Измеритель течений — океанографический прибор для измерения расхода воды механическим, наклонным, акустическим или электрическим способом.
В физике различают различные системы отсчета в зависимости от того, где находится наблюдатель . Это основа лагранжевой и эйлеровой спецификации поля течения в гидродинамике : наблюдатель может находиться либо в движущейся системе отсчета (как в случае лагранжева дрейфера ), либо в неподвижной системе отсчета .
Механические измерители тока в основном основаны на подсчете оборотов винта и, таким образом, являются роторными измерителями тока. Реализацией середины 20-го века является измеритель тока Экмана , который бросает шарики в контейнер для подсчета числа оборотов. Радиоизмеритель тока Робертса представляет собой устройство, установленное на пришвартованном буе и передающее свои данные по радио на обслуживающее судно. Измерители тока Савониуса вращаются вокруг вертикальной оси, чтобы минимизировать ошибку, вносимую вертикальным движением. [1]
Существует два основных типа акустических измерителей течения: Допплеровский и Travel Time. Оба метода используют керамический преобразователь для излучения звука в воду.
Доплеровские приборы более распространены. Прибором такого типа является акустический доплеровский профилировщик течения (ADCP), который измеряет скорости течения воды в диапазоне глубин с использованием эффекта Доплера звуковых волн, рассеянных обратно от частиц в толще воды. ADCP используют время распространения звука для определения положения движущихся частиц. Одноточечные приборы снова используют доплеровский сдвиг, но игнорируют время распространения. Такой одноточечный доплеровский датчик течения (DCS) имеет типичный диапазон скорости от 0 до 300 см/с. Устройства обычно оснащены дополнительными опциональными датчиками.
Приборы измерения времени прохождения определяют скорость воды по крайней мере по двум акустическим сигналам, одному вверх по течению и одному вниз по течению. Точно измеряя время прохождения от излучателя до приемника в обоих направлениях, можно определить среднюю скорость воды между двумя точками. Используя несколько путей, можно определить скорость воды в трех измерениях.
Измерители времени прохождения, как правило, точнее доплеровских измерителей, но регистрируют только скорость между преобразователями. Доплеровские измерители имеют то преимущество, что они могут определять скорость воды на значительном расстоянии, а в случае ADCP — на нескольких расстояниях.
Этот новый подход, например, применяется во Флоридском проливе , где электромагнитная индукция в подводном телефонном кабеле используется для оценки сквозного потока через шлюз [2] , а вся установка может рассматриваться как один огромный измеритель тока. Физика, лежащая в основе: заряженные частицы (ионы в морской воде) движутся с океанскими течениями в магнитном поле Земли, которое перпендикулярно движению. Используя закон индукции Фарадея (третье уравнение Максвелла ), можно оценить изменчивость усредненного горизонтального потока, измеряя индуцированные электрические токи. Метод имеет незначительный эффект вертикального взвешивания из-за небольших изменений проводимости на разных глубинах. [3]
Измерители наклонного течения работают по принципу волочения-наклона и предназначены либо для плавания, либо для погружения в зависимости от типа. Плавающий измеритель наклонного течения обычно состоит из плавучего корпуса, который крепится к морскому дну с помощью гибкой линии или троса. Тонущее наклонное течение похоже, но корпус спроектирован таким образом, что измеритель висит на точке крепления. В любом случае корпус наклоняется в зависимости от его формы, плавучести (отрицательной или положительной) и скорости воды. Как только характеристики корпуса известны, скорость можно определить, измерив угол корпуса и направление наклона. [4] Корпус содержит регистратор данных , который регистрирует ориентацию (угол от вертикали и компасного пеленга) измерителя наклонного течения. Плавающие измерители наклонного течения обычно размещаются на дне с помощью свинцового или бетонного якоря, но могут быть размещены на ловушках для омаров или других удобных якорях. [5] Тонущие измерители наклонного течения могут быть прикреплены к океанографическому причалу , плавучему доку или загону для рыбы. Измерители наклонного тока имеют преимущество перед другими методами измерения тока в том, что они, как правило, являются относительно недорогими приборами, а их конструкция и эксплуатация относительно просты. [6] Низкая стоимость прибора может позволить исследователям использовать измерители в большем количестве (тем самым увеличивая пространственную плотность) и/или в местах, где существует риск потери прибора. [7]
Течеизмерители обычно размещаются в пределах океанографической швартовки, состоящей из якорного груза на земле, швартовного каната с присоединенными к нему приборами и плавающего устройства для поддержания швартовного каната в более или менее вертикальном положении. Как воздушный змей на ветру, фактическая форма швартовного каната не будет полностью прямой, а будет следовать так называемой (полу) цепной линии . Под воздействием водных течений (и ветра , если верхний буй находится над поверхностью моря) можно определить форму швартовного каната и по ней фактическую глубину приборов. [8] [9] Если течения сильные (более 0,1 м/с ), а швартовные канаты длинные (более 1 км ), положение прибора может изменяться до 50 м .