RU2447409C1

RU2447409C1 - Local level gauge

Info

Publication number: RU2447409C1
Application number: RU2010137440/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Комаров (RU); Валерий Сергеевич Комаров
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2012-04-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: sea level gauge has an electromagnetic location sensor for the position of the sea level relative a receiving-transmitting antenna. The sensor is mounted on the upper aerial base of a vertical cylindrical damper, fixed relative the earth's geoid, whose level relative the geoid is known. The lower base of the damper is rounded and tightly rests at the bottom in the coastal area of the sea. On the level of the lower base, there is a throttle which links the inner vessel of the damper with the sea surface. Also, the beam pattern of the receiving-transmitting antenna of the gauge is directed downwards in the direction of the gravitational force and is aligned along the axis of the damper, the height of the aerial part of which above the average level of a calm sea is not less than the maximum expected rise of the sea level.

EFFECT: device enables automatic measurement in continuous or standby mode for a long period of time, while transmitting data to coastal synoptic stations, emergency services or the Internet, the device can be programmed to detect extreme deviations and an alarm signal.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидрометеорологии, океанологии, океанографии, гидрологии, судоходству, службам безопасности, а также к проектированию портовых и прибрежных строений и может быть использовано в этих областях хозяйственной деятельности.The invention relates to hydrometeorology, oceanology, oceanography, hydrology, shipping, security services, as well as to the design of port and coastal structures and can be used in these areas of economic activity.

Известны различные устройства [1] для измерения уровня моря, содержащие измерительный сосуд, со «спокойной водой», сообщающийся с морем, преобразователи и регистраторы измеренной величины.There are various devices [1] for measuring sea level, containing a measuring vessel with "calm water" in communication with the sea, transducers and recorders of the measured value.

Недостатками известных решений являются громоздкость, слабая надежность, высокая дороговизна и низкая точность измерений.The disadvantages of the known solutions are cumbersome, poor reliability, high cost and low measurement accuracy.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство [2], содержащее датчик локации положения уровня жидкости (т.е. ее расстояния) относительно приемно-излучающей антенны, закрепленный на неподвижной основе.Closest to the proposed solution is a device [2], containing a location sensor for the liquid level position (ie its distance) relative to the receiving-emitting antenna, mounted on a fixed base.

Указанное решение также не свободно от недостатков таких, как снижение точности за счет волнения водной поверхности, которое всегда присутствует на открытой морской поверхности, или вспенивания зеркала жидкости вследствие того же волнения, что характерно для свободной поверхности моря.The indicated solution is also not free from disadvantages such as a decrease in accuracy due to waves of the water surface, which is always present on the open sea surface, or foaming of a liquid mirror due to the same waves that is characteristic of the free surface of the sea.

Предлагаемое решение позволяет избежать указанных недостатков, связанных со свойствами свободной поверхности моря и необходимостью вести отсчет от нее.The proposed solution avoids these drawbacks associated with the properties of the free surface of the sea and the need to count from it.

Поставленная цель достигается тем, что в известном измерителе уровня моря, содержащем датчик электромагнитной локации положения уровня жидкости относительно приемно-излучающей антенны, закрепленный на неподвижном основании, датчик установлен на фиксированном относительно земного геоида верхнем - атмосферном основании вертикального цилиндрического демпфера, уровень которого относительно геоида известен, а нижнее основание заглублено, герметично опираясь на дно в прибрежной части акватории моря, при этом на уровне нижнего основания выполнен дроссель, обеспечивающий сообщение внутреннего сосуда демпфера с поверхностью моря, кроме того, диаграмма направленности приемоизлучающей антенны датчика направлена вниз в направлении силы тяжести и сориентирована вдоль оси демпфера, высота атмосферного участка которого над средним уровнем спокойного моря не менее максимально ожидаемого подъема уровня моря.This goal is achieved by the fact that in the known sea level meter containing an electromagnetic location sensor of the liquid level position relative to the receiving-emitting antenna, mounted on a fixed base, the sensor is mounted on an upper atmospheric base of a vertical cylindrical damper fixed relative to the earth’s geoid, the level of which is relative to the geoid and the lower base is buried, hermetically resting on the bottom in the coastal part of the sea, while at the level of the lower base a throttle is made to provide communication between the internal damper vessel and the sea surface; in addition, the radiation pattern of the sensor’s receiving-emitting antenna is directed downward in the direction of gravity and is oriented along the axis of the damper, the height of the atmospheric portion of which above the average calm sea level is not less than the maximum expected sea level rise.

При этом локационный датчик помещен в термостатированный брызгозащитный кожух, установленный на верхнем основании демпфера, и снабжен микропроцессором, автономным электропитанием и радиомодемом.At the same time, the location sensor is placed in a thermostatic splash guard installed on the upper base of the damper, and is equipped with a microprocessor, autonomous power supply and a radio modem.

Возможность реализации.Possibility of implementation.

Сущность предлагаемого изобретения разъясняется схематичным чертежом Фиг.1, где электромагнитный локационный датчик 1 закреплен на верхнем основании 2 цилиндрического демпфера 3. Нижнее основание демпфера 4 заглублено в донный грунт, являясь силовой опорой устройства. Там же у поверхности дна, в стенке демпфера выполнен дроссель 5, который соединяет полость демпфера с морской поверхностью через толщу h морской воды. Основание 2 - это опорный фланец, который возвышается над средним уровнем моря, в данной точке акватории, на высоту, большую чем l - известного из истории гидрологии максимального подъема уровня моря для данной акватории. Приемоизлучающая антенна датчика 6 направлена вертикально вниз вдоль оси демпфера. Датчик размещают в термостатированном и брызгозащитном кожухе 7, где размещают, так же, микропроцессор 8 с блоком автономного питания и радиомодем 9 со своей антенной 10.The essence of the invention is illustrated by a schematic drawing of Figure 1, where the electromagnetic location sensor 1 is mounted on the upper base 2 of the cylindrical damper 3. The lower base of the damper 4 is buried in the ground soil, being the power support of the device. In the same place at the bottom surface, in the wall of the damper, a choke 5 is made, which connects the cavity of the damper to the sea surface through the thickness h of sea water. Base 2 is a supporting flange that rises above the average sea level, at a given point in the water area, to a height greater than l - the maximum sea level rise known from the history of hydrology for a given water area. The receiving-emitting antenna of the sensor 6 is directed vertically down along the axis of the damper. The sensor is placed in a thermostated and splashproof casing 7, where they also place the microprocessor 8 with an autonomous power supply and a radio modem 9 with its antenna 10.

Устройство функционирует следующим образом. Опираясь герметично на дно в прибрежной части акватории моря, демпфер 3 образует через дроссель 5 сообщающиеся сосуды с морской поверхностью. Поэтому уровень моря 11 внутри демпфера соответствует спокойному уровню свободной воды. Диаграмма 6 антенны датчика 1 направлена на зеркало уровня 11 перпендикулярно и также перпендикулярно отражается. Волнение моря отгорожено и не проникает внутрь демпфера, поэтому нет волновых искажений угла отражения. За счет дросселирования высокочастотные искажения уровня уменьшаются с коэффициентом дросселирования, равным отношению площадей сечения дросселя и демпфера, а заглубление дросселя на глубину А снижает передаточную функцию волнового давления на этой глубине.The device operates as follows. Leaning hermetically to the bottom in the coastal part of the sea, the damper 3 forms communicating vessels with the sea surface through the throttle 5. Therefore, sea level 11 inside the damper corresponds to a calm level of free water. Diagram 6 of the sensor 1 antenna is directed at the level 11 mirror perpendicularly and is also reflected perpendicularly. The sea waves are fenced off and do not penetrate the damper, so there is no wave distortion of the reflection angle. Due to throttling, high-frequency level distortions are reduced with a throttling coefficient equal to the ratio of the cross-sectional areas of the throttle and the damper, and deepening the throttle to a depth A reduces the transfer function of the wave pressure at this depth.

Конструктивные параметры устройства: D - диаметр сечения демпфера, d - диаметр сечения дросселя и h - заглубление дросселя определяются исходя из требований точности устройства и гидрологии акватории. Последняя характеризуется средней характерной длиной волны и средней характерной амплитудой волнового давления Δр. Конструктивные и гидрологические параметры связаны формулой скорости δλ/δτ изменения уровня в демпфере под влиянием градиента волнового давления, которая должна быть не меньше скорости δs/δτ изменения уровня моря под влиянием приливно-отливных явлений, явлений цунами, сейшей и нагонов известных (справочная величина) гидрологических величин для данной акватории.The design parameters of the device: D is the diameter of the cross section of the damper, d is the diameter of the cross section of the throttle and h is the depth of the throttle are determined based on the requirements of the accuracy of the device and the hydrology of the water area. The latter is characterized by an average characteristic wavelength and an average characteristic wave pressure amplitude Δp. The structural and hydrological parameters are related by the formula for the velocity δλ / δτ of the level change in the damper under the influence of the wave pressure gradient, which should be no less than the velocity δs / δτ of the sea level change under the influence of tidal phenomena, tsunami, seiche and seizure phenomena (reference value) hydrological values for a given water area.

где µ - коэффициент гидравлического сопротивления выбранного дросселя (справочная величина) и ρ плотность воды.where µ is the coefficient of hydraulic resistance of the selected inductor (reference value) and ρ is the density of water.

Получая от датчика измеренные величины уровней, микропроцессор передает через радиомодем на береговой центр наблюдения и в Интернет.Receiving the measured level values from the sensor, the microprocessor transmits via a radio modem to the coastal observation center and to the Internet.

После выбора акватории и места размещения уровнемера, т.е. определения гидрологических величин, подбирают подходящие соотношения величин h, d, D и µ в выражении (1) и назначают их конструктивные значения.After choosing the water area and location of the level gauge, i.e. determination of hydrological quantities, select the appropriate ratio of the quantities h, d, D and µ in the expression (1) and assign their design values.

В качестве демпфера может быть использована труба из металлопроката, например электросварная ГОСТ 10704.10705, оцинкованная или крашенная «корабельным суриком» ими другим коррозионнозащитным покрытием, с дросселем, например вентилем из водопроводной арматуры ГОСТ Р 52720-2007. Локационный датчик может работать в радиодиапазоне, например, как УЛМ-11 или в ИК-диапазоне как Leica Disto A2. Микропроцессор может быть, например, типа Atmel (ATtiny, ATmega), связан кабелем с датчиком, радиомодемом, например, SATELLINE-3AS NMS Epic и блоком питания типа батареи никель-кадмиевых аккумуляторов «SANYO». Эти модули могут быть помещены в защитный кожух, например, фирмы HENSEL, степень защиты которого не менее IP-55: - IP-65:As a damper, a rolled metal pipe can be used, for example, electric welded GOST 10704.10705, galvanized or painted with “ship ground” with another corrosion-resistant coating, with a choke, for example, a valve from water fittings GOST R 52720-2007. The location sensor can operate in the radio range, for example, as ULM-11 or in the infrared range as Leica Disto A2. The microprocessor can be, for example, of the Atmel type (ATtiny, ATmega), connected by a cable to the sensor, a radio modem, for example, SATELLINE-3AS NMS Epic and a power supply unit such as a SANYO nickel-cadmium battery. These modules can be placed in a protective casing, for example, from HENSEL, the degree of protection of which is at least IP-55: - IP-65:

Список использованной литературыList of references

1. Димаксян A.M. Гидрологические приборы. Л.: Гидрометеоиздат, 1972.1. Dimaksyan A.M. Hydrological instruments. L .: Gidrometeoizdat, 1972.

2. Уровнемеры Лимако УЛМ-11А1 http://www.limaco.ru/ru/production/101/120/2. Level gauges Limako ULM-11A1 http://www.limaco.ru/en/production/101/120/

Claims

1. A sea level meter containing an electromagnetic location sensor of a liquid level position relative to a receiving-emitting antenna, bounded on a fixed base, characterized in that the sensor is mounted on a vertical atmospheric base of a vertical cylindrical damper fixed relative to the earth's geoid, the level of which is relative to the geoid, and the lower base is buried, hermetically resting on the bottom in the coastal part of the sea, while at the level of the lower base a throttle is made, providing yuschy message damper inner vessel from the sea surface, moreover, the receiving-directional pattern radiating antenna sensor is directed downwards in the direction of gravity and is oriented along the axis of the damper, the atmospheric portion whose height above mean sea level of quiet at least the maximum anticipated sea level rise.

2. The device according to claim 1, characterized in that the location sensor is placed in a thermostatically controlled splash guard mounted on the upper base of the damper, and is equipped with a microprocessor and autonomous power supply.