Пневматическое барботёр средство измерения прилива успешно используется во всем мире уже несколько десятилетий. Оно пришло на смену многим поплавкового действия средствам измерения в качестве основного стандарта для измерения уровня моря в таких странах, как США и Великобритания, хотя в США с тех пор они были заменены акустическими датчиками (раздел 3.4). В Великобритании до сих пор работает национальная сеть мареографов (44 станции), основанные на этой технологии. Было показано, что надежный, как с точки зрения точности и стабильности. Он продемонстрировал свою ценность в ситуациях, когда нет вертикальных структур, на которые можно прикрепить оборудование, например, на коралловых атоллы, как часть оборудования, установленного на море и на суше может быть несколько сотен метров друг от друга, не как в случае со многими другими видами инструмента.
Рисунок 3.2 показывает основные особенности барботер системы. Воздух проходит в дозированных ставка по малокалиберной трубе под давлением на месте подводной скважины ниже минимального ожидаемого уровня моря. Устройство обычно принимает форму короткого вертикального цилиндра с закрытой верхней гранью и открытой в нижней части. Малое "сливное отверстие" бурится ниже середины ее длины вниз и дозированный воздух вводится через соединение на верхней поверхности. Как воздух из трубки попадает в устройство, давление начинает сжимается и выталкивает воду вниз внутри камеры до уровня сливного отверстия, за это время воздушные пузыри через отверстие выходят обратно на поверхность. При условии, что скорость потока воздуха низкая и воздух подается в трубке не слишком долго, давление воздуха в системе будет равно давлению связанному с глубиной морской воды над сливным отверстием, связано с атмосферным давлением. Инструмент записи давления, объединенный в эту поставку труб на суше заканчивает записи изменений уровня воды, как изменение давления, в соответствии с законом:
h = (р-ра) / (ρg),где h-высота уровня моря над отверстием; p-измеренное давление; pa-атм.давление; p-плотность воды; g-ускорение свободного падения.
Большинство пневматических инструментов используют датчик давления как часть регистрирующей аппаратуры для наблюдения за изменениями давления и, следовательно, уровня моря. Зачастую датчик работает в дифференциальном режиме, датчики сконструированы так, чтобы давление в системе противостояло атмосферному давлению. Таким образом, результирующее давление, испытываемое датчиком становится (р-ра), делая измеренное давление прямо пропорциональным требуемому уровнем моря.
Знание плотности морской воды (ρ) имеет важное значение. Это, как правило, получают из отдельных проб воды, и, когда вода хорошо перемешана, это можно считать постоянным. В устьевых местах, плотность может изменяться в ходе приливного цикла или сезонного, а плотность поправки должна быть включена в обработку данных.
Рассмотрим несколько других воздействий на измеренное давление. Они включают в себя «статический» эффект, который является функцией высоты откалиброванной над уровнем моря, и «динамический» эффект, который вытекает из динамики расхода газа. Последний может быть рассчитан по длине трубы и радиусу и минимальному потоку воздуха в соответствии с предотвращением попадания воды в систему. Эффект волны на систему вводит положительное смещение в штормовых условиях (т.е. уровень моря оценивается слишком высоко). Эти эффекты могут нарушать измерения уровня моря на суб-сантиметровый уровень в обычных условиях, но результаты могут быть неправильны на несколько сантиметров в экстремальных волнах.
Совместно со всеми системами измерения давления, есть необходимость в создании поста для наблюдения временных рядов.
Воздух, как правило, подается в барботер от компрессора к себе непрерывной установкой. В случае отказа питания электрооборудования, резервные мощности воздуха способны поддерживать систему, по крайней мере несколько дней. Преобразователи, компрессоры, регистраторы данных и т.д. можно приобрести у крупных производителей с готовым к использованию пакетов. Все барботер системы имеют преимущество, что большинство компонентов находятся под водой, и что все компоненты являются надежными и, если они повреждены, относительно недорого заменить.
3.3.2 Датчики давления
Датчики давления могут быть установлены непосредственно в море, чтобы контролировать подземное давление аналогично к датчику барботер. Датчик подключается с помощью кабеля, который несет силовые и сигнальные линии берегового контроля и регистрации устройства. Датчики давления могут быть размещены в безопасности на морском дне, но этот метод имеет недостатки в развертывании и техническом обслуживании, обычно требуют погружения команды.
Датчики давления могут работать от батарей на срок от года и более, так как они потребляют очень мало электроэнергии. Это может быть выгодным даже там, где электротехническое оборудование имеется, но при условии длительного периода неудачно. Поэтому они широко используются в отдаленных районах, таких, как океанические острова, где доступ ограничен. Основным недостатком является отсутствие фиксированного уровня отсчета, которому должны быть найдены альтернативные средства.
Датчики выпускаются в двух вариантах, которые обеспечивают как абсолютный или дифференциальный сигнал. Если абсолютный датчик работает, датчик обеспечивает измерение общего давления в том числе на уровне моря и атмосферы. Таким образом, отдельные барометры требуется обычно в виде идентичных передатчиков на открытым воздухе. Оба датчика синхронизированы по часам, чтобы они могли быть легко вычислены для получения уровня моря (с последующей коррекцией по плотности и ускорению силы тяжести). Преобразователи перепада давления имеют вентилируемый кабель, в котором опорная сторона преобразователя открыта в атмосферу. Вентилируемые системы, как известно, страдают от случайных блокировок и используются не так часто в опасных условиях. Кроме того, записи атмосферного давления являются ценными для океанографических исследований, так что второй вариант преобразователя наиболее часто используется.
Относительно недорогие датчики давления используют тензометрические или керамические технологии, в которых изменение давления воды вызывает изменение сопротивления или емкости в чувствительном элементе. Наиболее точный, но дорогостоящие датчики используют кварцевый элемент, резонансная частота которого меняется в зависимости от штамма.
Все датчики давления чувствительны к температуре. Некоторые из них имеют встроенный датчик температуры, чтобы скомпенсировать давление сигнала. Если это не так, то важно, чтобы температура контролировалась независимо друг от друга и использовалась в качестве коррекции. Температура моря колеблется гораздо меньше, чем температура воздуха и компенсация любого из этих методов является эффективной.
Датчики давления имеют малое время отклика и используются для измерения высоты волн на период в несколько секунд. В приложениях мареографов, сигнал, как правило, усредненный на более соответствующий период, например, 1, 6 или 15 минут. Этот метод усреднения дает большую гибкость, так как период выборки может быть легко изменен в соответствии с приложением. Изменения могут быть сделаны удаленно, если установка подключена к телефонной связи или двусторонней коммуникационной сети.
3.3.3 Данные от системы давления.
Основная проблема с одним датчиком давления создание данных для ее измерения. Хорошее приближение может быть получено с дифференциального преобразователя. Он менее точен по сравнению с абсолютным датчиком, потому что атмосферное давление представляет смещение, что может предотвратить достаточно низкое давление, которое было достигнуто во время калибровки. В общем, среди других средств фиксации данное является предпочтительным.
Метод часто применяется, чтобы сделать визуальное измерение против прилива персоналом в течение одного дня и повторяется это на регулярной основе. Отдельные измерения должны быть с точностью до 2-3 см и в среднем должны исправлять данные около сантиметра точности. Однако это утомительно и может только быть осуществлено изредко в отдаленных районах.
Радиолокационный датчик
Радиолокационный датчики прилива стали доступны в течение последних нескольких лет от нескольких производителей. Хотя технология является относительно новой, радиолокационные датчики приобретаются и устанавливаются рядом учреждений в качестве замены более старых инструментов или для совершенно новых сетей. Причина в том, что они являются простыми в эксплуатации и обслуживании, как акустические датчики, за исключением их главного недостатка: у них высокая зависимость от температуры воздуха. Радиолокационный датчик имеет относительно низкую стоимость и инженерные работы, необходимые для их установки относительно просты, по сравнению с другими системами. Инструменты поставляются с необходимым аппаратным и программным обеспечением для преобразования радиолокационных измерений высоты уровня моря. Вдобавок, выходные сигналы часто являются совместимыми с существующими регистраторами данных или могут быть подключены к сети. Как и многие современные системы, они могут быть установлены, используя портативный компьютер. Активная часть датчика находится над поверхностью воды и измеряет расстояние от этой точки до границы раздела воздух-вода. Схема приведена на рисунке 3,6. Датчик должен быть установлен таким образом, что бы не было никаких препятствий или отражений на пути луча радара, между датчиком и данной поверхностью моря. Он должен быть расположен над самым высоким ожидаемым уровнем моря и предпочтительно выше самой высокой ожидаемой высотой волны, чтобы предотвратить физическое повреждение.
Он имеет много преимуществ по сравнению с традиционными системами, он делает прямое (направленное) измерение уровня моря. Влияние изменения плотности и температуры, не важны даже в атмосфере. Главное ограничение в том, что потребление энергии может быть относительно большим в радиолокационных системах, если используется на постоянной основе в режиме быстрой повторной выборки. Как правило, берется по периодам минут. Это может ограничить его использование в некотором применении (например, предупреждение о цунами), где наблюдения требуются на постоянной высокой частоте (например, 15 секунд). В таких районах, манометры могут быть более подходящими, хотя работа и исследования по-прежнему делается в этом конкретном применении.
Радиолокационные датчики делятся на две категории. Те, которые передают непрерывную частоту и используют фазовый сдвиг между переданным и принятым сигналом для определения высоты над уровнем моря (частотно-модулированные непрерывные волны: FMCW) OTT Kalesto, Miros и Radac инструменты используют этот метод. VEGA и SEBA системах используются импульсные передачи и время-прохождения импульса. Все эти приборы прошли испытания и сравниваются различными учреждениями в разных странах. Подробную информацию об этих тестах можно найти в IOC Workshop Report № 193. Подробности отдельных приборов можно найти на веб-сайтах показано ниже.
В принципе, инструмент само калибрующийся, поскольку исходное значение обеспокоивает. Однако, чтобы обеспечить уверенность в том, что исходное остается постоянной в течение длительных периодов времени, исследуют альтернативные способы. Они принимают форму отражателя, который может быть помещен в луч радара через соответствующие промежутки времени. Отражатель находится на известном расстоянии ниже точки соединения установки в течение короткого периода. В течение года или больше данное значение может быть проверено и используется для настройки измерений, если это необходимо. Начальные признаки того, что эти приборы могут обеспечить необходимые измерения для целей ГЛОСС перспективны. Как и все мареографы, практические соображения, связанные с конкретным применением часто доминируют над другими соображениями. Например, они имеют очень ограниченное применение в полярных регионах. Они еще не были использованы в крайне неблагоприятных условиях, например, на отдаленных островах, где экстремальные волны могут возвышаться над датчиком на несколько метров. Однако, для обычного применения, в котором защитная трубка или барботер датчик барботер используются в настоящее время работают удовлетворительно.