УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ВОДОЕМАХ

Полезная модель относится к гидрометрии и может быть использована для измерения уровня воды в искусственных и естественных водоемах, в т.ч. в период замерзания акватории.
Известно устройство для измерения уровня воды в водоемах по патенту RU №2627569, МПК G01F 23/28, опубл. 08.08.2017 г. Устройство содержит вертикально расположенную трубу, в нижней части которой размещено отверстие для подвода воды в полость трубы, при этом внутри трубы размещен свободно плавающий поплавок, который выполнен в виде полого или сплошного диска, перекрывающего сечение трубы по внутреннему контуру с зазором. В верхней части трубы размещен измеритель расстояния, зондирующий луч которого направлен преимущественно на центральную часть плавающего в воде диска. Труба в верхней части содержит защитный кожух от метеоосадков и выпускное отверстие, связывающее полость трубы с внешней воздушной средой водоема, при этом труба в нижней части содержит насадку с отверстием, которое размещено соосно ее главной оси.
Недостатком изобретения является невозможность получения и передачи данных об уровне воды в автоматизированном режиме конечному потребителю, в т.ч. по запросу и отсутствие геодезической привязки уровня воды к государственной нивелирной сети. Все это снижает оперативность и точность получения измерений.
Указанный недостаток устранен в устройстве для измерения уровня воды в водоемах по патенту RU №179735, МПК G01F 23/64 (2006.01), опубл. 23.05.2018. Из известных решений это устройство по технической сущности и назначению является наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели. Устройство-прототип содержит вертикально расположенную и закрепленную на дне водоема трубу, в нижней части которой выполнены отверстия для подвода воды в полость трубы, при этом внутри трубы размещено свободно плавающее основание, перекрывающее сечение трубы по внутреннему контуру с зазором, а в верхней части трубы размещено измерительное устройство, причем измерительное устройство выполнено в виде геодезической аппаратуры GPS/ГЛОНАСС, состоящей из модема и приемника с антенной, установленной на штанге, закрепленной на плавающем основании соосно главной оси трубы.
Недостатком данного устройства является невозможность измерения уровня воды в замерзающих водоемах, т.к. в случае образования льда на поверхности воды свободно плавающее основание примерзает к нему и становится неподвижным. В результате измерительное устройство теряет способность вертикально перемещаться и перестает выполнять измерения уровня воды в акватории.
Предлагаемое устройство решает проблему измерения уровня воды, как в незамерзающих, так и в замерзающих водоемах.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в устройстве для измерения уровня воды в водоемах, (содержащем так же, как и прототип, вертикально расположенную и закрепленную на дне водоема трубу и измерительное устройство, выполненное в виде геодезической аппаратуры GPS/ГЛОНАСС, состоящей из модема и приемника с антенной, установленной в верхней части трубы на вертикальной штанге, закрепленной на основании, свободно перемещающемся вдоль трубы, при этом в нижней части трубы выполнены отверстия для подвода воды в полость, в отличие от прототипа, основание расположено на плавающей вставке, перекрывающей сечение трубы по внутреннему контуру, и выполненной из материала с малым объемным весом, низкой теплопроводностью и гигроскопичностью, например из пенопласта. Толщина вставки выбирается в пределах 0,05-0,25 м.
Сущность полезной модели заключается в размещении основания антенны на вставке, которая за счет свойств выбранного материала играет роль теплоизолятора на границе воздух-вода, не давая воде замерзнуть в вертикальной трубе. В то же время вставка удерживает основание антенны на плаву в любое время года, что позволяет выполнять уровневые наблюдения воды, как в незамерзающих, так и замерзающих акваториях.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - измерение уровня воды, как в незамерзающих, так и замерзающих акваториях решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами (фиг. 1).
Устройство содержит закрепленную на дне водного объекта вертикальную трубу 1. Внутри трубы 1 размещено основание 2. На основании 2 соосно главной оси трубы закреплена штанга 3, на которой в направляющих 4 на высоте АН от уровня воды установлена антенна приемника 5 геодезической аппаратуры GPS/ГЛОНАСС, включающей кроме приемника 5 модем 6. Отклонению от вертикальной оси штанги 3 препятствуют направляющие 4, установленные на внутренней поверхности трубы 1, при этом они не мешают свободному вертикальному перемещению основания 2 при повышении или понижении уровня воды. Питание приемника 5 GPS/ГЛОНАСС и модема 6 осуществляется посредством блока сменных аккумуляторов 7, которые поддерживают автономность устройства в течение длительного времени. Для бесперебойного питания аппаратуры могут быть использованы солнечные батареи. Питание на аппаратуру может поступать также от сети через электрические кабели, проложенные по дну водоема (на чертеже не показаны). Основание 2 размещено на пенопластовой вставке 8. Толщина вставки 8 определяется в зависимости от минимальной среднемесячной температуры зимнего периода региона расположения водоема по статистическим данным многолетних наблюдений, а также от требования достаточной надежности удержания на плаву основания 2 с антенной. Тем самым обеспечивается необходимый уровень теплоизоляции, препятствующий замерзанию воды внутри вертикальной трубы, что позволяет выполнять уровневые наблюдения воды в любое время года.
Перед подготовкой устройства к работе производится калибровка геодезической аппаратуры GPS/ГЛОНАСС к нулевому уровню воды по ближайшему опорному геодезическому пункту или по спутниковой геодезической сети в местной, региональной или глобальной системе высот и проекций. Далее антенна приемника 5 аппаратуры устанавливается на штангу 3, высота которой вводится в приемник 5 аппаратуры в качестве поправки ДН. Модем передает потребителю данные об уровне воды в водоеме на момент установки устройства с заданной периодичностью или по запросу потребителя -таким образом реализуется двухсторонняя связь.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При изменении уровня воды в незамерзшем водоеме через отверстия, выполненные в нижней части трубы происходит наполнение или опорожнение трубы 1, внутри которой в вертикальной плоскости при повышении или понижении уровня воды перемещается вставка 8 с основанием 2 и штангой 3. Вместе со штангой изменяет свое положение и антенна приемника 5 аппаратуры GPS/ГЛОНАСС, модем 6 которой передает сведения о новой высоте антенны (с учетом поправки АН) для хранения и обработки на внешнем сервере, в базе данных, веб-сайте или удаленном автоматизированном рабочем месте эксплуатирующей организации. При образовании льда 9 в водоеме, в трубе за счет теплоизоляции воды на границе с воздухом она продолжает находиться в жидком состоянии, что позволяет устройству беспрепятственно производить необходимые измерения.
Полезная модель была создана специалистами кафедры «Основ инженерного проектирования» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала СО. Макарова» в составе научно-исследовательской работы совместно с ООО «ЗД спутниковая навигация», ООО «Фарватер» и ЗАО «НПК «ПРОМЭЛЕКТРОНИКА» и была успешно апробирована. Как показали испытания, устройство одинаково осуществляет измерение уровня воды как в незамерзающих, так и замерзающих акваториях.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».