Глубиномер

Глубиномер — это инструмент для измерения глубины ниже вертикальной опорной поверхности. Они включают в себя глубиномеры для подводного плавания и подобных применений.Глубиномер для дайвинга — это манометр , который показывает эквивалентную глубину под свободной поверхностью воды. Зависимость между глубиной и давлением линейна и достаточно точна для большинства практических целей, а для многих целей, таких как дайвинг, на самом деле важно именно давление. Это часть водолазного снаряжения, используемого водолазами , подводными лодками и аппаратами для подводного плавания .

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 в себя 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 является важным компонентом подводного компьютера .

Поскольку манометр измеряет только давление воды, существует некоторая неточность глубины, отображаемая манометрами, которые используются как в пресной, так и в морской воде, из-за разницы в плотности пресной и морской воды из-за колебаний солености и температуры.

Глубиномер, измеряющий давление воздуха, выходящего из шланга с открытым концом к дайверу, называется пневмофатометром . Обычно они калибруются в метрах морской воды или футах морской воды.

История [ править ]

Эксперименты, проведенные в 1659 году Робертом Бойлем из Королевского общества с использованием подводного барометра, привели к открытию закона Бойля . ^[1] Французский физик, математик и изобретатель Дени Папен опубликовал в 1695 году книгу «Recuiel de Diversity Pieces Touchant Quelques Novelles Machines» , в которой предложил глубиномер для подводной лодки . ^[2] «Морской датчик» для измерения глубины океана был описан в «Британской философии» в 1747 году. ^[3] разработал глубиномер Но только в 1775 году, когда изобретатель, научный прибор и часовщик Исаак Дулиттл из Нью-Хейвена, штат Коннектикут для Дэвида Бушнелла подводной лодки « Черепаха », он был использован в подводном корабле. К началу девятнадцатого века «глубиномер был стандартной функцией водолазных колоколов ». ^[4]

Режим работы [ править ]

С увеличением глубины давление окружающей среды увеличивается на 1 бар на каждые 10 м в пресной воде при температуре 4 °C. Следовательно, 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 следует откалибровать с учетом местного атмосферного давления. Это может быть важно для безопасности декомпрессии на высоте. Плотность воды зависит 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.

Типы [ править ]

Глубиномер Мариотта - Бойля

Глубиномер Бойля-Мариотта состоит из прозрачной трубки, открытой с одного конца. У него нет движущихся частей, а трубка обычно представляет собой часть круга или плоской спирали, чтобы компактно прилегать к опоре. Во время ныряния вода поступает в трубку и сжимает внутри пузырь воздуха пропорционально глубине. Край пузырька указывает глубину на шкале . Для глубины до 10 м этот глубиномер достаточно точен, поскольку в этом диапазоне давление удваивается от 1 бар до 2 бар, и поэтому он использует половину шкалы. Этот тип манометра также известен как капиллярный манометр. На большей глубине оно становится неточным. Максимальная глубина не может быть зарегистрирована с помощью этого типа глубиномера, а точность сильно зависит от изменения температуры воздушного пузыря во время погружения.

Глубиномер с трубкой Бурдона [ править ]

Глубиномер с трубкой Бурдона состоит из изогнутой трубки из эластичного металла, известной как трубка Бурдона . Давление воды на трубку может быть внутренним или наружным в зависимости от конструкции. Когда давление увеличивается, трубка растягивается, а когда оно уменьшается, трубка восстанавливает первоначальную кривизну. Это движение передается указателю с помощью системы шестерен или рычагов, причем указатель может иметь вспомогательный ведомый указатель, который толкается вперед, но не возвращается автоматически вместе с основным указателем, который может отмечать максимальную достигнутую глубину. Точность может быть хорошей. Когда эти манометры находятся у дайвера, они измеряют разницу давлений 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. Отклонение мембраны усиливается рычажно-зубчатым механизмом и передается на стрелку индикатора, как в барометре-анероиде . Указатель может нажать конечный указатель, который не возвращается сам по себе и указывает максимум. Датчики этого типа могут быть весьма точными, если их корректировать с учетом изменений температуры.

Тензометры можно использовать для преобразования давления на мембрану в электрическое сопротивление, которое можно преобразовать в аналоговый сигнал с помощью моста Уитстона. Этот сигнал можно обработать для получения сигнала, пропорционального давлению, который можно оцифровать для дальнейшей обработки и отображения. .

Пьезорезистивные датчики давления [ править ]

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

Пневмофатометр [ править ]

Пневмофатометр — это глубиномер, который указывает глубину дайвера, снабжаемого поверхностью, путем измерения давления воздуха, подаваемого дайверу. с ручным приводом были установлены манометры, Первоначально на воздушном насосе дайвера которые использовались для подачи воздуха для дыхания дайверу, одетому в стандартную водолазную одежду , со свободной подачей воздуха, в которой не было большого противодавления, кроме гидростатического давления глубины. . Поскольку в целях безопасности в систему были добавлены обратные клапаны , они увеличили противодавление, которое также увеличилось с появлением защитных шлемов, поэтому к шлангокабелю дайвера был добавлен дополнительный шланг небольшого диаметра, который не имеет дополнительных ограничений и при низкой скорости потока. Через него пропускают газ, образуя пузырьки у дайвера. Это дает точную, надежную и прочную систему измерения глубины дайвера, которая до сих пор используется в качестве стандартного оборудования для мониторинга глубины для дайверов с надводным питанием. Манометры пневмофатометра установлены на панели подачи дыхательного газа водолаза и активируются клапаном. «Пневмолинию», как ее обычно называют дайверы, можно использовать в качестве аварийной подачи воздуха для дыхания, заправив открытый конец в нижнюю часть шлема или полнолицевой маски и открыв клапан для обеспечения свободного потока воздуха. Между пневмолинией и манометром устанавливается игольчатый клапан или диафрагма «демпфер манометра», чтобы уменьшить ударные нагрузки на чувствительный механизм, а клапан избыточного давления защищает манометр от давления, выходящего за пределы его рабочего диапазона.

Подводный компьютер [ править ]

Подводные компьютеры имеют встроенный глубиномер с цифровым выводом, который используется для расчета текущего состояния декомпрессии дайвера. Глубина погружения отображается вместе с другими значениями на дисплее и записывается компьютером для непрерывного моделирования модели декомпрессии . Большинство подводных компьютеров содержат пьезорезистивный датчик давления . Редко используются емкостные или индуктивные датчики давления. ^{[ нужна ссылка ]}

Использует [ править ]

Дайвер использует глубиномер с таблицами декомпрессии и часы , чтобы избежать декомпрессионной болезни . Распространенной альтернативой глубиномеру, часам и таблицам декомпрессии является подводный компьютер , который имеет встроенный глубиномер и отображает текущую глубину в качестве стандартной функции.

глубиномеры биологии Световые в

Глубиномер (например , также может основываться на освещении : яркость уменьшается с глубиной, но зависит от погоды солнечно или облачно) и времени суток. Также цвет зависит от глубины воды. ^[7]^[8]

В воде свет ослабляется для каждой длины волны по-разному. Длины волн УФ . , фиолетового (> 420 нм) и красного (< 500 нм) исчезают перед синим светом (470 нм), который глубже всего проникает в чистую воду ^[9]^[10] Волновой состав постоянен для каждой глубины и практически не зависит от времени суток и погоды . Чтобы измерить глубину, животному потребуются два фотопигмента, чувствительные к разным длинам волн, чтобы сравнить разные диапазоны спектра. ^[7]^[8] Такие пигменты могут выражаться в различных структурах.

Такие разные структуры обнаружены у полихеты Torrea candida . Глаза имеют основную и две добавочные сетчатки . Добавочная 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 соотношение хроматический датчик глубины. ^[11]

обнаружено соотношение хроматической глубины У личинок полихеты Platynereis dumerilii . ^[12] Личинки имеют две структуры: Рабдомерные фоторецепторные клетки глаз. ^[13] и в глубоких слоях мозга — цилиарные фоторецепторные клетки. Клетки цилиарных фоторецепторов экспрессируют цилиарный опсин . ^[14] который представляет собой фотопигмент, максимально чувствительный к УФ-излучению ( λ _max = 383 нм). ^[15] Таким образом, ресничные фоторецепторные клетки реагируют на УФ-свет и заставляют личинок гравитационно плавать вниз. Гравитаксису . здесь противодействует фототаксис , который заставляет личинок подплывать к свету, идущему с поверхности ^[10] Фототаксис осуществляется через рабдомерные глаза. ^[16]^[17]^[12] Глаза экспрессируют как минимум 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 с помощью фототаксиса охватывают широкий диапазон длин волн. ^[10] Когда фототаксис и гравитация выровнялись, личинки нашли предпочтительную глубину. ^[12]

См. также [ править ]

Альтиметр - прибор, используемый для определения высоты объекта над определенной точкой.
Батометр - научный прибор для измерения глубины воды.
Батиметрия - исследование подводной глубины дна озера или океана.
Зондирование глубины - измерение глубины водоема.

Ссылки [ править ]

^ Джоутхорп, Джон (редактор), Философские труды и сборники к концу года MDCC: сокращенные и распределенные под общими заголовками ,В. ИННИС, 1749, Том 2, с. 3
^ Манстан, Рой Р.; Фрезе Фредерик Дж., Черепаха: Революционное судно Дэвида Бушнелла, Ярдли, Пенсильвания: Издательство Вестхолм. ISBN 978-1-59416-105-6 . ОСЛК 369779489, 2010, стр. 37, 121
^ Мартин, Бенджамин, «Британская философия: или, новая и всеобъемлющая система ньютоновской философии», C. Micklewright & Company, 1747, стр. 25
^ Марстан и Фрезе, стр. 123.
^ «Датчик давления» . www.omega.com . 17 апреля 2019 г. Проверено 9 декабря 2019 г.
^ «Как измерить абсолютное давление с помощью пьезорезистивных чувствительных элементов» (PDF) . www.amsys.info . Проверено 9 декабря 2019 г.
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б Нильссон, Дэн-Эрик (31 августа 2009 г.). «Эволюция глаз и зрительно-ориентированное поведение» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 364 (1531): 2833–2847. дои : 10.1098/rstb.2009.0083 . ПМК 2781862 . ПМИД 19720648 .
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б Нильссон, Дэн-Эрик (12 апреля 2013 г.). «Эволюция глаза и его функциональная основа» . Визуальная нейронаука . 30 (1–2): 5–20. дои : 10.1017/S0952523813000035 . ПМЦ 3632888 . ПМИД 23578808 .
^ Литгоу, Джон Н. (1988). «Свет и зрение в водной среде». Сенсорная биология водных животных . стр. 57–82. дои : 10.1007/978-1-4612-3714-3_3 . ISBN 978-1-4612-8317-1 .
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б ^с Гуманн, Мартин; Цзя, Хён; Рэндел, Надин; Верасто, Чаба; Безарес-Кальдерон, Луи А.; Майклс, Нико К.; Ёкояма, Сёдзо; Жекели, Гаспар (август 2015 г.). «Спектральная настройка фототаксиса го-опсином в рабдомерных глазах Platynereis» . Современная биология . 25 (17): 2265–2271. дои : 10.1016/j.cub.2015.07.017 . ПМИД 26255845 .
^ Уолд, Джордж; Рэйпорт, Стивен (24 июня 1977 г.). «Видение в кольчатых червях». Наука . 196 (4297): 1434–1439. Бибкод : 1977Sci...196.1434W . дои : 10.1126/science.196.4297.1434 . ПМИД 17776921 . S2CID 21808560 .
↑ Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б ^с Верасто, Чаба; Гуманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Раджан, Винот Бабу Видин; Безарес-Кальдерон, Луи А.; Пинейро-Лопес, Кристина; Рэндел, Надин; Шахиди, Реза; Михилс, Нико К.; Ёкояма, Сёдзо; Тессмар-Райбл, Кристина; Жекели, Гаспар (29 мая 2018 г.). «Цилиарные и рабдомерные фоторецепторные клетки образуют спектральный датчик глубины в морском зоопланктоне» . электронная жизнь 7 . doi : 10.7554/eLife.36440 . ПМК 6019069 . ПМИД 29809157 .
^ Род, Биргит (апрель 1992 г.). «Развитие и дифференциация глаза у Platynereis dumerilii (Annelida, Polychaeta)». Журнал морфологии . 212 (1): 71–85. дои : 10.1002/jmor.1052120108 . ПМИД 29865584 . S2CID 46930876 .
^ Арендт, Д.; Тессмар-Райбл, К.; Снайман, Х.; Доррестейн, AW; Витбродт, Дж. (29 октября 2004 г.). «Цилиарные фоторецепторы с опсином позвоночного типа в мозге беспозвоночных». Наука . 306 (5697): 869–871. Бибкод : 2004Sci...306..869A . дои : 10.1126/science.1099955 . ПМИД 15514158 . S2CID 2583520 .
^ Цукамото, Хисао; Чен, И-Шань; Кубо, Ёсихиро; Фурутани, Юджи (4 августа 2017 г.). «Цилиарный опсин в мозгу морского кольчатого зоопланктона чувствителен к ультрафиолету, и чувствительность настраивается с помощью одного аминокислотного остатка» . Журнал биологической химии . 292 (31): 12971–12980. дои : 10.1074/jbc.M117.793539 . ISSN 0021-9258 . ПМК 5546036 . ПМИД 28623234 .
^ 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 зрительной навигации» . электронная жизнь . 3 . doi : 10.7554/eLife.02730 . ПМК 4059887 . ПМИД 24867217 .
^ Жекели, Гаспар; Коломбелли, Жюльен; Хаузен, Харальд; Гай, Карен; Штельцер, Эрнст; Неделек, Франсуа; Арендт, Детлев (20 ноября 2008 г.). «Механизм фототаксиса морского зоопланктона» . Природа . 456 (7220): 395–399. Бибкод : 2008Natur.456..395J . дои : 10.1038/nature07590 . ПМИД 19020621 .
^ Рэндел, Н.; Безарес-Кальдерон, Луизиана; Гуманн, М.; Шахиди, Р.; Джекели, Г. (10 мая 2013 г.). «Динамика экспрессии и белковая локализация рабдомерных опсинов у личинок Platynereis» . Интегративная и сравнительная биология . 53 (1): 7–16. дои : 10.1093/icb/ict046 . ПМЦ 3687135 . ПМИД 23667045 .

Внешние ссылки [ править ]

Статьи ^{[узурпировал]} на глубиномерах на базе Фонда Рубикон

[1] Джоутхорп, Джон (редактор), Философские труды и сборники к концу года MDCC: сокращенные и распределенные под общими заголовками ,В. ИННИС, 1749, Том 2, с. 3

[2] Манстан, Рой Р.; Фрезе Фредерик Дж., Черепаха: Революционное судно Дэвида Бушнелла, Ярдли, Пенсильвания: Издательство Вестхолм. ISBN 978-1-59416-105-6 . ОСЛК 369779489, 2010, стр. 37, 121

[3] Мартин, Бенджамин, «Британская философия: или, новая и всеобъемлющая система ньютоновской философии», C. Micklewright & Company, 1747, стр. 25

[4] Марстан и Фрезе, стр. 123.

[omega-5] «Датчик давления» . www.omega.com . 17 апреля 2019 г. Проверено 9 декабря 2019 г.

[amsys-6] «Как измерить абсолютное давление с помощью пьезорезистивных чувствительных элементов» (PDF) . www.amsys.info . Проверено 9 декабря 2019 г.

[Nilsson2009-7] Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б Нильссон, Дэн-Эрик (31 августа 2009 г.). «Эволюция глаз и зрительно-ориентированное поведение» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 364 (1531): 2833–2847. дои : 10.1098/rstb.2009.0083 . ПМК 2781862 . ПМИД 19720648 .

[Nilsson2013-8] Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б Нильссон, Дэн-Эрик (12 апреля 2013 г.). «Эволюция глаза и его функциональная основа» . Визуальная нейронаука . 30 (1–2): 5–20. дои : 10.1017/S0952523813000035 . ПМЦ 3632888 . ПМИД 23578808 .

[Lythgoe1988-9] Литгоу, Джон Н. (1988). «Свет и зрение в водной среде». Сенсорная биология водных животных . стр. 57–82. дои : 10.1007/978-1-4612-3714-3_3 . ISBN 978-1-4612-8317-1 .

[Guehmann2015-10] Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б ^с Гуманн, Мартин; Цзя, Хён; Рэндел, Надин; Верасто, Чаба; Безарес-Кальдерон, Луи А.; Майклс, Нико К.; Ёкояма, Сёдзо; Жекели, Гаспар (август 2015 г.). «Спектральная настройка фототаксиса го-опсином в рабдомерных глазах Platynereis» . Современная биология . 25 (17): 2265–2271. дои : 10.1016/j.cub.2015.07.017 . ПМИД 26255845 .

[Wald1977-11] Уолд, Джордж; Рэйпорт, Стивен (24 июня 1977 г.). «Видение в кольчатых червях». Наука . 196 (4297): 1434–1439. Бибкод : 1977Sci...196.1434W . дои : 10.1126/science.196.4297.1434 . ПМИД 17776921 . S2CID 21808560 .

[Veraszto2018-12] Перейти обратно: Перейти обратно: ^а ^б ^с Верасто, Чаба; Гуманн, Мартин; Цзя, Хуэйонг; Раджан, Винот Бабу Видин; Безарес-Кальдерон, Луи А.; Пинейро-Лопес, Кристина; Рэндел, Надин; Шахиди, Реза; Михилс, Нико К.; Ёкояма, Сёдзо; Тессмар-Райбл, Кристина; Жекели, Гаспар (29 мая 2018 г.). «Цилиарные и рабдомерные фоторецепторные клетки образуют спектральный датчик глубины в морском зоопланктоне» . электронная жизнь 7 . doi : 10.7554/eLife.36440 . ПМК 6019069 . ПМИД 29809157 .

[Rhode1992-13] Род, Биргит (апрель 1992 г.). «Развитие и дифференциация глаза у Platynereis dumerilii (Annelida, Polychaeta)». Журнал морфологии . 212 (1): 71–85. дои : 10.1002/jmor.1052120108 . ПМИД 29865584 . S2CID 46930876 .

[Arendt2004-14] Арендт, Д.; Тессмар-Райбл, К.; Снайман, Х.; Доррестейн, AW; Витбродт, Дж. (29 октября 2004 г.). «Цилиарные фоторецепторы с опсином позвоночного типа в мозге беспозвоночных». Наука . 306 (5697): 869–871. Бибкод : 2004Sci...306..869A . дои : 10.1126/science.1099955 . ПМИД 15514158 . S2CID 2583520 .

[Tsukamoto2017-15] Цукамото, Хисао; Чен, И-Шань; Кубо, Ёсихиро; Фурутани, Юджи (4 августа 2017 г.). «Цилиарный опсин в мозгу морского кольчатого зоопланктона чувствителен к ультрафиолету, и чувствительность настраивается с помощью одного аминокислотного остатка» . Журнал биологической химии . 292 (31): 12971–12980. дои : 10.1074/jbc.M117.793539 . ISSN 0021-9258 . ПМК 5546036 . ПМИД 28623234 .

[Rande2014-16] 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 зрительной навигации» . электронная жизнь . 3 . doi : 10.7554/eLife.02730 . ПМК 4059887 . ПМИД 24867217 .

[Jekely2008-17] Жекели, Гаспар; Коломбелли, Жюльен; Хаузен, Харальд; Гай, Карен; Штельцер, Эрнст; Неделек, Франсуа; Арендт, Детлев (20 ноября 2008 г.). «Механизм фототаксиса морского зоопланктона» . Природа . 456 (7220): 395–399. Бибкод : 2008Natur.456..395J . дои : 10.1038/nature07590 . ПМИД 19020621 .

[Randel2013-18] Рэндел, Н.; Безарес-Кальдерон, Луизиана; Гуманн, М.; Шахиди, Р.; Джекели, Г. (10 мая 2013 г.). «Динамика экспрессии и белковая локализация рабдомерных опсинов у личинок Platynereis» . Интегративная и сравнительная биология . 53 (1): 7–16. дои : 10.1093/icb/ict046 . ПМЦ 3687135 . ПМИД 23667045 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]