Глубиномер — это прибор для измерения глубины под вертикальной опорной поверхностью. Они включают глубиномеры для подводного плавания и подобных применений. Глубиномер для подводного плавания — это манометр , который показывает эквивалентную глубину под свободной поверхностью в воде. Соотношение между глубиной и давлением является линейным и достаточно точным для большинства практических целей, а для многих целей, таких как дайвинг, на самом деле важно давление. Это часть водолазного оборудования, используемого подводными водолазами , подводными лодками и подводными аппаратами .
Большинство современных глубиномеров для дайвинга имеют электронный механизм и цифровой дисплей. Более ранние типы использовали механический механизм и аналоговый дисплей. Цифровые глубиномеры, используемые дайверами, обычно также включают таймер, показывающий интервал времени, в течение которого дайвер был погружен. Некоторые показывают скорость подъема и спуска дайвера, что может быть полезно для предотвращения баротравмы . Этот комбинированный прибор также известен как донный таймер . Электронный глубиномер является важным компонентом подводного компьютера .
Поскольку датчик измеряет только давление воды, показания глубины, отображаемые датчиками, используемыми как в пресной, так и в морской воде, имеют некоторую неточность из-за разницы в плотности пресной и морской воды из-за колебаний солености и температуры.
Глубиномер, который измеряет давление воздуха, выходящего из открытого шланга к водолазу, называется пневмофатометром . Обычно они калибруются в метрах или футах морской воды.
Эксперименты в 1659 году Роберта Бойля из Королевского общества были проведены с использованием барометра под водой и привели к закону Бойля . [1] Французский физик, математик и изобретатель Дени Папен опубликовал «Сборник разнообразных деталей, трогательных новелл о машинах» в 1695 году, где он предложил глубиномер для подводной лодки . [2] «Морской измеритель» для измерения глубины океана был описан в «Philosophia Britannica» в 1747 году. [3] Но только в 1775 году и после разработки глубиномера изобретателем, научным приборостроителем и часовщиком Айзеком Дулитлом из Нью-Хейвена, штат Коннектикут , для подводной лодки Дэвида Бушнелла « Черепаха », он был развернут на подводном судне. К началу девятнадцатого века «глубиномер был стандартной функцией водолазных колоколов ». [4]
С глубиной воды давление окружающей среды увеличивается на 1 бар на каждые 10 м в пресной воде при 4 °C. Таким образом, глубину можно определить, измерив давление и сравнив его с давлением на поверхности. Атмосферное давление меняется в зависимости от высоты и погоды, и для точности глубиномер должен быть откалиброван для коррекции местного атмосферного давления. Это может быть важно для безопасности декомпрессии на высоте. Плотность воды меняется в зависимости от температуры и солености, поэтому для точного измерения глубины этим методом необходимо знать профили температуры и солености. Их легко измерить, но их необходимо измерять напрямую.
Глубиномер Бойля-Мариотта состоит из прозрачной трубки, открытой с одного конца. Он не имеет подвижных частей, и трубка обычно является частью круга или плоской спирали, чтобы компактно поместиться на опоре. Во время погружения вода поступает в трубку и сжимает воздушный пузырь внутри пропорционально глубине. Край пузырька указывает глубину на шкале . Для глубины до 10 м этот глубиномер довольно точен, потому что в этом диапазоне давление удваивается с 1 бар до 2 бар, и поэтому он использует половину шкалы. Этот тип глубиномера также известен как капиллярный датчик. На больших глубинах он становится неточным. Максимальная глубина не может быть зафиксирована этим типом глубиномера, и точность сильно зависит от изменения температуры воздушного пузыря при погружении.
Глубиномер с трубкой Бурдона состоит из изогнутой трубки из эластичного металла, известной как трубка Бурдона . Давление воды на трубку может быть внутри или снаружи в зависимости от конструкции. Когда давление увеличивается, трубка растягивается, а когда оно уменьшается, трубка восстанавливает первоначальную кривизну. Это движение передается указателю с помощью системы шестеренок или рычагов, и указатель может иметь вспомогательный хвостовой указатель, который толкается вперед, но не возвращается автоматически вместе с основным указателем, который может отмечать максимальную достигнутую глубину. Точность может быть хорошей. Когда эти датчики носит водолаз, они измеряют разницу давления непосредственно между окружающей водой и герметичным внутренним воздушным пространством датчика, и, следовательно, могут зависеть от изменений температуры.
В мембранном глубиномере вода давит на металлическую канистру с гибким концом, который отклоняется пропорционально внешнему давлению. Отклонение мембраны усиливается рычажно-зубчатым механизмом и передается на указатель индикатора, как в барометре-анероиде . Указатель может толкать скользящий указатель, который не возвращается сам по себе и указывает максимум. Этот тип датчика может быть довольно точным, если скорректировать его с учетом температурных колебаний.
Тензометры могут использоваться для преобразования давления на мембрану в электрическое сопротивление, которое может быть преобразовано в аналоговый сигнал с помощью моста Уитстона. Этот сигнал может быть обработан для получения сигнала, пропорционального давлению, который может быть оцифрован для дальнейшей обработки и отображения.
Пьезорезистивные датчики давления используют изменение сопротивления кремния при напряжении. Пьезорезистивный датчик состоит из кремниевой диафрагмы, на которую в процессе производства наносятся кремниевые резисторы. Диафрагма прикрепляется к кремниевой пластине. Сигнал должен быть скорректирован с учетом изменений температуры. [5] Эти датчики давления обычно используются в подводных компьютерах . [6]
Пневмофатометр — это глубиномер, который показывает глубину водолаза, снабжаемого с поверхности, путем измерения давления воздуха, подаваемого водолазу. Первоначально манометры были установлены на ручном водолазном воздушном насосе, который использовался для подачи воздуха для дыхания водолаза, одетого в стандартный водолазный костюм , с подачей воздуха свободным потоком, в котором не было большого противодавления, кроме гидростатического давления глубины. Поскольку в систему для безопасности были добавлены обратные клапаны , они увеличили противодавление, которое также увеличилось, когда были введены шлемы по требованию, поэтому к шлангокабелю водолаза был добавлен дополнительный шланг небольшого диаметра, который не имеет дополнительных ограничений, и когда через него проходит низкий расход газа для образования пузырьков у водолаза, он дает точную, надежную и прочную систему для измерения глубины водолаза, которая до сих пор используется в качестве стандартного оборудования для контроля глубины для водолазов, снабжаемых с поверхности. Датчики пневмофатометра устанавливаются на панели подачи дыхательного газа водолаза и активируются клапаном. «Пневмолиния», как ее обычно называют водолазы, может использоваться в качестве аварийного источника воздуха для дыхания, если заправить открытый конец в нижнюю часть шлема или полнолицевой маски и открыть клапан, чтобы обеспечить свободный поток воздуха. Игольчатый клапан или отверстие «демпфера манометра» устанавливается между пневмолинией и манометром для снижения ударных нагрузок на чувствительный механизм, а клапан избыточного давления защищает манометр от давлений, выходящих за пределы его рабочего диапазона.
Компьютеры для дайвинга имеют встроенный глубиномер с цифровым выходом, который используется при расчете текущего состояния декомпрессии дайвера. Глубина погружения отображается вместе с другими значениями на дисплее и регистрируется компьютером для непрерывного моделирования модели декомпрессии . Большинство компьютеров для дайвинга содержат пьезорезистивный датчик давления . Реже используются емкостные или индуктивные датчики давления. [ необходима цитата ]
Дайвер использует глубиномер с декомпрессионными таблицами и часами , чтобы избежать декомпрессионной болезни . Распространенной альтернативой глубиномеру, часам и декомпрессионным таблицам является подводный компьютер , который имеет встроенный глубиномер и отображает текущую глубину в качестве стандартной функции.
Глубиномер также может быть основан на свете : яркость уменьшается с глубиной, но зависит от погоды (например , солнечно или облачно) и времени суток. Также цвет зависит от глубины воды. [7] [8]
В воде свет ослабевает для каждой длины волны по-разному. Длины волн ультрафиолетового , фиолетового (> 420 нм) и красного (< 500 нм) исчезают перед синим светом (470 нм), который проникает в чистую воду глубже всего. [9] [10] Состав длин волн постоянен для каждой глубины и почти не зависит от времени суток и погоды . Чтобы измерить глубину, животному понадобятся два фотопигмента, чувствительных к разным длинам волн, чтобы сравнить разные диапазоны спектра. [7] [8] Такие пигменты могут быть выражены в разных структурах.
Такие различные структуры обнаружены у полихеты Torrea candida . Ее глаза имеют основную и две дополнительные сетчатки . Дополнительные сетчатки воспринимают УФ-свет ( λ max = 400 нм), а основная сетчатка воспринимает сине-зеленый свет ( λ max = 560 нм). Если сравнить свет, воспринимаемый всеми сетчатками, можно оценить глубину, и поэтому для Torrea candida был предложен такой хроматический глубиномер. [11]
У личинок полихеты Platynereis dumerilii был обнаружен хроматический глубиномер . [12] У личинок есть две структуры: рабдомерные фоторецепторные клетки глаз [13] и ресничные фоторецепторные клетки в глубоком мозге . Ресничные фоторецепторные клетки экспрессируют ресничный опсин , [14] который является фотопигментом, максимально чувствительным к УФ-свету ( λ max = 383 нм). [15] Таким образом, ресничные фоторецепторные клетки реагируют на УФ-свет и заставляют личинок плыть вниз гравитаксисом. Гравитаксису здесь противостоит фототаксис , который заставляет личинок плыть вверх к свету, идущему с поверхности. [10] Фототаксис опосредуется рабдомерными глазами. [16] [17] [12] Глаза экспрессируют по крайней мере три опсина (по крайней мере, у личинок старшего возраста), [18] и один из них максимально чувствителен к голубому свету ( λ max = 483 нм), так что глаза охватывают широкий диапазон длин волн с помощью фототаксиса. [10] Когда фототаксис и гравитаксис выровнялись, личинки нашли свою предпочтительную глубину. [12]
Статьи [захвачены] о глубиномерах, размещенные на сайте Rubicon Foundation