RU1812429C - Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by wind - Google Patents
Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by windInfo
- Publication number
- RU1812429C RU1812429C SU4942053A RU1812429C RU 1812429 C RU1812429 C RU 1812429C SU 4942053 A SU4942053 A SU 4942053A RU 1812429 C RU1812429 C RU 1812429C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- accelerometers
- acceleration
- accelerometer
- signals
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Применение: изобретение относитс к измерительной технике и позвол ет повысить точность регистрации профил волнени на водной поверхности при метеорологических и океанографических исследований. Сущность изобретени : на катушках дистанционного отклонени акселерометров формируют гармонический сигнал определенной частоты и амплитуды, который накладывают на информативные сигналы датчиков. Формирование выходного сигнала по измер емому параметру включает выделение и компенсацию из информативного сигнала акселерометров сигналов по углу наклона этих датчиков относительно вертикали и составл ющей от ускорени свободного падени . 4 ил.Application: the invention relates to measuring technique and allows to increase the accuracy of recording the profile of waves on the water surface during meteorological and oceanographic studies. SUMMARY OF THE INVENTION: harmonic signals of a certain frequency and amplitude are formed on the coils of the remote deflection of the accelerometers, which are superimposed on the informative signals of the sensors. The formation of the output signal by the measured parameter includes the extraction and compensation of signals from the accelerometer informative signal by the angle of inclination of these sensors relative to the vertical and component from the acceleration of free fall. 4 ill.
Description
елate
СWITH
Изобретение относитс к измерительной технике, в частности, дл измерени параметров ветровой волны и может быть использовано, например, при метеорологических и океанографических исследовани х . .. . ;.Целью изобретени вл етс повышение точности измерени .The invention relates to measuring technique, in particular for measuring wind wave parameters and can be used, for example, in meteorological and oceanographic studies. .. ;. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement.
На фиг. 1 изображена структурна схема обработки информативных сигналов, где 1 - поплавок датчика вертикальных колебаний уровн водной поверхности, 2 - генератор переменного тока, 3 - акселерометры (КДО - катушка дистанционного отклонени , ДС - датчик сигнала), 4,10 - разностные усилители: 5,11 - двойные интеграторы, 6 - функциональный преобразователь, 7 - сумматор, 8 - дел щее устройство. 9 - источник опорногб. напр жени , 12 - регистратор.In FIG. 1 shows a structural diagram of the processing of informative signals, where 1 is the float of the sensor for vertical oscillations of the water surface level, 2 is the alternator, 3 are accelerometers (BWW - remote deflection coil, DS is the signal sensor), 4.10 are difference amplifiers: 5, 11 - double integrators, 6 - functional converter, 7 - adder, 8 - dividing device. 9 - source of support For example, 12 - the registrar.
Поплавок 1 датчика вертикальных колебаний уровн водной поверхности жестко св зан с акселерометрами 3. Выход генератора переменного тока 2 св зан со входом катушек дистанционного отклонени акселерометров 3. Выходы акселерометров 3 св заны со входами первого разностного усилител 4 и сумматора 7. Выход первого разностного усилител 4 через первый двойной интегратор 5 и функциональный преобразователь б, а выход сумматора 7 непосредственно св заны с дел щим устройством 8. Выход дел щего устройства 8, аThe float 1 of the sensor of vertical fluctuations of the water surface level is rigidly connected to accelerometers 3. The output of the alternator 2 is connected to the input of the distance coils of the accelerometers 3. The outputs of the accelerometers 3 are connected to the inputs of the first difference amplifier 4 and adder 7. The output of the first difference amplifier 4 through the first double integrator 5 and functional converter b, and the output of the adder 7 is directly connected to the sharing device 8. The output of the sharing device 8, a
со гоfrom th
Јь N) ОNь N) О
также выход источника опорного напр жени 9 соединены через второй разностный усилитель 10 и второй двойной интегратор 11 с регистратором профил волнени 12.also, the output of the reference voltage source 9 is connected through a second differential amplifier 10 and a second double integrator 11 to a waveform profile recorder 12.
Волнограф, реализующий данный способ измерени , может быть выполнен по автсв.Мг 1613861. Волнограф содержит три Р&знесенных на одинаковое рассто ние друг относительно друга базовых поплавок, жестко св занных между собой конструкцией из штанг, и заглубленный груз, св занный с поплавками. На одном из поплавков закреплен флюгер дл ориентации всего устройства по направлению распространени волны. Датчик вертикальных колебаний уровн водной поверхности выполнен в виде поплавка, имеющего за счет осевого шарнира вертикальную степень свободы относительно конструкции по оси, проход щей через ее центр. С поплавком датчика вертикальных колебаний уровн водной поверхности жестко св заны два вертикально ориентированных акселерометра, разнесенных от поплавка датчика на одинаковое рассто ние по направлению оси флюгера,A waveograph that implements this measurement method may be performed according to autosample 1613861. The waveograph contains three P & spaced at the same distance from each other base floats, rigidly interconnected by a boom structure, and a buried cargo associated with the floats. A weather vane is attached to one of the floats to orient the entire device in the direction of wave propagation. The sensor of vertical fluctuations of the water surface level is made in the form of a float, which, due to the axial hinge, has a vertical degree of freedom relative to the structure along the axis passing through its center. Two vertically oriented accelerometers are spaced apart from the sensor float of vertical vibrations of the water surface level, spaced apart from the sensor float by the same distance in the direction of the vane axis,
Устройство работает следующим образом . При ветровом волнении за счет флюгера обеспечиваетс ориентаци всей измерительной системы параллельно направлению распространени волны, и за счет базовых поплавков, св занных с за- .глубленным грузом, обеспечиваетс устой-, чивость конструкции и уменьшаютс ее горизонтальные перемещени . Поплавок Т за счет конструктивной схемы имеет свободное перемещение в вертикальной и минимальное перемещение в горизонтальной плоскост х. С поплавком 1 жестко св заны два вертикально ориентированных акселерометра 3, на вход катушек дистанционного отклонени которых с генератора переменного тока 2 подают гармонический сигнал. Частота гармонического сигнала f выбираетс в диапазоне fp f fc, где fo - частота верхней границы измер емого диапазона волн, fc - собственна частота акселерометра , а его амплитуда равна А - Д Q/k , где A Q - порог реагировани акселерометра, k - крутизна характеристики катушки дистанционного отклонени .The device operates as follows. In case of wind waves, due to the weather vane, the entire measuring system is oriented parallel to the direction of wave propagation, and due to the basic floats associated with the buried load, the stability and stability of the structure are ensured and its horizontal displacements are reduced. The float T, due to the structural design, has free movement in the vertical and minimal movement in the horizontal planes. Two vertically oriented accelerometers 3 are rigidly connected to the float 1, and a harmonic signal is supplied to the input of the remote deflection coils from the alternator 2. The frequency of the harmonic signal f is selected in the range fp f fc, where fo is the frequency of the upper boundary of the measured wavelength range, fc is the natural frequency of the accelerometer, and its amplitude is A - D Q / k, where AQ is the response threshold of the accelerometer, k is the slope of the characteristic remote deflection coils.
Посредством гармонического сигнала обеспечиваетс колебание чувствительного элемента акселерометров с высокой частотой . В результате трение тюхо инерцирн- ной массы акселерометров становитс равной нулю, что обеспечивает снижение порога реагировани акселерометров и, следовательно, повышает точность измерени в области низких частот колебаний,By means of a harmonic signal, the sensitive element of the accelerometers is oscillated at a high frequency. As a result, the friction of the silent inertial mass of the accelerometers becomes equal to zero, which ensures a decrease in the response threshold of the accelerometers and, therefore, increases the measurement accuracy in the low-frequency range,
Акселерометры 3 выдают сигналы, включающие следующие составл ющие: Первый акселерометрAccelerometers 3 give out signals including the following components: First accelerometer
1) составл юща от вертикального уско- рени а у aycos v (например, с положительным знаком, фиг.2);1) component of vertical acceleration a in aycos v (for example, with a positive sign, Fig. 2);
2) составл юща от ускорени свободного падени a g gcos v (например, с отрицательным знаком, фиг.2); 3) составл юща от углового ускорени . где Li - рассто ние от центра масс объекта дб первого акселерометра (например , с положительным знаком, фиг.2);2) a g gcos v component of the acceleration of gravity (for example, with a negative sign, Fig. 2); 3) component of angular acceleration. where Li is the distance from the center of mass of the object db of the first accelerometer (for example, with a positive sign, Fig. 2);
4) гармонический сигнал с генератора переменного тока аг Aaslnw t. Второй акселерометр 1) составл юща от вертикального ускорени а у aycos v (соответственно с положительным знаком, фиг.2); 2) составл юща от ускорени свободного падени a g gcos v(соответственно с отрицательным знаком, фиг.2);4) a harmonic signal from an ac generator Aaslnw t. The second accelerometer 1) is a component of vertical acceleration a in aycos v (with a positive sign, respectively, Fig. 2); 2) component of the acceleration of gravity a g gcos v (respectively, with a negative sign, Fig. 2);
3) составл юща от углового ускорени аЈ v La, где La - рассто ние от центра масс до второго акселерометра (в соответствии с фиг.2 с отрицательным знаком);3) the component from the angular acceleration Ј v La, where La is the distance from the center of mass to the second accelerometer (in accordance with Fig. 2 with a negative sign);
4) гармонический сигнал с генератора переменного тока аг Aasinwt.4) a harmonic signal from an Aasinwt ac generator.
Таким образом, сигналы первого и втоThus, the signals of the first and second
рого акселерометров могут быть описаны соответственно следующими выражени ми::Accelerometers can be described respectively by the following expressions:
a aycos v-gcosv + v Li +Д 3$ a aycos v -gcos v - V La + Д asin т t.a aycos v-gcosv + v Li + D 3 $ a aycos v -gcos v - V La + D asin t.
Если акселерометры идентичны и рассто ние от центра масс до акселерометров 3 равны Lt La L, тогда суммарный сигнал с двух акселерометров, формируемый сумматором 7 (с коэффициентом передачи 1 /2). может быть описан выражениемIf the accelerometers are identical and the distance from the center of mass to the accelerometers 3 is equal to Lt La L, then the total signal from the two accelerometers generated by the adder 7 (with a transmission coefficient of 1/2). can be described by the expression
а + а (ay-g)cos v + A asin rw t.a + a (ay-g) cos v + A asin rw t.
Разностный сигнал с акселерометров, формируемый разностным усилителем 4, имеющим коэффициент передачи 1/2, в этом случае запишетс в видеThe differential signal from the accelerometers generated by the differential amplifier 4 having a gain of 1/2, in this case, is written as
a -a Lv .a -a Lv.
причем коэффициент L определ ет чувствительность устройства по угловому ускорению ., .moreover, the coefficient L determines the sensitivity of the device according to angular acceleration.,.
Дл получени информации по углу v сигнал с разностного усилител 4 необходимо дважды проинтегрировать. Таким образом , выходной сигнал интегратора 5In order to obtain information on angle v, the signal from the differential amplifier 4 needs to be integrated twice. Thus, the output signal of the integrator 5
пропорционален углу v, который функциональный преобразователь б преобразует в соответствии с функцией косинуса cosv. Деление сигнала с сумматора 7 на сигнал с функционального преобразовател б происходит в делителе 8, выходной сигнал которого может быть записан в видеis proportional to the angle v, which the functional converter b converts in accordance with the cosine function cosv. The division of the signal from the adder 7 into the signal from the functional Converter b occurs in the divider 8, the output signal of which can be written as
Us ay - g 4- Да sin cos vUs ay - g 4- Yes sin cos v
Сигнал с делител 8, пропорциональный разности вертикального ускорени вол- нографа и ускорени свободного падени , поступает на один из входов разностного усилител 10, на второй вход которого подаетс сигнал с источника опорного напр жени 9, пропорциональный значению ускорени свободного падени . Таким образом будет компенсироватьс сЬстаел ю- ,ща от ускорени свободного падени .. Сигнал с разностного усилител будет про- порциона ен следующей величинеThe signal from the divider 8, which is proportional to the difference between the vertical acceleration of the waveograph and the acceleration of free fall, is fed to one of the inputs of the difference amplifier 10, to the second input of which a signal from the reference voltage source 9 is proportional to the value of the acceleration of free fall. In this way, it will be compensated for by the distance from the acceleration of gravity. The signal from the difference amplifier will be proportional to the following value
U13 , ay 4- ДаU13, ay 4- Yes
cosvcosv
Сигнал с разностного усилител Ю.про- порционалЬный вертикальному ускорению поплавка датчика вертикальных колебаний уровн водной поверхности 1, дважды интегрируетс двойным интегратором- 11. Двойной интегратор 1 f осуществл ет фильтрацию сигнала дл частот, лежащих выше измер емого частотного диапазона волн, поэтому составл юща сигнала Ui3 The signal from the differential amplifier S proportional to the vertical acceleration of the float of the vertical vibration sensor of the water surface level 1 is integrated twice by the double integrator-11. The double integrator 1 f filters the signal for frequencies lying above the measured frequency range of the waves, therefore, the component of the signal Ui3
U ДаU yes
stn со I cosVstn with I cosV
где частота а определ етс генератором переменного тока 2 не будет вносить пб- грещность в измерени тгрофил волнени , регистрируемые регистратором 12.where the frequency a is determined by the alternator 2 will not introduce a fault in the measurements of waveforms recorded by the recorder 12.
В качестве акселерометров могут быть использованы датчики типа ДЛУММ (датчик линейных ускорений микроминиатюрный). Разностные усилители, сумматор и интеграторы могут быть выполнены на базе операционных усилителей серии 140УД14.As accelerometers, sensors of the DLUMM type (microminiature linear acceleration sensor) can be used. Difference amplifiers, adder and integrators can be made on the basis of operational amplifiers of the 140UD14 series.
Функцио«альный преобразователь и дел щее устройство Могут быть выполнены, например, на базе аналого-цифрового преобразовател 572ПВ Т, посто нно запоминающего устройства 568РЕ1 и цифро-аналогового преобразовател 572ПА2. В качестве регистратора может быть использован шлейфовый осциллограф, магнитный накопитель и т.д.The functional converter and the dividing device can be performed, for example, on the basis of the analog-to-digital converter 572PV T, read-only memory device 568RE1 and digital-to-analog converter 572PA2. A loop oscilloscope, a magnetic storage device, etc. can be used as a recorder.
За вл емый способ измерени параметров морского волнени может быть реализован и в устройстве по за вке на изобретение № 4497433 от 24.10.88 г. с 5 положительным решением о выдаче автор- ского свидетельства от 30.01.90 г.The inventive method for measuring the parameters of sea waves can be implemented in the device for the application for invention No. 4497433 of 10.24.88, with 5 positive decision on the issuance of the copyright certificate of 30.01.90,
Конструкци волнографа сострит из по- плавка и Св занного с ним груза и флюгера. Йафиг.З изображена структурна схема об0 работки информативных сигналов, где 1 - пЬгтлавок, 2 - генератор переменного тока - 3 и 4 - вертикал ьно ориентирован ныё акселерометры , 5 v гориаонта ьнб ориентиро- ванный аксе ёрЬмётр, 6.16 - сумматоры, 7,The design of the wave recorder is made up of the smelter and the associated load and weather vane. Yafig.Z depicts a structural diagram of the processing of informative signals, where 1 is the reference oscillator, 2 is the alternating current generator, 3 and 4 are the vertical accelerometers, 5 v the horizontal axis are oriented axes, 6.16 are adders, 7,
5 9, 13, 22- делители, 8,12, 18 - разностные усилители 10,10 - двойные интеграторы, 11 - pefHcfpaiTop, 14-умножитель, 15,17т источг ники опорного напр жени , 20,21 - функциональные преобразователи, 23 - квадратор,5 9, 13, 22 - dividers, 8,12, 18 - difference amplifiers 10,10 - double integrators, 11 - pefHcfpaiTop, 14-multiplier, 15,17t reference voltage sources, 20,21 - functional converters, 23 - quadrator
0 24-масщтабный усилитель, 0 24-scale amplifier
Поплавок 1 жёстко св зан с ориентиро- ванными взаимно перпендикул рно акселе - рометрамИ 3, 4 и 5, а также с флюгером и грузом. 8 ыход генератора пе реме нного то5 ка 2 св зан со входом катушек дистанционного отклонени акселерометров 3, 4 и 5. Выходы акселерометров 3 и 4 св заны -co йходэми сумматора б и первого разностного усилител 18. Выход первого разностногоThe float 1 is rigidly connected with the accelerometers 3, 4, and 5 oriented mutually perpendicular to the accelerometers, as well as with a weather vane and a load. The 8th output of the alternating current generator 2 is connected to the input of the remote deviation coils of the accelerometers 3, 4 and 5. The outputs of the accelerometers 3 and 4 are connected by -co the adders of the adder b and the first differential amplifier 18. The output of the first differential
0 усилител 18 через первый двойной и.нтег- раТор 19 и первый функциональный преоб- разовэтель 20 св заны с первым входом0 amplifier 18 through the first double integrator 19 and the first functional converter 20 are connected to the first input
йёрвогоделитйл 7, асовторым егоаходом св зан выход сумматора 6. Выход делител yogrovozhodytyl 7, with its second input connected the output of the adder 6. The output of the divider
5 7, а также выход первого источника опорно- . го напр жёйи 15 соединены через второй ; разностный усилитель 8. второй делитель 9 : и второй двойной интегратор 10 с регистратором профил волнени 11. Выход первого5 7, as well as the output of the first reference source. go for example 15 are connected through the second; differential amplifier 8. second divider 9: and a second double integrator 10 with a waveform profile recorder 11. The output of the first
0 двойного интегратора 19 через второй фун- кциональный преобразователь 21 соединен С первым входом четвертого делител 22, а со вторым его входом соединен выход пер- вого функционального преобразовател 20.0 of the double integrator 19 through the second functional converter 21 is connected to the first input of the fourth divider 22, and the output of the first functional converter 20 is connected to its second input.
5 делител 22 св зан со входом умножител 14 непосредственно и через квадратор 23 со входом второго сумматора 16, ; второй вход которого соединен со вторым источником опорного напр жени 17. Вы0 ход второго сумматора W св зан со вторым входом второго делител 9. Выход третьего акселерометра 5 соединен с третьим входом второго разностного усилител 8 через последовательно соединенные третий разно5 стный усилитель 12, третий делитель 13 и умножитель 14. Выход второго функцио- нальногб преобразовател 21 соединен со вторым входом третьего разностного усилител 12 через масштабный усилитель 24, а выход первого функционального преобразовател 20 соединен со вторым входом третьего делител 13.5, the divider 22 is connected to the input of the multiplier 14 directly and through the quadrator 23 with the input of the second adder 16,; the second input of which is connected to the second reference voltage source 17. The output of the second adder W is connected to the second input of the second divider 9. The output of the third accelerometer 5 is connected to the third input of the second differential amplifier 8 through a series-connected third differential amplifier 12, the third divider 13 and a multiplier 14. The output of the second functional converter 21 is connected to the second input of the third difference amplifier 12 through a scale amplifier 24, and the output of the first functional converter 20 is connected to a second th input of the third divider 13.
Устройство работает следующим образом . При ветровом волнении вс измерительна система ориентируетс таким образом, что ось флюгера становитс параллельно направлению распространени волны ; Нал ичие груза обес печивает устойчивость конструкции и уменьшает ее горизонтальные перемещени . Поплавок 1 жестко св зан с двум вертикально ориентированными акселерометрами 3 и 4, которые разнесены от негр на одинаковое рассто ние в плоскости флюгера. Третий акселерометр 5, закреплённый в центре масс, ориентирован горизонтально по ходу распространени волн.The device operates as follows. In case of wind waves, the entire measuring system is oriented in such a way that the axis of the vane becomes parallel to the direction of wave propagation; The presence of a load ensures the stability of the structure and reduces its horizontal movements. The float 1 is rigidly connected to two vertically oriented accelerometers 3 and 4, which are spaced apart from the negro by the same distance in the plane of the wind vane. The third accelerometer 5, mounted in the center of mass, is oriented horizontally along the wave propagation.
Параметры гармонического сигнала, подаваемого на катушки дистанционного хэт- клбнени акселерометров 3, 4 и 5 и его вли ние на процесс измерени аналогичны рассмотренным в примере № 1.The parameters of the harmonic signal supplied to the remote hatch coils of the accelerometers 3, 4 and 5 and its influence on the measurement process are similar to those considered in Example No. 1.
Акселерометры 3 и 4 выдают сигналы, включающие следующие составл ющие:Accelerometers 3 and 4 give signals that include the following components:
Акселерометр 3.Accelerometer 3.
1)еЬставл юща от вертикального ускорени а у aycosv (например, с положительным знаком, фиг.4);1) it does not represent vertical acceleration a in aycosv (for example, with a positive sign, Fig. 4);
2) составл юща от ускорени свободного падени a g gcos v (например, с отрицательным знаком, фиг.4); ч ; ; ,2) a g gcos v component of the acceleration of gravity (e.g., with a negative sign, Fig. 4); h; ; ,
3) составл юща от горизонтального ускорени а х axSinv (например, с положительным знаком, фиг.4);3) component of horizontal acceleration a x axSinv (e.g. with a positive sign, Fig. 4);
4) составл юща от углового ускорени Li, где Li - расйто ниё от центра масс объекта до первого акселерометра (напри- мёр, с положительным знаком, фиг.4);4) component from the angular acceleration Li, where Li is the distance from the center of mass of the object to the first accelerometer (for example, with a positive sign, Fig. 4);
5) гармонический сигнал с генератора переменного тока ar Aasin in t, Акселерометр4. ;5) harmonic signal from the alternator ar Aasin in t, Accelerometer 4. ;
1) составл юща от вертикального ycVo- рени а у aycosv (соответственно с .положительным знаком, фиг,4);1) component of vertical ycVorein a in aycosv (respectively with a positive sign, FIG. 4);
2) составл юща от ускорени свободного падени gcos v (соответственно с Отрицательным знаком, фиг.4);2) component of the acceleration of gravity gcos v (respectively with the Negative sign, Fig. 4);
3) составл юща от горизонтальногоускорени 3xslnv (соответственно с положительным знаком, фйг.4);3) component of horizontal acceleration 3xslnv (respectively with a positive sign, fig.4);
4) составл юща от углового ускорени а#. v Li, где L2 - рассто ние от центра масс до второго акселерометра (в соответствии с фиг.4 с отрицательным знаком);4) component of angular acceleration a #. v Li, where L2 is the distance from the center of mass to the second accelerometer (in accordance with Fig. 4 with a negative sign);
5) гармонический сигнал с генератора переменного тока аг A aslnwt.5) a harmonic signal from an alternator ac A aslnwt.
Сигнал с акселерометра 5 содержит следующие составл ющие:The signal from the accelerometer 5 contains the following components:
1) составл юща от горизонтального ускорени axcos v (соответственно с положительным знаком, фиг.4);1) axcos v component of horizontal acceleration (respectively with a positive sign, Fig. 4);
2) составл юща от вертикального уско- 5 рени a Hy aysln v (соответственно с отрицательным знаком, фиг.4);2) a component of a vertical acceleration a Hy aysln v (with a negative sign, respectively, Fig. 4);
3) составл юща от ускорени свободного падени gsln v (соответственно с Положительным знаком, фиг.4); 10 4) гармонический сигнал с генератора переменного тока аг Л asin ft) t.3) component of the acceleration of gravity gsln v (respectively with the Positive sign, Fig. 4); 10 4) a harmonic signal from an alternator ac L asin ft) t.
Таким образом, сигналы акселерометров 3, 4 и 5 могут быть описаны соответственно следующими выражени ми: 1В.- .: .-.- . - ,-. -. ., - , а aycos v - gcos v + axsln v + v Li + Л а xsinfwt;Thus, the signals of the accelerometers 3, 4, and 5 can be described by the following expressions, respectively: 1 B.-.:.-.-. -, -. -. ., -, and aycos v - gcos v + axsln v + v Li + Л and xsinfwt;
a aycos v-gcos v+axsin v- vL2+ Да 20xs1nft t;a aycos v-gcos v + axsin v- vL2 + Yes 20xs1nft t;
xt.xt.
a axcos v -aysin v + gsin v + Aasin a axcos v -aysin v + gsin v + Aasin
Если акселерометры идентичны и рассто ние от центра масс до акселерометров 3 и 4 равны Li L, тогда суммарный сигнал с акселерометров 3 и 4, формируемый сумматором 6 (с коэффициентом передачи 1 /2), может быть описан выражением:If the accelerometers are identical and the distance from the center of mass to the accelerometers 3 and 4 is equal to Li L, then the total signal from the accelerometers 3 and 4 generated by the adder 6 (with a transmission coefficient of 1/2) can be described by the expression:
а + а (ay-g)cosv+axslnv-f-Aasln cot.a + a (ay-g) cosv + axslnv-f-Aasln cot.
Разностный сигнал акселерометров 3 и 4, формируемый разностным усилителем 18, имеющим коэффициент передачи 1/2, в этом случае запишетс в виде:The differential signal of the accelerometers 3 and 4, generated by the differential amplifier 18 having a gain of 1/2, in this case is written in the form:
4040
а -а L vaa l v
причем коэффициент L определ ет чувствительность устройства по угловому ускоре- нию/. -. ... .,. : : moreover, the coefficient L determines the sensitivity of the device according to the angular acceleration /. -. ....,. ::
Дл получени информации по ymyv сигнал с разностного усилител 18 необходимо дважды проинтегрировать. Таким образом выходной сигнал интегратора 19 пропорционален углу v , который функциональные преобразователи 20 и 21 преобраTo obtain information on ymyv, the signal from the differential amplifier 18 needs to be integrated twice. Thus, the output signal of the integrator 19 is proportional to the angle v, which the functional converters 20 and 21 transform
зуют в соответствии с функци ми косинусаare called according to cosine functions
cosv и синуса sin v соответственно. Деление сигнала с сумматора 6 на сигнал с функционального преобразовател 20 происходит в делителе 7, выходной сигнал которого может быть записан в виде:cosv and sinus sin v, respectively. The division of the signal from the adder 6 into the signal from the functional Converter 20 occurs in the divider 7, the output signal of which can be written in the form:
+ axtgv+ . + axtgv +.
cosvcosv
Сигнал с функционального преобразовател 21, пропорциональный синусу угла наклона v через масштабный усилитель 24 с коэффициентом усилени , равным ускорению свободного падени , поступает на один из входов разностного усилител 12, на второй вход которого подаетс сигнал с акселерометра 5, Таким образом, будет компенсироватьс составл юща от ускорени свободного падени в сигнале с горизонтально расположенного акселерометра 5, Сигнал с разностного усилител 12 будет пропорционален следующей величине:The signal from the functional converter 21, which is proportional to the sine of the angle of inclination v through the scale amplifier 24 with a gain equal to the acceleration of gravity, is fed to one of the inputs of the differential amplifier 12, the second input of which is supplied by the signal from the accelerometer 5, Thus, the component will be compensated from the acceleration of free fall in the signal from a horizontally located accelerometer 5, the Signal from the differential amplifier 12 will be proportional to the following value:
Uia axcos v -aysln v + Д asin an.Uia axcos v -aysln v + D asin an.
В Делителе 13 происходит деление сигнала с разностного усилител 12 на сигнал, пропорциональный косинус угла наклона с функционального преобразовател 20:In the Divider 13, the signal is divided from the difference amplifier 12 into a signal proportional to the cosine of the angle of inclination from the functional converter 20:
Ui3 ax-aytg v+ ДаUi3 ax-aytg v + Yes
sin rut cos vsin rut cos v
После чего сигнал с делител 13 поступает на один из входов умножител 14.Then the signal from the divider 13 is fed to one of the inputs of the multiplier 14.
В делителе 22 производитс деление сигналов с функциональных преобразователей 20 и 21, пропорциональных соответственно косинусу и синусу угла наклона таким образом, что выходной сигнал делител 22 пропорционален тангенсу угла наклона. Далее этот сигнал подаетс на вход квадратора 23 и на второй вход умножител 14, выходной сигнал с которого может быть описан следующий зависимостью:In the divider 22, the signals from the functional converters 20 and 21 are proportional to the cosine and sine of the angle of inclination, respectively, so that the output signal of the divider 22 is proportional to the tangent of the angle of inclination. Further, this signal is fed to the input of the quadrator 23 and to the second input of the multiplier 14, the output signal from which can be described by the following relationship:
v -aytg2v + v -aytg2v +
+ Да tgv+ Yes tgv
slnm cos v.slnm cos v.
Вычитание сигнала, пропорционального ускорению свободного падени с источника опорного напр жени 15 и сигнала с умножител 14 из сигнала с делител 7, производитс разностным усилителем 8. Его выходной сигнал будет пропорционален следующей величине:Subtraction of the signal proportional to the acceleration of free fall from the reference voltage source 15 and the signal from the multiplier 14 from the signal from the divider 7 is performed by the difference amplifier 8. Its output signal will be proportional to the following value:
Us ay ( 1 +tg2v) +Us ay (1 + tg2v) +
+Aajia« i(1+tgV).+ Aajia «i (1 + tgV).
COSV Cosv
Дл устранени вли ни на полученный сигнал угла наклона v в сумматоре 16 производитс сложение сигналов, поступающих с квадратора 23 и с источника опорногоTo eliminate the influence on the received signal of the angle of inclination v in the adder 16, the addition of signals from the quadrator 23 and from the source of reference
напр жени , пропорциональных соответственно квадрату тангенса угла наклона v и единичному сигналу. В этом случае суммарный сигнал, подаваемый на один из входов делител 9 с сумматора 16 будет иметь вид:voltages proportional to, respectively, the square of the tangent of the angle of inclination v and the unit signal. In this case, the total signal supplied to one of the inputs of the divider 9 from the adder 16 will have the form:
Ui6 I + tg2 v.Ui6 I + tg2 v.
На второй вход делител 9 подаетс сиг- нал с разностного усилител 8:At the second input of the divider 9, a signal is sent from the differential amplifier 8:
Ug av + ДаUg av + yes
sin ft t I 4- tg vsin ft t I 4- tg v
COS V | + tg2 V COS V | + tg2 V
Сигнал с делител 9, пропорциональный вертикальному ускорению поплавка, дважды интегрируетс двойным интегратором 10 и регистрируетс регистратором профил волнени 11. При двойном интегрировании сигнала с делител 9 составл юща :The signal from the divider 9, proportional to the vertical acceleration of the float, is integrated twice by the double integrator 10 and is recorded by the waveform profile recorder 11. When the signal from the divider 9 is double integrated, the component:
2525
sinftjt 1 4- tgv cosv i+tg2v sinftjt 1 4- tgv cosv i + tg2v
будет отфильтрована, т.к. заданна частота а) лежит выше измер емого частотного диапазона волнени .will be filtered because the predetermined frequency a) lies above the measured frequency range of the wave.
30 качестве акселерометров могут быть использованы датчики типа ДЛУММ (датчик линейных ускорений микроминиатюрный).As accelerometers, sensors of the DLUMM type (microminiature linear acceleration sensor) can be used.
Источники опорного напр жени , разностные усилители и сумматоры могут бытьReference voltage sources, difference amplifiers and combiners can be
35 выполнены на базе операционных усилителей серии 140 (см., например, Лихачев В.Д, Практические схемы на операционных усилител х . --М.: Издательство ДОСААФ СССР, 1981, с.80), умножитель, квадратор,35 are based on operational amplifiers of the 140 series (see, for example, Likhachev V.D., Practical circuits for operational amplifiers x. - M.: Publishing house DOSAAF USSR, 1981, p. 80), multiplier, quadrator,
40 масштабный усилитель и делители - на базе микросхем серии 525 (см., например, Алек- сенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Т.И. Применение прецизионных аналоговых ИС, - М.: Радио и св зь, 1981, с.224). Интеграто45 ры могут бьггь выполнены, например, с частотно-зависимыми обратными св з ми, позвол ющими проводить интегрирование в заданном диапазоне частот (см. статью Дубинский Ю.В., Ференёц А.В. Инерциаль50 ный преобразователь вертикальной скорости . В кн.: Системы и элементы электрооборудовани летательных аппаратов . Межвузовский сборник. Казань, 1986. с.89-92). Функциональные преобразовате55 ли могут быть выполнены, например, на базе аналого-цифрового преобразовател 572ПВ1, посто нно запоминающего устройства 568РЕ1 и цифроаналогового преобразовател 572 ПА2.40 scale amplifier and dividers - based on 525 series microcircuits (see, for example, Aleksenko A.G., Kolombet E.A., Starodub T.I. Application of precision analog ICs, - M .: Radio and communication, 1981, p. 224). Integrators45 can be performed, for example, with frequency-dependent feedbacks that allow integration in a given frequency range (see the article Dubinsky Yu.V., Ferenets A.V. Inertial converter of vertical speed. In the book: Systems and elements of electrical equipment for aircraft. Interuniversity digest. Kazan, 1986. p. 89-92). Functional converters55 can be performed, for example, on the basis of analog-to-digital converter 572ПВ1, read-only memory device 568RE1 and digital-to-analog converter 572 ПА2.
В качестве регистратора может быть использован шлейфовый осциллограф, магнитный накопитель и т.д. Таким образом, да об зм рени параметров мор- ското; лвШ ейййу реализованный на двух примерах, показывает, что/в процессе йзмерений ripOMexoflviA loop oscilloscope, a magnetic storage device, etc. can be used as a recorder. Thus, let alone the parameters of the sea; lvSh yayyu implemented on two examples, shows that / in the process of measurements ripOMexoflvi
мерени на низких частотах измер емого . :-у- :Ц. . measurements at low frequencies measured. : -u: Ts. .
Тб|Хйико-экономйческа эффективность предпр сенного способа измерени параметров морского волнени заключаетс в повышении точности измерени параметров волнени при метеорологических и океанографических исследовани х. Д v iTB | The economic and economic efficiency of the proposed method for measuring sea waves is to improve the accuracy of wave measurements in meteorological and oceanographic studies. D v i
Ф Орму а изобретени F. Ormu of the invention
Способ определени частоты и ймплй- туды морских ветровых волн, при которомA method for determining the frequency and amplitude of sea wind waves, in which
ФиегFieg
00
формируют сигналы с акселерометрических датчиков, компенсируют вли ние угла наклона их оси .чувствительности относительно вертикали и формируют выходной сигнал, пропорциональны определ емым параметрамгволн; л и ч а ю щи и с и тем, что, с целью повышени точности при формировании сигналов с акселерометрических датчиков, нак адьгвают на них дополнитель- нь№ гарМойичёск е;сигналаf.c частоты f, ле- жащей в Диапазоне f0 f fc. амплитудой А, равной АО/К. где ft г значение верхней границы измер емого диапазона Частоты морского волнени ;;% собственна частотаакселерометра; A Q порог реагировани акселерометра; К - чувствительность ксел;ерометраг.-;л-- -:; :: :: : ;-:.у;.::-:;;: ;. . generate signals from accelerometer sensors, compensate for the influence of the angle of inclination of their axis. Sensitivity relative to the vertical and generate an output signal proportional to the determined parameters of the waves; On the other hand, with the aim of increasing accuracy when generating signals from accelerometric sensors, they add an additional number of GarMoyichesk e signals f.c of frequency f lying in the Range f0 f fc. amplitude A equal to AO / K. where ft g is the value of the upper limit of the measured range of the Sea Wave Frequency ;;% is the natural frequency of the accelerometer; A Q accelerometer response threshold; K - xel sensitivity; eryometer .-; l-- - :; :: :::; - :. y;. :: -: ;;:;. .
Иге-/-. Ige - / -.
/ /
нДnd
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4942053 RU1812429C (en) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by wind |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4942053 RU1812429C (en) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by wind |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1812429C true RU1812429C (en) | 1993-04-30 |
Family
ID=21577565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4942053 RU1812429C (en) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by wind |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1812429C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013003081A1 (en) * | 2011-06-26 | 2013-01-03 | The Regents Of The University Of California | An inexpensive instrument for measuring wave exposure and water velocity |
-
1991
- 1991-06-04 RU SU4942053 patent/RU1812429C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1613861, кл. G 01 С 13/00, 1987. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013003081A1 (en) * | 2011-06-26 | 2013-01-03 | The Regents Of The University Of California | An inexpensive instrument for measuring wave exposure and water velocity |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Valliant | The LaCoste & Romberg air/sea gravity meter: an overview | |
Tucker | A shipborne wave recorder | |
US2853287A (en) | Motion-measuring system | |
US5379223A (en) | Inertial measurement and navigation system using digital signal processing techniques | |
RU1812429C (en) | Method for measurement of frequency and amplitude of sea waves caused by wind | |
CN104819729A (en) | Liquid-floated gyroscope system and damping ratio compensating test method thereof | |
Wing | MIT vibrating string surface‐ship gravimeter | |
US3253471A (en) | Apparatus for indicating angular velocities or/and accelerations | |
US4462254A (en) | Sensor assembly having means for cancellation of harmonic induced bias from a two-axis linear accelerometer | |
RU2566655C1 (en) | Measurement of apparent acceleration and piezoelectric accelerometer to this end | |
SEGAWA | Gravity measurements at sea by use of the TSSG Part 2. Results of the measurements | |
Bowin et al. | Test of the MIT vibrating string gravimeter, 1967 | |
CN112925035A (en) | Dynamic cold atom gravimeter scheme without vibration reduction platform | |
US3527108A (en) | Zero cross-coupling single axis gyro stabilization system | |
SU1613861A1 (en) | Wave recorder | |
SU1696865A1 (en) | Inertial wave recorder | |
CN201876304U (en) | Low-frequency or ultra-low-frequency vibration measuring suite | |
RU2075040C1 (en) | Device determining profile of disturbance | |
Miller et al. | Use of a bubble tiltmeter as a horizontal seismometer | |
US3675485A (en) | Method and apparatus for measuring variations in a quantity with respect to a known reference value | |
RU2193209C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2161296C1 (en) | Device of autonomous correction | |
Efimov et al. | EF-4 electromagnetic fluxmeter for studies of geodynamic processes | |
Yaqin et al. | Design of Attitude Measurement System Based on Multiple MEMS Sensors | |
SEGAWA | Gravity Measurements at Sea by Use of the TSSG Part 1. Data Processing Method of the TSSG |