Самописцы предназначены для автоматической записи измеряемых глубин.

ЛекцИя №11

По учебной дисциплине

«Современные автоматизированные системы управления движением судов»

Тема: «Бортовые акустические измерители глубин, дистанций и направлений. Часть 3: Принцип действия и устройство навигационных эхолотов и гидролокаторов».

Учебный класс:

время: 1-2 час.

Место: 52 ауд.

Учебная и воспитательная цель: «Формирование у студентов целостного представления о современных автоматизированных системах управления движением судов»

 

Учебные вопросы и распределение времени:

 

Вступление................................................................................................5 мин.

1. Измерение дистанции ……...............................................................35 мин.

2. Измерение направления ………………………………...................35 мин.

Выводы и ответы на вопросы...................................................................5 мин.

Учебно-материальное обеспечение: проектор, слайды.

 

Учебная литература:

 

1. Алексишин В.Г., Козырь Л.А., Короткий Т.Р. Международные и национальные стандарты безопасности мореплавания. - Одесса: «Латстар», 2002.-257с.

2. Золотов В.В., Фрейдзон И.Р. Управляющие комплексы сложных корабельных систем.-Л.: «Судостроение», 1986.-232с.

3. Вагущенко Л.Л. Интегрированные системы ходового мостика. - Одесса: «Латстар», 2003.-170с.

4. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л., Заичко С.И. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности. - Одесса: «Фенікс», 2005.-272с.

5. Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы. - Одесса: «Латстар», 2004.-302с

СТРУКТУРА ЛЕКЦИИ И МЕТОДИКА ЕЕ ИЗЛОЖЕНИЯ

 

Лекция начинается с короткого вступления, в котором доводится тема, ее значение в подготовке специалиста, целевая установка и план. Так же во вступлении доводится рекомендуемая литература и ее краткая характеристика.В основной части лекции при определении очередного вопроса плана, формулируется его связь с обеспечивающими учебными дисциплинами и будущей деятельностью специалиста.

 

Среди средств наблюдения, связи и управления в подводной среде особое место занимают гидроакустические станции (ГАС) активного действия, к которым, в частности, относятся навигационные эхолоты и гидролокаторы.

Навигационный эхолот предназначен для измерения глубин под килем судна-носителя, а гидролокатор для определения трех координат подводного объекта, находящегося в стороне от судна-Носителя: дистанции , истинного пеленга (курсового угла) и угла цели (угла в вертикальной плоскости).

 

Измерение дистанции

 

Принцип измерения дистанции до подводного объекта с помощью эхолота или гидролокатора заключается в измерении промежутка времени между посылкой зондирующего импульса в толщу воды и приходом отраженного от объекта (препятствия) эхо-сигнала к приемнику. Зная скорость распространения звука в воде, можно определить дистанцию до подводного объекта по формуле

где — расчетное значение скорости звука в воде (1500 м/с).

Таким образом, задача об определении глубины под килем или дистанции до подводного объекта сводится к измерению весьма малого промежутка времени . Конструктивно она может быть решена различными методами с применением в качестве индикаторных устройств электромеханических указателей глубин, самописцев и цифровых электронных указателей глубин.

Электромеханические указатели глубин предназначаются для визуального отсчета глубин и управления посылками акустических импульсов. Они используются только в эхолотах.

Указатель глубин с механической линейной разверткой времени (рис. 1) состоит из вращающейся планки 1 с неоновой лампочкой 2, трансформатора Т, кулачков З с контактами и , электродвигателя 5, коробки скоростей 4 и шкалы, разбитой в единицах глубины.

Эхолот с электромеханическим указателем глубины работает следующим образом. Электродвигатель 5 вращает с постоянной частотой вращения планку 1 с неоновой лампочкой 2 и кулачком З. В момент прохождения неоновой лампочкой нулевого деления шкалы кулачок З размыкает контакт , при этом разрывается цепь питания обмотки посылочного реле 6 и его контакты замыкаются под действием пружины 7. Конденсатор С разряжается через обмотку вибратора-излучателя (ВИ). При этом образуется колебательный контур, в котором возникают мощные затухающие колебания, и электромеханический преобразователь излучает в воду ультразвуковой импульс большой интенсивности.

 

Рис. 1

 

Зондирующий импульс в основном максимуме диаграммы направленности распространяется ко дну, а в боковом — к вибратору-приемнику ВП. Боковой акустический импульс в вибраторе-приемнике преобразуется в слабый электрический сигнал, который после усиления поступает на первичную обмотку трансформатора Т. Со вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на неоновую лампочку 2. Вспышка лампочки практически совпадает с нулем шкалы.

Зондирующий импульс в пределах основного максимума диаграммы направленности доходит до дна, отражается и принимается вибратором-приемником ВП. Слабая э.д.с., возникающая в обмотке вибратора, после усиления заставит вспыхнуть неоновую лампочку против деления шкалы, соответствующего измеряемой глубине. При следующем обороте планки рассмотренный процесс повторится. Из-за быстрого вращения планки с неоновой лампочкой нулевые вспышки и отметки глубин сливаются, и по шкале можно непрерывно отсчитывать глубину под килем судна.

Применение неоновой лампочки вызвано тем, что она практически безынерционна, т. е. мгновенно зажигается при подаче напряжения и мгновенно гаснет при отсутствии его; это обеспечивает точный отсчет глубин по шкале Частота вращения неоновой лампочки должна быть строго постоянной для данного диапазона глубин; это поддерживается с помощью автоматического регулятора частоты вращения электродвигателя.

При регистрации малых глубин необходимо «гасить» нулевую отметку. Это вызвано тем, что накопительный конденсатор разряжается на нулевой отметке, а для фиксации глубины под килем зарядится не успевает. Схема гашения нулевой отметки действует от контактов , которые в момент, соответствующий посылке импульса, отключают накопительный конденсатор от цепи разряда (на рис. 1 не показано). После прохождения неоновой лампочкой нулевой отметки шкалы схема разряда восстанавливается и импульсы, отраженные даже с малых глубин, отмечаются указателем эхолота.

Самописцы предназначены для автоматической записи измеряемых глубин.

В настоящее время наибольшее распространение получают самописцы с линейной механической разверткой в виде бесконечной ленты с закрепленными на ней пером и кулачком (рис. 2). Электропривод заставляет перо двигаться с постоянной скоростью по электротермической бумаге. В момент прохождения пером нулевого деления шкалы посылочные контакты срабатывают и подключают импульсный генератор к обмотке вибратора-излучателя, который посылает в воду зондирующий импульс.

 

Рис. 2

 

К моменту возвращения эхо-сигнала от подводного объекта перо перемещается вдоль шкалы на некоторое расстояние, прямо пропорциональное глубине (дистанции). Усиленный электрический сигнал прожигает бумагу, регистрируя отметку глубины. Принцип фиксации нулевой отметки и гашения в самописце такой же, как и в электромеханическом указателе глубин.

Шкалы индикаторов рассчитывают на определенные глубины и дистанции. Масштаб шкалы определяется пределами значений измеряемых величин, также шириной бумажной ленты самописца. В индикаторах обычно предусматривается несколько диапазонов, измерение на которых начинается нуля, и поддиапазон, на котором просматривается слой воды с определенной глубины.

Цифровой указатель глубин (ЦУГ) применяют при электронном методе измерения промежутка времени между посылкой и приемом сигнала. ЦУГ состоит из преобразователя типа (время — цифра ПВЦ) и цифрового табло. Преобразователь время-цифра преобразует промежуток времени в прямо пропорциональное число импульсов, соответствующее глубине. Структурная схема ЦУГ приведена на рис. 3.

Рис. 3

 

Генератор счетных импульсов ГСИ вырабатывает счетные импульсы с частотой повторения 7500 Гц, которые поступают на вход схемы совпадения СС. Период следования, а значит, и цена одного счетного импульса соответствуют глубине

В момент излучения блок посылок БП вырабатывает импульс посылки, который поступает к задающему генератору ЗГ и триггеру управления ТУ. Последний сбрасывает счетные декады СД с цифрового табло в нулевое положение. Одновременно триггер управления выдает на схему совпадения разрешающий сигнал, и с этого момента счетные импульсы начинают поступать на счетную декаду десятых долей (0,1).

Задающий генератор вырабатывает мощный импульс, а вибратор-излучатель осуществляет посылку. Счетные декады подсчитывают счетные импульсы до тех пор, пока отраженный от дна эхо-сигнал не попадет на вибратор-приемник и после усиления не поступит в триггер управления. Последний снимает разрешающий сигнал со схемы совпадения, и счет импульсов прекращается. Одновременно импульс триггера управления включает цифровое табло, и подсчитанный счетными декадами результат подается через дешифратор на цифровое табло ЦТ.

Измерение направления.

Наиболее простой и распространенной гидроакустической станцией для горизонтального обзора водного пространства является гидролокатор с электромеханическим сканированием (перемещением) однолепестковой акустической антенны. Для измерения пеленга на подводный объект используется свойство направленности приемной антенны. Для этого антенну устанавливают в поворотно-выдвижном устройстве, обеспечивающем разворот антенны в горизонтальной плоскости на угол до 360 и в вертикальной плоскости на угол до 90° и, следовательно, зондирование всей толщи воды под килем судна.

Обзор водного пространства может вестись в автоматическом режиме (только по горизонту) или вручную, плавно или дискретно. В автоматическом режиме сканирование ведется в установленном оператором секторе.

 

Обычно посылка зондирующих импульсов и прием эхо-сигналов происходят только при повороте антенны в одну сторону, например с левого борта на правый. При достижении правой границы регулируемого сектора антенна быстро возвращается в исходное положение, и процесс повторяется для определения направления на подводный объект дополнительно к самописцам гидролокаторы горизонтального действия, как правило, оборудуют слуховыми индикаторами, а также электронными индикаторами с секторной или круговой разверткой.

Основным недостатком гидролокатора с однолепестковой характеристикой направленности и электромеханическим сканированием является малая скорость обследования окружающего водного пространства, наличие значительных непросматриваемых участков (мертвых зон), особенно при движении судна со значительной скоростью. Кроме того, из-за малой скорости обследования водного пространства оператор не имеет возможности просматривать одновременно весь обзорный сектор.

Одновременное наблюдение за подводной обстановкой в пределах любого сектора, вплоть до кругового (360), позволяют вести гидролокаторы с электронным сканированием приемной характеристики и электронным индикатором радиально-кругового обзора. Здесь следует отметить, что повышение скорости обзора в гидролокации решается иными техническими средствами, чем в радиолокации. Это объясняется тем, что скорость распространения акустических колебаний в воде значительно меньше скорости распространения электромагнитных волн в воздухе (примерно в 200 000 раз), а значит, перекрываемый диапазон дальности при одной и той же скорости обзора в гидролокаторах во много раз меньше.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: