ОБРЫВНОЙ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ ЗОНД
DETACHABLE OCEANOGRAPHIC PROBE

Изобретение относится к области исследования гидрологических параметров морской воды, в частности к устройствам, запускаемым с плавсредства-носителя, для исследования на больших глубинах.
Исследования морской среды, связанные с изучением изменчивости гидрологических параметров в зависимости от глубины, в частности с необходимостью погружения зондов на заданные горизонты, требуют точного измерения глубины.
Известен обрывной океанографический зонд (пат. США №3561268, 9.02.1971), конструкция которого, в значительной степени, определяется содержащимся в нем электромеханическим датчиком давления. В силу своих конструктивных особенностей такие датчики, имеющие предельную точность измерения 2-5%, не позволяют измерять гидростатическое давление (глубину) с требуемой точностью, равной 0,1-0,2%, поэтому в настоящее время в системах измерения гидрологических параметров не используются.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является обрывной океанографический зонд (пат. США №5555518 от 10.09.1996), содержащий утяжеленную носовую часть и хвостовую часть со средствами для стабилизации положения зонда при движении, содержащую катушку с кабелем, для соединения с системой сбора данных, расположенной на носителе, установленные в носовой части датчик характеристик морской воды (например, датчик температуры) и датчик давления, контактирующие с морской водой, а также средства для преобразования сигналов давления и характеристик морской воды и их синхронизации, обеспечивающие их передачу по кабелю к системе сбора данных.
В носовой части зонда имеется центральное отверстие к внутреннему проточному каналу, имеющему выход в хвостовой части зонда. В проточном канале могут быть установлены один или несколько датчиков характеристик морской воды, таких как датчик электропроводности или датчик температуры. Датчик давления расположен вдоль проточного канала таким образом, что чувствительный к давлению элемент подвергается воздействию протекающей морской воды.
Недостатком описанного устройства является наличие динамической составляющей сигнала давления, вследствие воздействия на чувствительный элемент датчика давления напора потока воды в канале при движении зонда, что существенно снижает точность измерения.
Кроме того, в описанном устройстве датчик температуры, размещенный внутри корпуса, имеет значительную тепловую инерцию за счет влияния присоединенной массы корпуса зонда и протяженности проточного канала, что также влияет на точность измерения температуры.
Еще одним недостатком является вероятность засорения узкого проточного канала, что может привести к отказу в работе устройства.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений гидрологических параметров и надежности работы зонда.
Указанный технический результат достигается тем, что в обрывном океанографическом зонде, содержащем утяжеленную носовую часть и хвостовую часть, имеющую средства для стабилизации положения зонда при его движении и содержащую катушку с кабелем, выходящим через отверстие в хвостовой части, а также расположенные в носовой части датчик температуры и датчик давления, контактирующие с морской водой, и герметично установленные источник питания и соединенные с ним электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков, на входы которых поступают сигналы с датчиков, а выходы соединены с кабелем, в соответствии с изобретением, датчик давления расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент датчика контактирует с неподвижной морской водой, а датчик температуры установлен так, что его чувствительный элемент выступает над поверхностью зонда.
Заявляемый технический результат может быть достигнут, в частном случае, тем, что датчик давления установлен в перегородке, герметично закрывающей носовую часть зонда, причем его чувствительный к давлению элемент обращен в сторону хвостовой части зонда. Перегородка, в этом случае, может быть выполнена съемной.
Датчик давления, датчик температуры, источник питания и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков могут быть установлены в герметизирующем материале, заполняющем носовую часть зонда.
Для организации цифровой передачи сигналов обрывной океанографический зонд может дополнительно содержать аналого-цифровой преобразователь, установленный в электронных средствах преобразования и синхронизации сигналов датчиков.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, фиг.1 и фиг.2, на которых представлены примеры выполнения обрывного океанографического зонда, и фиг.3, на которой представлен пример структурной схемы электронных средств преобразования и синхронизации сигналов датчиков.
Обрывной океанографический зонд (фиг.1, фиг.2) содержит утяжеленную носовую часть 1 и хвостовую часть 2, имеющую средства 3 для стабилизации положения зонда при движении и содержащую катушку 4 с намотанным на нее кабелем 5, выходящим через отверстие 6 в хвостовой части 2. В носовой части 1 расположены датчик давления 7, датчик температуры 8 и герметично установленные в полости 19 источник питания 9 и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10, соединенные с кабелем 5, обеспечивающим передачу измерительных сигналов от датчиков давления 7 и температуры 8 к системе сбора и обработки информации (на чертеже не показана), расположенной на носителе.
Датчик давления 7 расположен таким образом, что при погружении зонда чувствительный к давлению элемент 11 датчика контактирует с неподвижной морской водой, заполняющей хвостовую часть 2.
В качестве датчика давления может быть использован, например, датчик Д10-2 фирмы «ОРЛЭКС», в котором чувствительным элементом является мембрана с кремниевыми тензорезисторами, объединенными в мост.
Датчик температуры 8 установлен в носовой части 1 зонда так, что его чувствительный элемент 12 выступает над поверхностью зонда, чем обеспечивается непосредственный контакт чувствительного элемента с набегающим на зонд потоком.
В качестве датчика температуры 8 может быть использован малоинерционный герметизированный термистор, например СТ3-14, с диаметром чувствительного элемента 12 менее 1 мм.
Электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10 (фиг.3) могут содержать, например, преобразователь сигнала датчика давления 13, преобразователь сигнала датчика температуры 14 и устройство синхронизации сигналов 15.
Преобразователь сигнала датчика давления 13 включает источник опорного напряжения, выход которого соединен со входом тензорезисторного моста чувствительного элемента 11, и инструментальный усилитель, вход которого соединен с выходом тензорезисторного моста, а выход является выходом преобразователя сигнала датчика давления 13.
Преобразователь сигнала датчика температуры 14 содержит мостовую схему, вход которой подключен к датчику температуры 8, и дифференциальный усилитель, соединенный с ее выходом.
Сигналы с выходов преобразователей сигналов датчика давления 13 и датчика температуры 14 поступают на кабель 5, выполняющий функцию линии связи с системой сбора и обработки информации.
Синхронизация сигналов с выходов преобразователей сигналов датчиков 13 и 14 выполняется устройством синхронизации 15, например, по цепи питания.
В качестве устройства синхронизации сигналов температуры и давления 15 может использоваться аналоговый мультиплексор.
В случае организации цифровой передачи, сигналы с выходов преобразователей поступают на входы аналого-цифрового преобразователя (АЦП), устанавливаемого в электронных средствах преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10. При этом устройством синхронизации может выступать, например, мультиплексор АЦП. Измерительные сигналы с выхода АЦП по кабелю 5 передаются к системе сбора и обработки информации.
Стабилизаторы 3 положения зонда могут быть выполнены в виде продольных ребер на пластмассовом корпусе 16 хвостовой части 2 зонда.
В соответствии с первым примером выполнения (фиг.1) датчик давления 7 может быть установлен в перегородке 17, герметично закрывающей носовую часть 1. Датчик температуры 8 установлен в утяжеленном корпусе 18 носовой части 1. Электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков давления и температуры 10 располагаются в герметичной полости. Перегородка 17 может быть выполнена съемной для облегчения сборки зонда и возможности смены источника питания.
В соответствии с еще одним примером выполнения зонда (фиг.2) датчик давления 7, датчик температуры 8, источник питания 9 и электронные средства преобразования и синхронизации сигналов датчиков 10 установлены в герметизирующем материале 20, заполняющем носовую часть 1 зонда.
Зонд работает следующим образом.
Перед погружением источник питания 9 подключается (например, по команде, получаемой по кабелю) к преобразователям сигналов 13 датчиков давления и 14 температуры, запуская процесс измерения.
Хвостовая часть 2 зонда через отверстие 6 однократно самопроизвольно заполняется морской водой. При движении зонда на чувствительный элемент датчика давления 11 действует только столб вышерасположенной жидкости. Сигнал с тензорезисторного моста чувствительного элемента, через преобразователь сигнала 13, поступает по кабелю 5 к системе сбора и обработки информации. При этом динамическая составляющая сигнала, связанная с воздействием на чувствительный элемент потока жидкости, отсутствует.
Датчик температуры 8 измеряет температуру набегающего потока, при этом влияние присоединенной массы корпуса зонда отсутствует. Сигнал с датчика 8 поступает на мостовую схему преобразователя сигнала 14, усиливается и поступает по кабелю 5 к системе сбора и обработки информации.
Синхронизация передачи сигналов температуры и давления к системе сбора и обработки информации обеспечивается подачей в заданные моменты времени сигналов с устройства синхронизации 15 на преобразователи сигналов 13 и 14. Кабель 5 свободно сматывается с катушки по мере движения зонда. По достижении заданной глубины погружения зонда кабель 5 механически разрывается и работа зонда заканчивается.
Таким образом, предлагаемая конструкция зонда позволяет обеспечить установку датчиков температуры и давления без организации проточного канала в зонде и возникновения связанных с этим дополнительных помех в измерительных сигналах, что обеспечивает высокую точность и надежность работы зонда.
Заявляемый обрывной океанографический зонд может быть изготовлен в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования.