УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПЯТЕН В МОРСКОЙ СРЕДЕ

Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде
Полезная модель относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использована при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды.
Для решения задачи обнаружения турбулентных пятен в морской среде необходимо иметь высокочувствительный преобразователь скорости в электрический сигнал. Одной из причин, препятствующих созданию устройств для обнаружения турбулентных пятен в морской среде, является чувствительность преобразователя скорости к паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций и неравномерного движения преобразователя, установленного на подвижном носителе, например, на буксируемой линии.
В результате проведенных патентно-информационных исследований аналогов предлагаемой полезной модели не обнаружено.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание устройства для обнаружения в морской среде турбулентных пятен с низким уровнем энергии турбулентности.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде содержит первый преобразователь скорости в электрический сигнал, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, идентичные первому преобразователю скорости в электрический сигнал, расположенные на
МПК GOIP 5/00
одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а также блок вычисления функции
- 2
if кЛ (R, ,.+и.
к
R.
где и - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, К масштабный коэффициент,  /   расстояния от первого преобразователя скорости в электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, соответственно, м, U , f/2 г 3  напряжения на первом, втором и третьем входах упомянутого блока определения функции, соответственно. В, при этом входы упомянутого блока вычисления функции с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий, соответственно, его выход соединен со входом полосового фильтра, а выход порогового блока является выходом устройства.
В предлагаемом устройстве второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал могут быть расположены на равных расстояниях от первого преобразователя скорости в электрический сигнал.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства,
на фиг. 2, 3 - схемы, поясняющие расположение преобразователей скорости в электрический сигнал.
На фиг. 1 обозначены:
1- первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2- второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3- третий преобразователь скорости в электрический сигнал;
4- блок вычисления функции (1).
5- полосовой фильтр;
(1)
2U,
8- пороговый блок;
9- источник порогового сигнала. На фиг. 2 обозначены:
1- первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2- второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3- третий преобразователь скорости в электрический сигнал;  / 3  расстояния от первого преобразователя скорости в
электрический сигнал до второго и третьего преобразователей скорости в электрический сигнал, соответственно. На фиг. 3 обозначены:
1- первый преобразователь скорости в электрический сигнал;
2- второй преобразователь скорости в электрический сигнал;
3- третий преобразователь скорости в электрический сигнал.
В соответствии с фиг. 1 устройство содержит идентичные первый, второй и третий преобразователи 1, 2, 3 скорости в электрический сигнал, выходы которых соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока 4 вычисления функции (1).
К выходу блока 4 вычисления функции (1) подключены последовательно соединенные полосовой фильтр 5, квадратор б, блок 7 усреднения и пороговый блок 8, второй вход которого соединен с источником 9 порогового сигнала, а выход является выходом устройства.
Преобразователи 1-3 скорости в электрический сигнал могут быть электромагнитного, термоанемометрического или иного другого известного типа.
Блок 4 вычисления функции (1) может быть выполнен, например, на операционных усилителях, реализующих функции суммирования и вычитания, или включать в свой состав многоканальный аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорный вычислитель функции (1).
Полосу пропускания полосового фильтра 5 выбирают в зависимости от пространственного масштаба анализируемых турбулентных неоднородностей и скорости движения подвижного носителя. Для решения поставленной задачи используют преимущественно диапазон пространственных неоднородностей Х,(О,01-1,0) м. При фиксированной скорости V движения подвижного носителя этому диапазону соответствует диапазон рабочих частот Af  fmin  fmax- В частности, для А- (О, 01-1,0) м и  м/с Af(5-500) Гц. Если скорость подвижного носителя может изp.
- 3 меняться, то верхнюю и нижнюю частоты диапазона рабочих частот выбирают, соответственно, из условий fniax Vmax mm  fmin Vmin max-Например, диапазону рабочих скоростей носителяV (2,5-10) м/с и упомянутому выше диапазону А,  (О,01-1, О) м соответствует полоса рабочих частот фильтра 5 Af(2,5-1000) Гц. Наилучшим вариантом выполнения фильтра 5 является его выполнение с возможностью ручной или автоматической перестройки полосы пропускания в зависимости от скорости движения носителя.
Время усреднения блока 7 выбирают, по меньшей мере, в 5-10 раз большим минимального периода колебаний на выходе полосового фильтра 5. Если полосовой фильтр 5 выполнен с перестройкой диапазона рабочих частот, то и блок 7 усреднения целесообразно выполнить с переменным временем усреднения, изменяюшд/1мся обратно пропорционально скорости движения подвижного носителя.
Источник 9 может иметь фиксированное значение порогового сигнала или переменное значение, которое может изменяться вручную или автоматически в зависимости от фоновых значений турбулентности или характера решаемых задач.
Блоки 5-9 могут быть аналоговыми или цифровыми, что не влияет на сушность полезной модели. Схемы построения блоков 5-9 хорошо известны.
Преобразователи 2 и 3 скорости в электрический сигнал расположены на одной прямой с преобразователем 1 на расстояниях  и з о
преобразователя 1 (фиг. 2). При этом прямая, на которой расположены преобразователи 1-3, может иметь в пространстве любое положение при условии сохранения работоспособности преобразователей 1-3. В частности, преобразователи 1-3 должны быть правильно ориентирована по отношению к направлению набегающего потока и не должны затенять друг друга.
Одним из оптимальных вариантов расположения преобразователей 1-3 по отношению к направлению потока, является вариант, при котором преобразователи 1-3 расположены на прямой линии, перпендикулярной направлению набегаюшего потока (фиг. 3).
Наиболее простьпл и предпочтительным вариантом взаимного расположения преобразователей 1-3 является вариант, при котором выполняется условие/ 2  3 s этом случае выражение (1) упрощается:
U,-(U,+U,}
и  к
Минимальные расстояния    выбирают из условия отсутствия влияния преобразователей 1-3 друг на друга и превышения минимального масштаба измеряемых турбулентных пульсаций скорости в несколько раз. Максимальные расстояния R и R ограничиваются конструктивными
возможностями и условиями соблюдения конструктивной жесткости взаимного расположения преобразователей 1-3. Обычно расстояния
составляют (0,1-1,0) м.
Предлагаемое устройство работает следуюшим образом.
Носитель, например, буксируемая линия корабля экологического мониторинга, осуществляет перемеш,ение в исследуемой среде жестко связанных преобразователей 1-3 скорости в электрический сигнал. Из выходного сигнала преобразователя 1 в блоке 4 происходит вычитание сигналов преобразователей 2 и 3 по формуле (1) или, в частном случае, по формуле (2). После обработки в блоке 4 сигнал, свободный от вибрационных помех, фильтруется, возводится в квадрат и усредняется блоками 5, 6, 7. Сигнал, пропорциональный энергии турбулентных пульсаций, поступает на первый вход порогового блока 8. Если энергия турбулентных пульсаций превышает заданный уровень, на выходе порогового блока 8 появляется сигнал, который свидетельствует о наличии турбулентного пятна в исследуемой морской среде.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обнаруживать в морской среде турбулентные пятна с низким уровнем энергии турбулентности за счет уменьшения влияния помех, обусловленных вибрациями и неравномерным движением носителя.
Представленное описание и чертежи позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить предлагаемое устройство в производстве и использовать его в тех областях техники, где требуется определять параметры турбулентности, в том числе вести контроль состояния морской среды с подвижного носителя, что характеризует полезную модель как промьшленно применимую.
(2)