Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Глубиномер
Левое запястье водолаза с часами для дайвинга и механическим глубиномером с стрелочным индикатором.
Водолаз морской пехоты США с часами для дайвинга и аналоговым глубиномером
Цифровой глубиномер в сочетании с таймером и дисплеем температуры, также называемый «нижний таймер».

Глубиномер представляет собой инструмент для измерения глубины ниже опорной поверхности. Они включают в себя датчики глубины для подводных погружений и аналогичных приложений, а также технических инструментов , используемых для измерения глубины отверстий и углублений от опорной поверхности.

Глубиномер для дайвинга - это манометр, который показывает эквивалентную глубину ниже свободной поверхности в воде. Взаимосвязь между глубиной и давлением является линейной и достаточно точной для большинства практических целей, а для многих целей, таких как ныряние, на самом деле важно давление. Это водолазное снаряжение, используемое водолазами , подводными лодками и подводными аппаратами .

Большинство современных глубиномеров имеют электронный механизм и цифровой дисплей. В более ранних типах использовался механический механизм и аналоговый дисплей. Цифровые глубиномеры, используемые дайверами, обычно также включают таймер, показывающий интервал времени, в течение которого дайвер находился под водой. Некоторые показывают скорость подъема и спуска дайвера, что может быть полезно для предотвращения баротравмы . Этот комбинированный инструмент также известен как нижний таймер . Электронный глубиномер - важный компонент подводного компьютера.

Поскольку манометр измеряет только давление воды, глубина, отображаемая манометрами, которые используются как в пресной, так и в морской воде, имеет присущую неточность из-за разницы в плотностях пресной и морской воды из-за изменений солености и температуры.

Глубиномер, который измеряет давление воздуха, выходящего из открытого шланга к водолазу, называется пневмофатометром . Обычно они калибруются в метрах морской воды или футах морской воды.

История [ править ]

В 1659 году Роберт Бойль из Королевского общества провел эксперименты с использованием барометра под водой и привел к закону Бойля . [1] Французский физик, математик и изобретатель Дени Папен опубликовал в 1695 году роман «Recuiel de diverses Pieces touch quelques» «Машины», в котором предложил глубиномер для подводной лодки . [2] «Морской манометр» для измерения глубины океана был описан в Philosophia Britannica в 1747 году. [3] Но только в 1775 году, когда изобретателем, научным прибором и часовщиком Исааком Дулиттлом был разработан глубиномер. изНью-Хейвен, Коннектикут , для подводной лодки Дэвида Бушнелла « Черепаха» , которая была развернута на подводном корабле. К началу девятнадцатого века «глубиномер был стандартной функцией водолазных колоколов ». [4]

Режим работы [ править ]

С увеличением глубины атмосферное давление увеличивается на 1 бар на каждые 10 м в пресной воде при 4 ° C. Следовательно, точную глубину можно определить, измерив давление и сравнив его с давлением на поверхности. Атмосферное давление меняется в зависимости от высоты и погоды, и для обеспечения точности глубиномер должен быть откалиброван с учетом местного атмосферного давления. Это может быть важно для обеспечения безопасности при декомпрессии на высоте.

Типы [ править ]

Глубиномер Бойля-Мариотта [ править ]

Глубины Бойла-Мариотт состоит из прозрачной круглой изогнутой открытой трубы на одном конце. В нем нет движущихся частей. Во время погружения вода попадает в трубку и сжимает внутри воздушный пузырь пропорционально глубине. Край пузыря указывает глубину на шкале . Для глубины до 10 м этот глубиномер достаточно точен, потому что в этом диапазоне давление увеличивается вдвое с 1 бара до 2 бар, и поэтому он использует половину шкалы. Этот тип манометра также известен как капиллярный манометр. На большей глубине он становится неточным. С помощью этого глубиномера невозможно записать максимальную глубину, а точность сильно зависит от изменения температуры.

Глубиномер с трубкой Бурдона [ править ]

Трубка Бурдона

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 уменьшается, трубка возвращается к исходной кривизне. Это движение передается указателю с помощью системы шестерен или рычагов, и указатель может иметь вспомогательный замыкающий указатель, который перемещается, но не возвращается автоматически вместе с основным указателем, который может отмечать максимальную достигнутую глубину. Точность может быть хорошей. При переносе водолазом эти манометры измеряют перепад давления непосредственно между окружающей водой и герметичным внутренним воздушным пространством манометра, и поэтому на них могут влиять изменения температуры.

Мембранный глубиномер [ править ]

В мембранном глубиномере вода давит на металлическую канистру с гибким концом, который отклоняется пропорционально внешнему давлению. Прогиб мембраны усиливается рычажным и зубчатым механизмом и передается на указатель индикатора, как в барометре-анероиде . Указатель может подтолкнуть конечный указатель, который не возвращается сам по себе и указывает максимум. Этот тип манометра может быть довольно точным при корректировке на колебания температуры.

Тензодатчики могут использоваться для преобразования давления на мембране 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 [ править ]

Подводный компьютер с отображением глубины

Пьезорезистивные датчики давления используют изменение удельного сопротивления кремния в зависимости от напряжения. Пьезорезистивный датчик состоит из кремниевой диафрагмы, на которую в процессе производства распределяются кремниевые резисторы. Диафрагма прикреплена к кремниевой пластине. Сигнал необходимо скорректировать на колебания температуры. [5] Эти датчики давления обычно используются в подводных компьютерах . [6]

Пневмофатометр [ править ]

Поставляемая на поверхности газовая панель для одного дайвера:
  • PG: датчик пневмофатометра
  • OPV: предохранительный клапан
  • PS: пневмо демпфер
  • PSV: пневмоклапан подачи
  • DSV: клапан подачи водолаза
  • MP: давление в коллекторе
  • RSV: клапан резервного питания
  • RP: резервное давление
  • MSV: главный подающий клапан
  • SP: давление питания
  • РГС: резервное газоснабжение
  • МГС: магистральное газоснабжение
  • UP: шлангокабельный пневмошланг
  • UB: шлангокабель для дыхательного газа
  • DP: глубина измеряется пневмофатометром
Манометр на ручном водолазном насосе Siebe Gorman, показывающий подаваемое давление в фунтах на квадратный дюйм (черный) и в футах морской воды (красный)
Панель поверхностного приточного воздуха с манометрами приточного давления (малые) и пневмофатометрами (большого диаметра). «Пневмолинии» синие.

Пневмофатометр - это глубиномер, который показывает глубину поверхности, на которой водолаз снабжается, путем измерения давления воздуха, подаваемого дайверу. Первоначально на ручном воздушном насосе дайвера были установлены манометры, используемые для подачи воздуха для дыхания водолазу в стандартной водолазной одежде , со свободным потоком воздуха, в котором не было большого противодавления, кроме гидростатического давления глубины. . В качестве обратных клапановбыли добавлены в систему для безопасности, они увеличили противодавление, которое также увеличилось, когда были введены специальные шлемы, поэтому к шлангокабелю дайвера был добавлен дополнительный шланг малого диаметра, который не имеет дополнительных ограничений, и когда через него проходит низкий расход газа он производит пузыри у дайвера, он дает точную, надежную и прочную систему для измерения глубины дайвера, которая до сих пор используется в качестве стандартного оборудования для мониторинга глубины для дайверов с поверхностным подводом. Манометры пневмофатометра устанавливаются на панели подачи дыхательного газа дайвера и активируются клапаном. «Пневмолинию», как ее обычно называют дайверы, можно использовать в качестве аварийного источника воздуха для дыхания, заправив открытый конец в нижнюю часть шлема или полнолицевой маски и открыв клапан, чтобы обеспечить свободный поток воздуха. А "игольчатый клапан или диафрагма манометра устанавливается между пневмолинией и манометром для уменьшения ударных нагрузок на хрупкий механизм, а предохранительный клапан защищает манометр от давлений, выходящих за пределы его рабочего диапазона.

Подводный компьютер [ править ]

Основная статья: Подводный компьютер

Подводные компьютеры имеют встроенный глубиномер с цифровым выходом, который используется для расчета текущего декомпрессионного статуса дайвера. Глубина погружения отображается вместе с другими значениями на дисплее и записывается компьютером для непрерывного моделирования декомпрессионной модели . Большинство подводных компьютеров содержат пьезорезистивный датчик давления . Редко используются емкостные или индуктивные датчики давления. [ необходима цитата ]

Использует [ редактировать ]

Дайвер использует глубиномер с декомпрессионными таблицами и часы, чтобы избежать декомпрессионной болезни . Распространенной альтернативой глубиномеру, часам и декомпрессионным таблицам является подводный компьютер , который имеет встроенный глубиномер и отображает текущую глубину как стандартную функцию.

Световые глубиномеры в биологии [ править ]

Глубиномер также может быть основан на свете : яркость уменьшается с глубиной, но зависит от погодных условий (например , является ли это солнечное или облачно) и временем суток. Также цвет зависит от глубины воды. [7] [8]

В воде свет ослабляется для каждой длины волны по- разному. УФ , фиолетовый (> 420 нм), и красный (<500 нм) длины волн исчезнуть до синего света (470 нм), который проникает прозрачная вода самая глубокая. [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 иметь разные структуры.

Такие разные структуры обнаружены у полихеты Torrea Candida . Его глаза имеют основную и две дополнительные сетчатки . Дополнительная сетчатка воспринимает 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 измеритель глубины с хроматическим соотношением. [11]

У личинок полихеты Platynereis dumerilii обнаружен пропорциональный хроматический глубиномер . [12] Личинки имеют две структуры: рабдомерные фоторецепторные клетки глаз [13] и цилиарные фоторецепторные клетки в глубине мозга . Цилиарной фоторецепторов клетки экспрессируют мерцательной опсина , [14] , которая является максимально фотохромное чувствительными к УФ-светом ( λ макс = 383 нм). [15] Таким образом, цилиарные фоторецепторные клетки реагируют на УФ-свет и заставляют личинок плавать вниз под действием силы тяжести. Gravitaxis здесь противостоит фототаксиса, что заставляет личинок подплывать к свету, идущему с поверхности. [10] Фототаксис обеспечивается рабдомерными глазами. [16] [17] [12] Глаза экспрессируют не менее трех опсинов (по крайней мере, у более старых личинок), [18] и один из них максимально чувствителен к голубому свету ( λ max = 483 нм), так что глаза закрывают широкий диапазон длин волн с фототаксисом. [10] Когда фототаксис и гравитаксис выровнялись, личинки нашли свою предпочтительную глубину. [12]

См. Также [ править ]

  • Высотомер : устройство, используемое при геодезии  - техника, профессия и наука для определения положения точек, расстояний и углов между ними, авиация  - проектирование, разработка, производство, эксплуатация и использование самолетов и горных видов спорта для измерения высоты местности. .
  • Батиметрия  - Изучение подводной глубины дна озера или океана.
  • Глубинное зондирование  - Измерение глубины водоема

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джоутхорп, Джон (редактор), Философские транзакции и коллекции до конца года MDCC: сокращено, и размещено под общим заголовком, W. INNYS, 1749, том 2, стр. 3
  2. ^ Манстан, Рой Р .; Фрезе Фредерик Дж., Черепаха: революционный сосуд Дэвида Бушнелла, Ярдли, Пенсильвания: издательство Westholme. ISBN  978-1-59416-105-6 . OCLC 369779489, 2010, стр. 37, 121
  3. ^ Мартин, Бенджамин, Philosophia Britannica: Or, Новая и всеобъемлющая система ньютоновской философии, C. Micklewright & Company, 1747, стр. 25
  4. ^ Марстан и Фрезе, стр. 123
  5. ^ «Датчик давления» . www.omega.com . 17 апреля 2019 . Проверено 9 декабря 2019 .
  6. ^ «Как измерить абсолютное давление с помощью пьезорезистивных чувствительных элементов» (PDF) . www.amsys.info . Проверено 9 декабря 2019 .
  7. ^ a b Нильссон, Дэн-Эрик (31 августа 2009 г.). «Эволюция глаз и визуально управляемое поведение» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 364 (1531): 2833–2847. DOI : 10.1098 / rstb.2009.0083 . PMC 2781862 . PMID 19720648 .  
  8. ^ a b Нильссон, Дэн-Эрик (12 апреля 2013 г.). «Эволюция глаза и его функциональные основы» . Визуальная неврология . 30 (1-2): 5-20. DOI : 10.1017 / S0952523813000035 . PMC 3632888 . PMID 23578808 .  
  9. ^ Лиие, Джон Н. (1988). Свет и зрение в водной среде . Сенсорная биология водных животных . С. 57–82. DOI : 10.1007 / 978-1-4612-3714-3_3 . ISBN 978-1-4612-8317-1.
  10. ^ a b c Гюманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Рандел, Надин; Верасто, Чаба; Безарес-Кальдерон, Луис А .; Michiels, Нико К .; Ёкояма, сёдзо; Жекели, Гаспар (август 2015 г.). «Спектральная настройка фототаксиса Go-Opsin в рабдомерных глазах Platynereis» . Текущая биология . 25 (17): 2265–2271. DOI : 10.1016 / j.cub.2015.07.017 . PMID 26255845 . 
  11. ^ Уолд, Джордж; Рейпорт, Стивен (24 июня 1977 г.). «Видение у кольчатых червей». Наука . 196 (4297): 1434–1439. Bibcode : 1977Sci ... 196.1434W . DOI : 10.1126 / science.196.4297.1434 . PMID 17776921 . S2CID 21808560 .  
  12. ^ a b c Верасто, Чаба; Гюманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Раджан, Винот Бабу Видин; Безарес-Кальдерон, Луис А .; Пиньейро-Лопес, Кристина; Рандел, Надин; Шахиди, Реза; Michiels, Нико К .; Ёкояма, сёдзо; Тессмар-Райбле, Кристин; Жекели, Гаспар (29 мая 2018 г.). «Цилиарные и рабдомерные цепи фоторецепторных клеток образуют измеритель спектральной глубины в морском зоопланктоне» . eLife . 7 . DOI : 10.7554 / eLife.36440 . PMC 6019069 . PMID 29809157 .  
  13. Перейти ↑ Rhode, Birgit (апрель 1992 г.). «Развитие и дифференциация глаза у Platynereis dumerilii (Annelida, Polychaeta)». Журнал морфологии . 212 (1): 71–85. DOI : 10.1002 / jmor.1052120108 . PMID 29865584 . S2CID 46930876 .  
  14. ^ Арендт, D .; Tessmar-Raible, K .; Snyman, H .; Dorresteijn, AW; Виттбродт, Дж. (29 октября 2004 г.). «Цилиарные фоторецепторы с опсином позвоночного типа в мозге беспозвоночных». Наука . 306 (5697): 869–871. Bibcode : 2004Sci ... 306..869A . DOI : 10.1126 / science.1099955 . PMID 15514158 . S2CID 2583520 .  
  15. ^ Цукамото, Хисао; Чен, Ай-Шань; Кубо, Йошихиро; Фурутани, Юджи (4 августа 2017 г.). «Цилиарный опсин в мозге зоопланктона морских кольчатых червей чувствителен к ультрафиолету, и чувствительность регулируется одним аминокислотным остатком» . Журнал биологической химии . 292 (31): 12971–12980. DOI : 10.1074 / jbc.M117.793539 . ISSN 0021-9258 . PMC 5546036 . PMID 28623234 .   
  16. ^ Рэндел, Надин; Асадулина, Альбина; Безарес-Кальдерон, Луис А.; Верасто, Чаба; Уильямс, Элизабет А; Конзельманн, Маркус; Шахиди, Реза; Жекели, Гаспар (27 мая 2014 г.). «Нейрональный коннектом сенсомоторной цепи для визуальной навигации» . eLife . 3 . DOI : 10.7554 / eLife.02730 . PMC 4059887 . PMID 24867217 .  
  17. ^ Jékely, Гашпар; Коломбелли, Жюльен; Хаузен, Харальд; Гай, Керен; Штельцер, Эрнст; Неделек, Франсуа; Арендт, Детлев (20 ноября 2008 г.). «Механизм фототаксиса в морском зоопланктоне» . Природа . 456 (7220): 395–399. Bibcode : 2008Natur.456..395J . DOI : 10,1038 / природа07590 . PMID 19020621 . 
  18. ^ Randel, N .; Безарес-Кальдерон, Луизиана; Gühmann, M .; Shahidi, R .; Джекели, Г. (10 мая 2013 г.). «Динамика экспрессии и белковая локализация рабдомерных опсинов в личинках Platynereis» . Интегративная и сравнительная биология . 53 (1): 7–16. DOI : 10.1093 / ICB / ict046 . PMC 3687135 . PMID 23667045 .  

Внешние ссылки [ править ]

Статьи о глубиномерах, опубликованные Фондом Рубикон