating properties of the screen, heating of the sensor element under real measurement conditions is much higher than the calculated value from direct solar radiation.
Как показывает проведенный анализ, существенную роль в радиационном нагреве играет температура верхней части корпуса буя, поверхность которой расположена на малом, порядка 0,7 м, расстоянии от датчика.As the analysis shows, a significant role in radiation heating is played by the temperature of the upper part of the buoy body, the surface of which is located at a small distance of 0.7 m from the sensor.
Под воздействием солнечной радиации, при отсутствии ветра верхняя часть корпуса буя подвергается максимальному нагреву, достигающему около 9 градусов С относительно температуры окружающего воздуха, образуя восходящий тепловой поток, вызывающий дополнительный нагрев датчика.Under the influence of solar radiation, in the absence of wind, the upper part of the buoy body undergoes maximum heating, reaching about 9 degrees C relative to the ambient temperature, forming an upward heat flux that causes additional heating of the sensor.
Суммарная радиационная составляющая погрешности измерения температуры воздуха существенно зависит от скорости ветра. При скорости ветра более 3 м/с восходящий тепловой поток воздуха отклоняется ветром и влияние корпуса буя практически полностью отсутствует. При этом остаточная температурная поправка от прямого нагрева солнцезащитного экрана значительно снижается при ветре за счет обдува и составляет не более 0,1 градуса С при скорости 5 м/с.The total radiation component of the error in measuring air temperature substantially depends on the wind speed. At a wind speed of more than 3 m / s, the upward heat flux is deflected by the wind and the influence of the buoy body is almost completely absent. In this case, the residual temperature correction from direct heating of the sun screen is significantly reduced in wind due to blowing and is not more than 0.1 degrees C at a speed of 5 m / s.
При постановке задачи по доработке солнцезащитного экрана с целью снижения радиационной погрешности до уровня 0,5 градуса С предполагалось, что достаточно будет изменить конструкцию экрана и применить более эффективные краски. Однако экспериментальные данные показали, что эти меры недостаточны. Новые лакокрасочные покрытия корпуса буя могут снизить его радиационный нагрев на величину не более 30%, т.е. перегрев составит 6 градусов С. При этом восходящий поток воздуха сохраняется и его влияние полностью не исключается, а только позволяет уменьшить величину нагрева также на 30%.When setting the task of finalizing the sun screen in order to reduce the radiation error to the level of 0.5 degrees C, it was assumed that it would be enough to change the screen design and apply more effective paints. However, experimental data showed that these measures are insufficient. New paint coatings of the buoy body can reduce its radiation heating by no more than 30%, i.e. overheating will be 6 degrees C. At the same time, the upward flow of air is preserved and its effect is not completely excluded, but only allows to reduce the heating value by 30% as well.
Для повышения эффективности самого экрана требуется увеличить его габариты, доведя их до стандартных размеров, принятых в автоматических метеостанциях - высота 400 мм, диаметр - 250 мм, но такие размеры экрана практически непригодны для дрейфующих буев, поскольку нарушают аэродинамику и гидродинамику и несоизмеримо велики с габаритными размерами корпуса буя. Вынос экрана за габаритные размеры буя с целью исключения воздействия восходящего потока также не представляется возможным из-за нарушений требований, предъявляемых к габаритным требованиям.To increase the efficiency of the screen itself, it is necessary to increase its dimensions, bringing them to standard sizes accepted in automatic weather stations - height 400 mm, diameter - 250 mm, but such screen sizes are practically unsuitable for drifting buoys, since they violate aerodynamics and hydrodynamics and are incommensurably large with overall dimensions of the hull of the buoy. The removal of the screen beyond the overall dimensions of the buoy in order to exclude the impact of the upward flow is also not possible due to violations of the requirements for overall requirements.
В качестве альтернативных вариантов решения задачи, связанной со снижением или исключением радиационной поправки, следует отнести использование ультразвукового датчика температуры измерения воздуха, принципиально не подверженного радиационному влиянию, или введение принудительной аспирации датчика с помощью малогабаритного вентилятора, аналогично реализованному в психрометре Ассмана. Однако эти варианты требуют более значительных энергозатрат и подвержены большей уязвимости к воздействию забрызгивания в условиях волнения и их реализация связана с существенными трудоматериальными затратами.As alternative solutions to the problem associated with the reduction or exclusion of radiation correction, the use of an ultrasonic air temperature measuring sensor, which is fundamentally not subject to radiation influence, or the introduction of forced aspiration of the sensor using a small fan, similar to that implemented in the Assman psychrometer, should be attributed. However, these options require more significant energy consumption and are subject to greater vulnerability to the effects of splashing in the conditions of excitement and their implementation is associated with significant labor costs.
Кроме того, использование в известном устройстве в качестве датчика атмосферного давления датчика, снабженного баропортом, существенно снижает надежность датчика. Это объясняется тем, что основу конструкции баропорта датчика атмосферного давления составляет капиллярное воздухозаборное устройство, одновременно выполняющее функцию затвора для поступления воды во внутреннюю полость датчика. Проведенные расчеты и результаты натурных испытаний показали, что воздухозаборное устройство, состоящее из 4-х капилляров диаметром 0,2 мм и длиной канала 5 мм в гидрофобной пробке из фторопласта, обеспечивает, с одной стороны, свободное прохождение воздуха, с другой стороны, - препятствует поступлению воды в полость датчика при избыточном гидростатическом давлении до 0,3 атмосфер.In addition, the use in the known device as a sensor of atmospheric pressure, a sensor equipped with a baroport, significantly reduces the reliability of the sensor. This is due to the fact that the basis of the design of the baroport of the atmospheric pressure sensor is a capillary air intake device that simultaneously performs the function of a shutter for water to enter the internal cavity of the sensor. The calculations and results of field tests showed that the air intake device, consisting of 4 capillaries with a diameter of 0.2 mm and a channel length of 5 mm in a hydrophobic fluoroplastic plug, provides, on the one hand, the free passage of air, on the other hand, prevents water entering the sensor cavity at an excess hydrostatic pressure of up to 0.3 atmospheres.
Однако, как свидетельствуют результаты экспериментальной проверки в натурных условиях, данная конструкция баропорта не обеспечивает герметичности воздухозабора при гидродинамическом воздействии, вызванном кратковременным (не более 5 с) погружением датчика в воду либо заливанием его при сильном волнении моря. Подтверждением этого является тот факт, что по истечении 10 суток эксперимента при данных воздействиях внутренняя полость баропорта оказывается частично заполненной водой, что приводит к нарушению нормального функционирования датчика и, как следствие, к полной потере информации об измеряемом атмосферном давлении.However, as evidenced by the results of an experimental test in natural conditions, this design of the baroport does not provide air tightness during hydrodynamic impact caused by short-term (no more than 5 s) immersion of the sensor in water or when it is flooded with strong sea waves. This is confirmed by the fact that after 10 days of the experiment, under these influences, the inner cavity of the baroport is partially filled with water, which leads to disruption of the normal functioning of the sensor and, as a result, to a complete loss of information about the measured atmospheric pressure.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности измерения гидрометеорологических параметров посредством датчиков, установленных на дрейфующих станциях (буях).The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of measuring hydrometeorological parameters by means of sensors installed at drifting stations (buoys).
Поставленная цель достигается тем, что дрейфующий буй для определения гидрометеорологических параметров, состоящий из корпуса цилиндрической формы, мачты с передающим устройством передачи информации по радио и спутниковым каналам связи, измерителя параметров ветра, измерителя атмосферного давления с баропортом, включающим разделительную камеру, влагопоглотитель, гибкую соединительную трубку, запираемый канал, воздухозаборник, шаровой клапан, размещенный внутри воздухозаборной трубки, датчика температуры воздуха, датчика температуры воды, маячка, радиолокационного уголкового отражателя, модуля управления с опционным блоком GPS, блока информационной памяти, центрального модуля с контроллером, измерителя высоты волны и ориентации буя, датчика скорости и направления течения, датчиков определения солености, электропроводности, мутности, содержания кислорода, содержания ионов рН, контролера процессов окисления/восстановления, источника питания, корпус которого выполнен из армированной пластмассы, а нижняя часть выполнена в виде металлического основания, снабженного стабилизирующим устройством, верхняя часть корпуса выполнена из пенопласта в виде расширяющего кверху конуса под углом 30 градусов, в центре которой герметично установлена трубка, проходящая через пенопластовый корпус, в верхней части которой на траверсе установлен датчик температуры воздуха, а в нижней части установлен датчик температуры воды, второй датчик температуры воздуха установлен на мачте в защитном экране, выполненном из гидрофобного теплоизолирующего материала с отражающим покрытием и снабженным боковыми вентиляционными отверстиями, а шаровой клапан баропорта датчика атмосферного давления выполнен из сферопластика, воздухозаборная трубка ориентирована входным отверстием вниз и внутри нее над шаровым клапаном расположен узкий канал, верхняя поверхность прилегания клапана отформована по сфере аналогичного диаметра запираемого канала.This goal is achieved in that the drifting buoy for determining hydrometeorological parameters, consisting of a cylindrical body, a mast with a transmitting device for transmitting information via radio and satellite communication channels, a wind parameter meter, an atmospheric pressure meter with a bar port including a separation chamber, a desiccant, and a flexible connecting tube, lockable channel, air intake, ball valve located inside the air intake pipe, air temperature sensor, temperature sensor Water, a beacon, a radar corner reflector, a control module with an optional GPS unit, an information memory unit, a central module with a controller, a buoy height and orientation meter, a speed and direction sensor, salinity, electrical conductivity, turbidity, oxygen, and oxygen content sensors pH ions, oxidation / reduction process controller, power source, the body of which is made of reinforced plastic, and the lower part is made in the form of a metal base, equipped with stabilizing device, the upper part of the body is made of polystyrene in the form of a cone expanding upward at an angle of 30 degrees, in the center of which is a hermetically sealed tube passing through the foam housing, in the upper part of which there is an air temperature sensor on the traverse, and a water temperature sensor is installed in the lower part , the second air temperature sensor is installed on the mast in a protective shield made of a hydrophobic heat-insulating material with a reflective coating and equipped with side ventilation tverstiyami and ball valve baroporta atmospheric pressure sensor is made of spheroplastic, air intake tube inlet is oriented downward and inside of the ball valve is a narrow channel, the upper surface of the valve abutment molded field similar diameter lockable channel.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг.1. Дрейфующий буй на поверхности воды.Figure 1. Drifting buoy on the surface of the water.
Фиг.1а. Общий вид.Figa. General form.
Фиг.1б. Схема размещения плат внутри буя.Fig.1b. The layout of the boards inside the buoy.
Фиг.1в. Архитектурная форма буя.Figv. The architectural form of the buoy.
Фиг.2. Блок - схема устройства.Figure 2. Block - diagram of the device.
Фиг.3. Схема баропорта датчика атмосферного давления.Figure 3. Baroport diagram of the atmospheric pressure sensor.
Дрейфующий буй (фиг.1), размещенный на поверхности воды, состоит из корпуса 1, снабженного стабилизирующим устройством 2, расположенным в его нижней части, что обеспечивает вертикальную устойчивость буя на волнении. Верхняя часть корпуса 3 выполнена в виде расширяющегося кверху конуса 4, что обеспечивает отслеживание профиля морской волны. В верхней части буя располагаются: спутниковая навигационная антенна 5 для связи со спутниковой навигационной системой, измеряющей географические координаты, поверхностное волнение и вектор скорости, а также для передачи измеренных параметров на наземные диспетчерские станции через навигационные спутники системы ГЛОНАСС или GPS.The drifting buoy (Fig. 1), placed on the surface of the water, consists of a housing 1 equipped with a stabilizing device 2 located in its lower part, which ensures vertical stability of the buoy in waves. The upper part of the
Конус 4 выполнен под углом 30 градусов и высотой 250 мм, что обеспечивает более точное отслеживание дрейфующим буем профиля волны - ординаты ее возвышения и, кроме того, позволяет гасить высокочастотные колебания буя и, как следствие этого, его заныривание под воду. Верхняя часть корпуса 3 изготовлена из твердого пенопласта, что снижает массу верхней части дрейфующего буя. В центре верхнего основания дрейфующего буя герметично установлена трубка 6, проходящая через пенопластовый корпус. В верхней части трубки 6 на специальной траверсе 7 установлен датчик температуры воздуха 8, а в нижней части установлен датчик температуры воды 9.Cone 4 is made at an angle of 30 degrees and a height of 250 mm, which provides more accurate tracking by the drifting buoy of the wave profile - the ordinates of its elevation and, in addition, allows you to dampen the high-frequency vibrations of the buoy and, as a result, dives under the water. The upper part of the
Внутри корпуса 1 расположено приборное шасси 10 на котором установлены платы 11 с размещенными на них соответствующими спектрометрами, средствами обработки и документирования полученной посредством датчиков информации.Inside the housing 1 there is an instrument chassis 10 on which there are installed boards 11 with the corresponding spectrometers placed on them, the means for processing and documenting the information obtained through the sensors.
Архитектурная форма дрейфующего буя определена исходя из требований функционального назначения, заключающегося в возможности более точного определения параметров волнения, в частности высоты и периода волн, а также исходя из требования, заключающегося в надежной передачи по спутниковому радиоканалу измеренной информации при наличии качки.The architectural form of the drifting buoy is determined on the basis of functional requirements, which consists in the possibility of more accurate determination of wave parameters, in particular wave height and period, as well as on the basis of the requirement to reliably transmit measured information via satellite radio channel in the presence of pitching.
С этой целью корпус 1 выполнен из армированной пластмассы и металлического основания 12 со стабилизаторами 13, образующими стабилизирующее устройство, которое выполняет двойную роль. С одной стороны оно является твердым балластом и служит для понижения центра масс, а с другой стороны, основание с четырьмя треугольными пластинами является демпфером и препятствует угловой качке. При этом дрейфующий буй состоит из трех частей: основной водоизмещающей, выполненной в виде цилиндра диаметром do и общей высотой Но; нижней конической части высотой Нн и диаметром нижнего меньшего основания конуса dн; верхней конической части высотой Нв и диаметром верхнего большого основания корпуса dв. При этом отношения d/H выбраны из условия, чем меньше это отношение, тем меньше присоединенная масса цилиндра, отнесенная к массе вытесненной этим объемом воды, что соответственно составляет следующие соотношения: Нв=(1,3-1,4)do; Но=(0,5-0,6)do; Нн=(0,4-0,5)do, что позволяет с минимальным искажением отслеживать волну по вертикали и иметь ограниченную угловую качку для надежной радиопередачи информации через связной спутник связи, а также обеспечить запас плавучести порядка 30%, что определяет объем надводной части буя, а также положительную остойчивость. При этом метацентрическая высота буя составляет не менее 5% его осадки.To this end, the housing 1 is made of reinforced plastic and a metal base 12 with stabilizers 13 forming a stabilizing device that performs a dual role. On the one hand, it is a solid ballast and serves to lower the center of mass, and on the other hand, the base with four triangular plates is a damper and prevents angular rolling. While the drifting buoy consists of three parts: the main displacement, made in the form of a cylinder with a diameter of d o and a total height of H about ; lower conical part with a height of H n and a diameter of the lower smaller base of the cone d n ; the upper conical part with a height of H in and a diameter of the upper large base of the housing d in . In this case, the d / H ratios are selected from the condition, the smaller this ratio, the smaller the attached mass of the cylinder, referred to the mass displaced by this volume of water, which accordingly amounts to the following ratios: N in = (1.3-1.4) d o ; H o = (0.5-0.6) d o ; N n = (0.4-0.5) d o , which allows you to track the wave vertically with minimal distortion and have a limited angular pitching for reliable radio transmission of information through a communication communication satellite, and also provide a buoyancy margin of about 30%, which determines the volume the surface of the buoy, as well as positive stability. In this case, the metacentric height of the buoy is at least 5% of its draft.
Определение параметров волнения осуществляется путем получения профиля волнения интегральным методом исходя из данных о вертикальной скорости буя при слежении за ним посредством аппаратуры, установленной на искусственном спутнике Земли, что позволяет исключить из обработки грубые измерения высоты и получать информацию о движении буя лишь по высокоточным данным о скорости. При этом вторичная обработка данных спутникового приемника включает несколько стандартных алгоритмов, включающих рекурентный следящий фильтр с бесконечной импульсной характеристикой и постоянной времени первого порядка астатизма, следящий фильтр второго порядка астатизма, стандартные оценки среднего значения и средней квадратической ошибки, стандартные алгоритмы выделения первичной волны (первой гармоники ряда Фурье). При этом неизвестная фаза первичной волны исключается при вычислении корня квадратного из суммы квадратов, усредненных за 15 минут амплитуд косинусной и синусной составляющих, а направление распространения волн определяются по восточной и северной составляющим вариаций скорости (орбитального движения).The wave parameters are determined by obtaining the wave profile using the integrated method based on the data on the vertical speed of the buoy when tracking it using equipment installed on an artificial Earth satellite, which allows excluding rough altitude measurements from processing and obtaining information about the movement of the buoy only from highly accurate speed data . At the same time, the secondary processing of satellite receiver data includes several standard algorithms, including a recurrent tracking filter with an infinite impulse response and a first-order astatism time constant, a second-order astatism tracking filter, standard estimates of the mean value and mean square error, standard algorithms for extracting the primary wave (first harmonic Fourier series). In this case, the unknown phase of the primary wave is excluded when calculating the square root of the sum of squares averaged over 15 minutes of the amplitudes of the cosine and sine components, and the direction of wave propagation is determined by the eastern and northern components of the velocity variations (orbital motion).
Решение задачи, связанной с введением поправки на влияние солнечной радиации, осуществляется путем определения по результатам прямого измерения температуры верхней части буя. Для этого используется конструкция из двух датчиков - термометров типа Pt-1000. Один из датчиков (термометров) 14 размещается на мачте высотой 0,7 м в малогабаритном защитном экране 15, изготовленном из гидрофобного теплоизолирующего материала с отражающим покрытием. Экран снабжен боковыми отверстиями для вентиляции. Второй термометр 8 устанавливается непосредственно на верхней крышке буя, наиболее подверженной нагреву солнцем. Между двумя термометрами всегда имеется некоторая разность показаний, пропорциональная радиационному нагреву. Между этой разностью и величиной необходимой поправки существует жесткая корреляционная связь, значение коэффициента корреляции которой зависит от скорости ветра. Это обусловлено тем, что при наличии ветра радиационная температура нагрева корпуса буя и датчика снижаются, соответственно в такой же пропорции снижается разность их температур.The solution of the problem associated with the introduction of corrections for the influence of solar radiation is carried out by determining the temperature of the upper part of the buoy by direct temperature measurements. For this, a design of two sensors is used - Pt-1000 type thermometers. One of the sensors (thermometers) 14 is placed on a mast 0.7 m high in a small-sized protective shield 15 made of a hydrophobic heat-insulating material with a reflective coating. The screen has side vents for ventilation. The
В результате, при наличии ветра и постоянном коэффициенте пересчета разности температур в поправку температуры воздуха величина этой поправки снижается и при этом автоматически осуществляется учет скорости ветра без ее измерения.As a result, with the presence of wind and a constant coefficient for converting the temperature difference into the air temperature correction, the value of this correction decreases and the wind speed is automatically taken into account without measuring it.
Подтверждением этого эффекта является рассмотрение двух предельных ситуаций, при которых температура нагрева датчика и корпуса буя практически отсутствуют:Confirmation of this effect is the consideration of two extreme situations in which the heating temperature of the sensor and the buoy body are practically absent:
1. При скорости ветра, равной нулю, разность температур между двумя датчиками - максимальная, поскольку один из датчиков открыт, а второй защищен экраном. Соответствующая поправка в этом случае к показаниям температуры воздуха, полученная умножением разности температур на постоянный экспериментально установленный коэффициент корреляции, является максимальной.1. At a wind speed of zero, the temperature difference between the two sensors is maximum, since one of the sensors is open, and the second is protected by a screen. In this case, the corresponding correction to the air temperature readings obtained by multiplying the temperature difference by a constant experimentally determined correlation coefficient is maximum.
2. При скорости ветра более 10 м/с, когда разность температур между двумя датчиками отсутствует, соответствующая радиационная поправка также равна нулю.2. At a wind speed of more than 10 m / s, when there is no temperature difference between the two sensors, the corresponding radiation correction is also zero.
Как показывает экспериментальная проверка, другим фактором, влияющим на точность измерения температуры воздуха в условиях эксплуатации буя, является забрызгивание датчика при атмосферных осадках или в условиях сильного волнения моря. В этих условиях поверхность буя и расположенный на ней вспомогательный датчик температуры 8 подвержены более интенсивному смачиванию и испарению воды под действием ветра по сравнению с датчиком измерения температуры воздуха 14, размещаемым на мачте 16 высотой около 0,7 м (соответственно около 1 м от поверхности воды) и защищенном солнцезащитным экраном 15.As an experimental verification shows, another factor affecting the accuracy of measuring air temperature under operating conditions of the buoy is the splashing of the sensor during atmospheric precipitation or in conditions of severe sea waves. Under these conditions, the surface of the buoy and the
В соответствии с их размещением интенсивность охлаждения датчиков будет различной, в результате чего устанавливается относительная разность друг друга, разность температур обратного знака. При этом наблюдается как снижение значений измеренной температуры воздуха в точке установки датчика за счет эффекта психрометра, так и разности температур по отношению к вспомогательному датчику измерения температуры поверхности буя. Величина снижения измеренной температуры воздуха и соответствующая поправка от влияния забрызгивания датчика определяется по разности температур вспомогательным датчиком измерения температуры 8 корпуса буя и использованием коэффициента корреляции, экспериментально определяемого с учетом физической природы их охлаждения.In accordance with their placement, the cooling intensity of the sensors will be different, as a result of which a relative difference between each other, a temperature difference of the opposite sign, is established. In this case, there is a decrease in the values of the measured air temperature at the sensor installation point due to the effect of the psychrometer, and the temperature difference with respect to the auxiliary sensor for measuring the surface temperature of the buoy. The magnitude of the decrease in the measured air temperature and the corresponding correction from the effect of splashing the sensor is determined by the temperature difference with an auxiliary sensor for measuring the temperature of the
На мачте 16 также установлен маячок 17, предназначенный для оперативного поиска буя, радиолокационный отражатель 18 и измеритель параметров ветра 19.On the mast 16 is also installed a beacon 17, designed for the rapid search of the buoy, a radar reflector 18 and a
Блок-схема (фиг.2) включает модуль управления с опционным блоком GPS 21, блок информационной памяти 22, центральный модуль 23 с контроллером, измеритель высоты волны и ориентации 24 буя, датчик скорости и направления течения 25, датчик определения солености 26, датчик электропроводности 27, датчик определения мутности воды 28, датчик содержания кислорода 29, датчик содержания ионов рН 30, контроллера процессов окисления/восстановления 31, источник питания 32, измерительные датчики температуры воздуха 8, 14, воды 9, измеритель параметров ветра 19, датчик атмосферного давления 20 с баропортом.The block diagram (figure 2) includes a control module with an
Центральный модуль 23 с контроллером (фиг.2) включает встроенный 8-канальный 16-разрядный АЦП типа AD 7715 с внешним входами для подключения датчиков, автономную систему контроля напряжения питания, внутренний температурный датчик на базе кремневого диодного p-n перехода, два компаратора с программируемым опорным напряжением, мультиплексор, последовательный интерфейс стандарта RS-232, три таймера, обеспечивающих измерение частоты относительно опорного кварцевого генератора, и представляет собой процессор с раздельными 14-битной шиной команд и 8-битной шинной данных. Двухступенчатый конвертор позволяет осуществлять выполнение до 35 команд в течение одного машинного цикла. Аналогом является микропроцессор типа PJC 14000.The
Центральный модуль 23 осуществляет организацию режима измерения гидрофизических параметров, обработку результатов измерений, формирование сигналов обмена с внешними устройствами и пакета данных в заданном формате, хранение в памяти для последующей передачи по спутниковому каналу связи. Основными функциями, определяющими алгоритм работы, являются последовательное включение энергопитания и опрос выходных сигналов первичных датчиков в соответствии с заданной программой, осреднение результатов измерения по каждому каналу в соответствии с заданными временными интервалами, введение поправок в результаты измерений, учитывающие дрейф нуля АЦП, отклонение характеристик преобразования от исходной, температурную зависимость характеристик датчиков с представлением данных в виде условных кодов, приведение условных кодов измеренных величин к физическим значениям гидрометеорологических параметров в соответствии с алгоритмом обработки данных с установленными градуировочными коэффициентами датчиков, запись и хранение полученных данных в буферной памяти микропроцессора, формирование сообщения установленного формата для передачи в спутниковый канал связи. В состав программного обеспечения входят мощный микроассемблер, внутрисистемный и отладочный эмуляторы, универсальный программатор и компилятор.The
Модуль управления 21 с опционным блоком GPS и блок информационной памяти 22 предназначены для приема и передачи информации через антенну 5 на искусственные спутники Земли. Измеритель высоты волн и ориентации 24 буя предназначен для измерения параметров волнения и состоит из контроллера (одно кристальная ЭВМ) и двух фильтров 1-го и 2-го порядков астатизма. При этом выполняется сглаживание по времени на интервале 15 минут горизонтальных составляющих скорости перемещения буя, а также выполняется обработка оценок вертикального движения буя. Оценка вертикального движения буя осуществляется путем совместной обработки текущих значений высоты и вертикальной скорости, вырабатываемых с секундным темпом обновления. Далее восстанавливают профиль волнения путем сглаживания и выполняют оценку среднего значения высоты волн с учетом трех географических координат и трех составляющих скорости перемещения буя (продольная, поперечная и вертикальная), получаемых со спутника. Схемы устройств 21, 22, 23 и 24 и алгоритмы их работы приведены в описании к патенту РФ №2254600.The
Аналогами устройств 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 являются аналогичные устройства аналогов и прототипа.
Схема баропорта датчика атмосферного давления 20 (фиг.3) включает разделительную камеру 33, влагопоглотитель 34, гибкую соединительную трубку 35, запираемый канал 36, шаровой клапан 37, воздухозаборник 38. Основу конструкции составляет шаровой клапан 37 в качестве запорного элемента, перекрывающего входное отверстие датчика от поступления воды при кратковременном погружении или захлестовании при волнении. Шаровой клапан выполнен из легкого гидрофобного материала - сферопластика и помещен внутри воздухозаборной трубки, ориентированной входным отверстием вниз. В этом случае шаровой клапан 37 под действием веса занимает нижнее положение и опирается на выступы внутри трубки, оставляя по периметру проходы для доступа воздуха. Внутри воздухозаборной трубки под шаровым клапаном 37 расположен относительно тонкий канал, который полностью перекрывается при его поднятии вверх до упора. Поверхность прилегания клапана точно отформована по сфере такого же диаметра, обеспечивая надежное уплотнение.The baroport diagram of the atmospheric pressure sensor 20 (Fig. 3) includes a
При погружении в воду шаровой клапан 37 всплывает, упирается в притертую поверхность ограничителя, тем самым перекрывая входное отверстие малого диаметра. При этом, чем больше наружное давление, в том числе динамическая составляющая, тем плотнее прилегает клапан и обеспечивает более надежную герметичность входного отверстия.When immersed in water, the
Ход клапана выполнен достаточно малым, порядка 3 мм при диаметре запорного шара 7 мм с таким расчетом, чтобы при воздействии ударной волны шар всплывет прежде, чем вода проникнет во внутрь запираемого канала. Упреждающее движение клапана при таком воздействии обеспечивается тем, что его перемещение осуществляется не только под воздействием гидростатики, но и под действием перепада давления. При этом залипание клапана в верхней позиции исключается соотношением его веса и относительно малой площадью прилегания к фланцу перекрываемого канала.The valve stroke is made sufficiently small, of the order of 3 mm, with a diameter of the locking ball of 7 mm so that when the shock wave is exposed, the ball will float before water enters the inside of the locked channel. The anticipatory movement of the valve under this effect is ensured by the fact that its movement is carried out not only under the influence of hydrostatics, but also under the influence of a pressure drop. Moreover, sticking of the valve in the upper position is eliminated by the ratio of its weight and relatively small area of contact to the flange of the blocked channel.
Экспериментальная проверка буя с входящими в его состав измерительными датчиками и устройствами обработки измеряемых параметров гидрофизических величин показала, что основная погрешность измерительных каналов, в частности атмосферного давления, не превышает 1,0 гПа, температуры воздуха - 0,5 градусов С, температуры воды - 0,1 градус С.An experimental check of the buoy with its measuring sensors and devices for processing the measured parameters of hydrophysical quantities showed that the main error of the measuring channels, in particular atmospheric pressure, does not exceed 1.0 hPa, air temperature - 0.5 degrees C, water temperature - 0 , 1 degree C.
Практическая реализация заявляемого устройства технической трудности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "промышленная применимость".The practical implementation of the claimed device does not present technical difficulties, which allows us to conclude that the claimed device meets the criterion of "industrial applicability".
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №1280321.1. USSR copyright certificate No. 1280321.
2. Авторское свидетельство СССР №1280320.2. Copyright certificate of the USSR No. 1280320.
3. Авторское свидетельство СССР №1712784.3. USSR copyright certificate No. 1712784.
4. Патент РФ №2040780.4. RF patent No. 2040780.
5. Патент РФ №2047874.5. RF patent No. 2047874.
6. Якорный буй прибрежного мониторинга модели 4280 фирмы AANDERAA Instruments.Проспект компании "Компания ИНФОМАР", сайт: www.infomarcompany.com.6. Anchor buoy coastal monitoring model 4280 firm AANDERAA Instruments. Prospect of the company "Company INFOMAR", website: www.infomarcompany.com.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006131765/28A RU2328757C2 (en) | 2006-09-04 | 2006-09-04 | Device for determining characteristics of sea wind-driven waves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006131765/28A RU2328757C2 (en) | 2006-09-04 | 2006-09-04 | Device for determining characteristics of sea wind-driven waves |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2328757C2 true RU2328757C2 (en) | 2008-07-10 |
Family
ID=39680879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006131765/28A RU2328757C2 (en) | 2006-09-04 | 2006-09-04 | Device for determining characteristics of sea wind-driven waves |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2328757C2 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2432589C1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-10-27 | Сергей Борисович Курсин | Device for determining characteristics of sea wind waves |
| 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 |
| RU2490679C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Buoy for determining characteristics of sea waves |
| CN104627323A (en) * | 2015-02-04 | 2015-05-20 | 国家海洋技术中心 | Jettison type weather drifting buoy |
| RU2561229C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-08-27 | Владимир Васильевич Чернявец | Buoy for determination of characteristics of sea wind waves |
| CN106945787A (en) * | 2017-05-05 | 2017-07-14 | 国家海洋技术中心 | One kind jettisons formula Air-sea heat fluxes buoy |
| RU195691U1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН" (ФИЦ ИнБЮМ) | DEVICE FOR STUDYING SURFACE AND SUBSURFACE FLOWS IN COASTAL AQUATORIES |
| CN111505060A (en) * | 2020-05-25 | 2020-08-07 | 国家海洋技术中心 | Ocean skin layer salinity measurement buoy |
| CN112173011A (en) * | 2020-10-13 | 2021-01-05 | 范桂宁 | Floating drum type marine navigation mark |
| CN112623119A (en) * | 2021-01-06 | 2021-04-09 | 浙江海洋大学 | Ocean monitoring buoy |
| CN118439131A (en) * | 2024-07-08 | 2024-08-06 | 潍坊市海洋发展研究院 | Floating marine environment monitoring device |
| RU2834079C1 (en) * | 2024-08-12 | 2025-02-03 | Акционерное общество "ЮНИКОМПЕКС" | Active floating self-contained data logger |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4220044A (en) * | 1979-05-02 | 1980-09-02 | Environmental Devices Corporation | Wave measuring buoy |
| SU1280320A1 (en) * | 1983-12-21 | 1986-12-30 | Марийский Ордена Дружбы Народов Политехнический Институт Им.А.М.Горького | Device for measuring height of waves |
| SU1280321A1 (en) * | 1985-05-20 | 1986-12-30 | Предприятие П/Я Г-4126 | Device for measuring parameters of internal waves |
| SU1712784A1 (en) * | 1988-12-02 | 1992-02-15 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Device for determining characteristics of sea wind waves |
-
2006
- 2006-09-04 RU RU2006131765/28A patent/RU2328757C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4220044A (en) * | 1979-05-02 | 1980-09-02 | Environmental Devices Corporation | Wave measuring buoy |
| SU1280320A1 (en) * | 1983-12-21 | 1986-12-30 | Марийский Ордена Дружбы Народов Политехнический Институт Им.А.М.Горького | Device for measuring height of waves |
| SU1280321A1 (en) * | 1985-05-20 | 1986-12-30 | Предприятие П/Я Г-4126 | Device for measuring parameters of internal waves |
| SU1712784A1 (en) * | 1988-12-02 | 1992-02-15 | Морской гидрофизический институт АН УССР | Device for determining characteristics of sea wind waves |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2432589C1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-10-27 | Сергей Борисович Курсин | Device for determining characteristics of sea wind waves |
| 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 |
| RU2490679C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Buoy for determining characteristics of sea waves |
| RU2561229C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-08-27 | Владимир Васильевич Чернявец | Buoy for determination of characteristics of sea wind waves |
| CN104627323A (en) * | 2015-02-04 | 2015-05-20 | 国家海洋技术中心 | Jettison type weather drifting buoy |
| CN106945787A (en) * | 2017-05-05 | 2017-07-14 | 国家海洋技术中心 | One kind jettisons formula Air-sea heat fluxes buoy |
| RU195691U1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН" (ФИЦ ИнБЮМ) | DEVICE FOR STUDYING SURFACE AND SUBSURFACE FLOWS IN COASTAL AQUATORIES |
| CN111505060A (en) * | 2020-05-25 | 2020-08-07 | 国家海洋技术中心 | Ocean skin layer salinity measurement buoy |
| CN111505060B (en) * | 2020-05-25 | 2020-10-30 | 国家海洋技术中心 | Ocean skin layer salinity measurement buoy |
| CN112173011A (en) * | 2020-10-13 | 2021-01-05 | 范桂宁 | Floating drum type marine navigation mark |
| CN112623119A (en) * | 2021-01-06 | 2021-04-09 | 浙江海洋大学 | Ocean monitoring buoy |
| CN118439131A (en) * | 2024-07-08 | 2024-08-06 | 潍坊市海洋发展研究院 | Floating marine environment monitoring device |
| RU2834079C1 (en) * | 2024-08-12 | 2025-02-03 | Акционерное общество "ЮНИКОМПЕКС" | Active floating self-contained data logger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grachev et al. | Stable boundary-layer scaling regimes: The SHEBA data | |
| Zhang et al. | Comparing air-sea flux measurements from a new unmanned surface vehicle and proven platforms during the SPURS-2 field campaign | |
| Eugster et al. | CO2 exchange between air and water in an Arctic Alaskan and midlatitude Swiss lake: Importance of convective mixing | |
| RU2328757C2 (en) | Device for determining characteristics of sea wind-driven waves | |
| Zatsepin et al. | Subsatellite polygon for studying hydrophysical processes in the Black Sea shelf-slope zone | |
| CN108116621B (en) | A real-time ocean acoustic observation buoy system | |
| Prytherch et al. | Wind, convection and fetch dependence of gas transfer velocity in an Arctic sea‐ice lead determined from eddy covariance CO2 flux measurements | |
| Sjöblom et al. | The turbulent kinetic energy budget in the marine atmospheric surface layer | |
| Yang et al. | Air–sea fluxes of CO 2 and CH 4 from the Penlee Point Atmospheric Observatory on the south-west coast of the UK | |
| Sahlée et al. | Influence from surrounding land on the turbulence measurements above a lake | |
| CN103364056A (en) | Scaling buoy of three-antenna multi-mode GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite height gauge | |
| Frost et al. | Meteorological controls of gas exchange at a small English lake | |
| Santini et al. | Observations of air–sea heat fluxes in the southwestern Atlantic under high‐frequency ocean and atmospheric perturbations | |
| CN118837416A (en) | On-line automatic monitoring system and method for carbon flux of water-gas interface of inland water body | |
| RU2490679C1 (en) | Buoy for determining characteristics of sea waves | |
| CN111505060B (en) | Ocean skin layer salinity measurement buoy | |
| JP2007327853A (en) | Sea state measurement method and apparatus using a super buoy | |
| Long et al. | Surface gas exchange determined from an aquatic eddy covariance floating platform | |
| Weller et al. | Sensors for physical fluxes at the sea surface: energy, heat, water, salt | |
| RU2561229C1 (en) | Buoy for determination of characteristics of sea wind waves | |
| Bouin et al. | Using scintillometry to estimate sensible heat fluxes over water: First insights | |
| Blanc et al. | The Naval Research Laboratory's air-sea interaction blimp experiment | |
| KR100573714B1 (en) | GPS constant water level observation device | |
| KR20150100197A (en) | Apparatus of measuring wave-induced current and the measuring system and method equipped with the developed apparatus | |
| CN119620067B (en) | A highly integrated ocean atmosphere corrected refractive index profile detection device and method |