Файл: Океанография и морская метеорология учебник..pdf

К следующему. Лопастной винт прибора непрерывно вращается течением. Его вращение посредством магнит­ ной муфты передается в регистрирующую часть прибо­ ра. Через заданные промежутки времени автоматически включается сцепление лопастного винта с диском скоро­ сти, который начинает поворачиваться. Чем больше ско­ рость течения, тем на больший угол успеет повернуться диск за время, пока включено его сцепление с лопаст­ ным винтом. Включение и выключение диска скорости осуществляется часовым механизмом. Время, в течение которого диск скорости связан с лопастным винтом, на­ зывается временем экспозиции. Одновременно с нача­ лом экспозиции, т. е. включением диска скорости, часо­ вой механизм освобождает стопорное приспособление (арретир) магнитной картушки, и она устанавливается в плоскости магнитного меридиана. По окончании экс­ позиции автоматически срабатывает печатающий меха­ низм. На диске скорости и на магнитной картушке на­ клеены резиновые цифровые шкалы. Печатающий ме­ ханизм наносит краску на эти шкалы и прижимает к ним ленту, на которой отпечатываются цифры с диска скорости и с магнитной картушки. После того как от­ печаток сделан, диск скорости возвращается в исходное положение.

Самописец течения Алексеева изготовляется в не­ скольких вариантах: для работ от глубины 250 м до

6000 м.

Автономность работы прибора зависит от числа экс­ позиций за 1 ч. Максимальная автономность достигает двух месяцев.

Последующей модернизацией буквопечатающей вер­ тушки Алексеева является электрифицированный само­ писец течений ЭСТ, в котором механический двигатель заменен электрическим. Принцип действия ЭСТ анало­ гичен принципу действия БПВ, но по сравнению с БПВ электрифицированный самописец течения имеет боль­ шую автономность (до шести месяцев при регистрации течений через 1 ч) и ряд конструктивных преимуществ.

Радиоизмеритель течений ГМ-33. Прибор ГМ-33

предназначен для дистанционной регистрации скорости и направления течения на горизонтах до 250 м на про­ тяжении длительного промежутка времени одновремен­ но в нескольких пунктах, расположенных в радиусе дей­

279

ствия прибора. Прибор позволяет регистрировать тече­ ния на судне или береговом пункте, находящемся на расстоянии от места нахождения передающей аппарату­ ры до 18 миль.

Радиоизмеритель течений ГМ-33 состоит из пере­ дающей и приемной частей, соединенных одноканальной радиолинией связи. Передающая часть прибора — ра­ диобуй включает электроконтактную вертушку, с по­ мощью которой измеренные скорость и направление те­ чений преобразуются в определенную последователь­ ность замыканий ее рабочих контактов. При каждом срабатывании контакта радиопередатчиком излучается серия (пакет) радиоимпульсов несущей частоты. По­ следние принимаются, усиливаются и регистрируются приемной частью, установленной на судне или берего­ вом пункте. Величины скорости и направления течения относительно магнитного меридиана определяются по данным обработки ленты в зависимости от частоты и взаимного расположения зарегистрированных на ленте импульсов.

Прибор ГМ-33 комплектуется тремя радиобуями, каждый из которых снабжен двумя вертушками, кото­ рые могут быть установлены одновременно на разных горизонтах — до 50 и 250 м. При стоянке судна на яко­ ре можно подключить дополнительно датчик для ди­ станционного измерения течений непосредственно с бор­ та судна.

Регистрировать течения можно непрерывно или по заданной программе: при измерениях на двух горизон­ тах— по 5 мин через каждые 30 мин; при измерениях

примерно 30 суток, при непрерывной регистрации тече­

ная чувствительность прибора по скорости около 2 см/с.

Достоинством вертушечного метода измерения тече­ ний является простота выполнения датчиков и возмож­ ность простого преобразования скорости вращения вер­ тушки в тот или иной код, удобный для хранения, пе-

2 8 0

редачи и обработки данных измерений. Именно поэтому вертушечный метод измерения течений получил наи­ большее распространение.

Маятниковый метод используется при измерении придонных и поверхностных течений моря. В качестве датчиков скорости течения в донных установках приме­ няется вертикальный маятник, угол отклонения от вер­ тикали которого служит мерой скорости течения. При исследовании течений с поверхности этим методом из­ меряются форма и положение в пространстве тонкого троса с помощью подвешенных на трос через равные промежутки инклинометров, чувствительным элементом которых является маятник.

Одним из приборов такого типа может служить из­ меритель придонных течений, основанный на принципе фотографирования отклонений под действием течения подвешенного на нейлоновой струне шарика-маятника от нейтрального положения. Угол отклонения шарика (который тяжелее воды) зависит от скорости течения. Эта зависимость устанавливается путем тарировки нрш бора.

Устройство смонтировано на трапециевидной или на прямоугольной раме в форме параллелепипеда. На раме крепятся камера для подводного фотографирования и лампа-вспышка для подсветки. В нижней части рамы в поле зрения объектива камеры установлены магнит­ ный ком-пас, наклономер рамы, белый круг, фиксирую­ щий нейтральное положение измерительного шарика, и сам шарик. Прибор на тросе с помощью лебедки опу­ скается на морское дно. При касании грузом-проводни­ ком дна приводятся в действие лентопротяжное

Рама фоторегистратора придонных течений может быть снабжена стандартными приборами для измерения температуры воды, взятия проб воды и излучателем на­ правленных звуковых импульсов (пингером). С по­ мощью пингера контролируется положение прибора по глубине и фиксируется момент касания дна.

281

Результаты испытаний показали возможность изме­ рения турбулентных ^флуктуаций скорости течения в по­ граничном слое у дна. Измеренные придонные скорости

Акустические методы измерения течений в последнее время привлекают особое внимание исследователей бла­ годаря высокой чувствительности, линейности, безынер­ ционное™, самокалибровке, большого динамического диапазона, отсутствию движущихся деталей датчиков, дистанционному измерению в невозмущенной датчиком среде, непрерывности регистрации.

Наибольшее распространение получил метод, осно­ ванный на регистрации доплеровских смещений частоты в рассеянном водой излучении ультразвуковых и свето­ вых колебаний.

Относительная ошибка измерения средней скорости течения зависит от точности, с которой определяется средняя частота доплеровского спектра, а чувствитель­ ность — от минимального регистрируемого сдвига часто­ ты. В качестве источников излучения используются аку­ стические преобразователи, электрические источники света и лазеры. Из-за статистического характера про­ цесса рассеяния, ограниченности во времени пребыва­ ния частицы в рассеивающем объеме и турбулентности потока происходит расширение спектра доплеровских частот. Для измерения скорости течения при этом необ­ ходимо применять методы спектрального анализа данных.

Рассмотрим теоретические основы доплеровского из­ мерителя. Допустим, что переданный сигнал имеет вид

2 8 2

ным и принятым сигналами; S(t) — путь между излучателем и приемником; Ѵр — скорость распространения энергии в пе­ редающей среде.

В свою очередь

где ев — отраженный сигнал как функция движения ча­ стицы к излучателю преобразователя.

Теперь рассмотрим эффект движения частицы к приемнику преобразователя. Применяя метод, анало­ гичный тому, который использовался выше, можно уста­ новить, что длина волны отраженной частицы будет ме­ няться с движением отражающей частицы. Поскольку отраженный сигнал ев = И sin шв(, то

где Ад — эффективная длина волны, образованная дви­ жущейся отражающей частицей.

После подстановки получим

или

Ѵ р + Ѵ '

(5.108)

°Т Ѵр - Ѵ '

283