Методы измерения характеристик волнения

Методы измерения характеристик  волнения.

Элементы волнения: высота волны, длина волны, период волны, направление  распространения волны, скорость волны, крутизна волны, тип волнения, форма  волнения, степень волнения, состояние  поверхности моря

 

Весь комплекс современных  наблюдений за волнением обычно выполняют  визуально и с помощью различных  приспособлений и приборов. Наблюдения за волнением проводятся и с берега, и в открытом море ‑ на судах различного типа и назначения, а также на буйковых станциях и стационарных платформах.

 

Визуальные наблюдения.

 

Визуальные наблюдения за волнением заключаются в глазомерной  оценке следующих элементов волнения: степени, состояния поверхности  моря, типа и формы волнения, высоты, периода, направления и скорости распространения волнения.

 

Устройства и приспособления для определения элементов волн.

 

Для измерения элементов  отдельных волн используют различного типа специальные измерительные  приспособления. Несмотря на кажущуюся  примитивность, при тщательном выполнении измерений они дают отличные результаты. Одними из первых подобных приспособлений, не потерявших своего значения и до настоящего времени, являются волномерные  рейки и вехи или волномерные  щиты с сеткой, которые предназначены  для определения высоты волн и  повышают точность визуальных наблюдений.

 

В океанологической практике прибрежных наблюдений за основными  элементами поверхностных волн, а  также для измерения расстояний на море используются оптические волномеры-перспектометры. Широкое распространение у нас в стране нашел береговой волномер-перспектометр ГМ-12 (ВБ-49) конструкции Иванова. Оптическая схема прибора представляет собой монокуляр со встроенной специально разграфленной сеткой, состоящей из системы линий в перспективной проекции.

 

Электродные волнографы.

 

Электродные волнографы включают в себя приборы, датчиками которых  являются один или два электрода, погруженных вертикально в воду. Струнные (резистивные) волнографы предназначены для непрерывной записи профиля волн в выбранном масштабе. Датчиком таких волнографов является не окисляемая в морской воде проволока с большим удельным сопротивлением, натянутая обычно на жесткую опору устанавливаемую в прибрежных районах. Проволока заглубляется в воду примерно на половину своей длины. Морская вода служит проводником с малым активным сопротивлением (Прибрежный волнограф ГМ-61)

 

Электроконтактные волнографы являются частным случаем резистивных волнографов. Они представляют собой вертикальный ряд пар контактов, расположенных через фиксированное (5—10 см) расстояние на несущем стержне (рейке). Между контактами рейки включены постоянные сопротивления. При изменении уровня воды контакты либо замыкаются, либо размыкаются, изменяя общее сопротивление цепи. На точность и стабильность таких волнографов влияют брызги, смачиваемость, коррозия, обрастание и загрязнение контактов. (радиоволнограф «Волновая веха», автономный радиоволнограф ГЗ-2).

 

Емкостные волнографы в простейшем виде представляют собой изолированный, чаще всего тефлоном или углеродосодержащим полиэтиленом, токопроводящий стержень с загерметизированным нижним концом, помещенным в морскую воду (емкостной  датчик для регистрации волн).

 

Поплавковые волнографы.

 

В качестве датчика для  измерения характеристик волнения используются также плавающие поплавки. Поплавки обычно изготовляют в форме  вертикального цилиндра и крепят с помощью жестких пружин к  несущей конструкции. Переменная архимедова сила, воздействующая на поплавок при  прохождении профиля волны, воспринимается пружинами и преобразуется в  непрерывную запись колебаний волнового  уровня. Но этот метод не позволяет  производить измерения в высокочастотной  части спектра (волнограф типа Вемельсфельдера).

 

Измерители гидростатического  давления.

 

Измерение давления осуществляется датчиками, расположенными на дне при  небольших глубинах или находящимися в фиксированном положении ниже поверхности воды. На каждый датчик при этом воздействуют столб воды и атмосферное давление. Это суммарное  давление медленно меняется в связи  с наличием в море длиннопериодных  колебаний и происходящих атмосферных  процессов. Волновой профиль накладывается  на эти медленные изменения суммарного давления. Для измерения поверхностного волнения в этом случае используются различного типа датчики гидростатического  давления (Волнограф модели 521).

 

Буйковые волнографы.

 

При использовании волнографов  подобного типа датчики характеристик  поверхностного волнения располагают  или на буе, плавающем на поверхности, или подвешивают к нему (Волнограф  ГМ-16, Радиоизмеритель волн ГМ-32 и  «Метеобуй», Волнографы, регистрирующие ускорение волнового движения, Волномерный  буй «Вейврайдер», Волнограф «Вейвтрек», Волнограф «Вейвкрейстбуй» Автономный волноизмерителъный буй).

 

Альтиметры

 

Альтиметры разделяются  на системы, работающие в надир (надводные) и в зенит (подводные). Но в обоих  случаях носитель может быть неподвижным (надводная или подводная платформа, дно моря) или движущимся (самолет, ИСЗ, подводная лодка). К приборам, работающим в надир, относятся радары, лазеры, инфракрасные альтиметры и  сонары (ультразвуковые эхолоты), к  приборам, работающим в зенит, ‑ сонары (Акустический измеритель волнения модели 480).

 

Оптические методы

 

При проведении наблюдений на больших акваториях для получения  комплексных характеристик волнения используется стереофотосъемка волнения. Стереофотограмметрический метод  основан на анализе пары снимков.

 

Микроволновый доплеровский радиолокационный волномер-профилометр (РЛВП), позволяющий производить  измерение профиля волны. Источником электромагнитного излучения в  нем является диод Ганна, помещенный в резонатор и снабженный теплоотводом.

 

Судовые волнографы

 

Волнограф Такера позволяет  измерять на малом ходу судна, с судна, лежащего в дрейфе или стоящего на якоре, гидростатическое давление в  фиксированной точке на небольшой  глубине датчиком волнения, встроенным в обшивку судна в плоскости  его центра тяжести, и вертикальное перемещение этой точки акселерометром с двойным интегрированием выходного  сигнала.

 

Волнограф судовой ГМ-62 предназначен для измерения высот и периодов волн с судна в открытом море Кроме того, он может использоваться для регистрации вертикальной качки той части судна, где подвешены датчики, т.е. линейных колебаний этой части вдоль вертикальной оси.

 

«Система путевого измерения  характеристик волнения океана», предназначенная  для измерения волнения на ходу судна  и состоящая из: датчика волнения, датчика качки судна, двух аналого-цифровых преобразователей, блока вывода информации на магнитную ленту, магнитного накопителя и компьютера.