Устройство для измерения глубины погружения судна

О П И С А Н Й Е (и) 563320ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Свез Советских СвцнаннотичвскихГосударственныи комитет (23) т тПриоритет Совета Министров СССР: 534-8 (088,8) Опубликовано 30.06.77. Бюллстспь24Дата опубликования описания 04.09.77 па делан изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИ Н Ъ ПОГРУЖЕНИЯ СУДНАИзобретение относится к техническим средствам судовождения.Осадку морских транспортных судов измеряют по шкалам, специально нанесенным для этой цели на форштевень и ахтерштевень. Риски этих шкал наносят через 10 см, оцифровку шкал начинают от киля и производят через каждые 0,5 м. Осадку судна определяют по риске, ближайшей к уровню воды.Недостатками измерения осадки по шкалам являются невозможность проведения замеров на ходу (отсчет по шкалам можно произвести только на стоянке), низкая точность даже при слабом волнении и невозможность его автоматизации.Известны осадкомеры, содержащие установленную в диаметральной плоскости судна измерительную трубу, нижний конец которой сообщен с забортной водой. Труба имеет несколько отводов, расположенных на различной высоте с интервалом 2 м осадки. Каждый из этих отводов соединен с забортной водой в нижней части трубы, а также с показывающими,приборами (индикаторами), в качестве которых служат ртутные или пружинные манометры. В измерительную трубу подается сжатый воздух. Поскольку положение каждого вывода известно, показания манометра, включенного так, чтобы уровень забортной воды находился между выводами,включенными на верхний и нижний концыманометра, дают высоту положения уровняводы под нижним из выводов 11.Точность измерения осадки этими прибо 5 рами даже при использовании наиболее чувствительных ртутных манометров невелика(погрешность измерения 2%), что для современного танкера составляет 30 - 35 см.При использовании пружинного манометра10 погрешность измерения увеличивается доо% и более,В результате того, что прибор имеет целуюсистему трубопроводов большой протяжснности, он имеет невысокую надежность в рабо 15 те (возможны частые выводы его из строя).Кроме того, использование ртутных манометров на судах запрещается санитарнымиправилами,Известны также измерители уровня, со 20 держащие измерительную трубу, на которойустановлены возбуждающий и приемныйпьезопреобразователи, задающий генератор сусилителем, приемный усилитель, формирователь и индикатор 2.25 Такие измерители имеют недостаточнуюточность из-за реверберации отраженныхсигналов.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для30 измерения уровня, содержащее измеритель 5633205 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 50 65 пую трубу, на которой установлены возбуждающий, приемный пьезопреобразователи, задающий генератор с усилителем, приемны 11 усилитель, подавитель реверберации, формирователь и индикатор 3.Это устройство также имеет недостаточную точность из-за изменения времени хода звукового сигнала от излучателя до поверхности в оды.Цель изобретения - повышение точности измерения осадки судна.Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введен канал опорного сигнала, состоящий из последовательно соединенпых триггера запуска, генератора пиковых импульсов в ждущем режиме, излучателя и приемника, установленных на трубе вблизи преобразователей основного измерительного канала на фиксированном расстоянии один от другого, усилителя, детектора-формирователя, подключенного к,входам индикатора и генератора пиковых импульсов, а в основной измерительный канал введены соединенные последовательно генератор частоты повторения импульсов и синхронизирующий мульти- вибратор, соединенные так, что генератор повторения импульсов включен параллельно на вход генератора несущей частоты триггера и индикатора, а синхронизирующий мультивибратор на выход формирователя и,вход триггера.На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений.Устройство содержит установленную в диаметральной плоскости судна измерительную трубу 1, нижняя часть которой сообщена с забортной водой, генератор 2 несущей частоты, ключевой усилитель 3 мощности, излучатель 4 основного канала, приемник 5 основного каркала, предварительный резонансный усилитель 6 основного канала, настроенный на частоту генератора несущей частоты для исключения влияния работы канала опорных интервалов, пода 1 витель 7 прямого сигнала и реверберации, усилитель 8 с автоматической регулировкой усиления и детекторным выходом, формирователь 9, синхронизирующий мультивибратор 10 задержки, генератор 11 частоты повторения, триггер 12 запуска канала опорных интервалов, ждущий генератор 13 пиковых импульсов, излучатель 14 канала опорных интервалов, приемник 15 канала опорных интервалов, усилитель 16 канала опорных интервалов, детектор-формирователь 17 канала опорных интервалов, индикатор 18 (счетчик числа опорных интервалов) и клинкет 19, установленный на корпусе измерительной трубы.Действие устройства основано на акустической эхолокации уровня воды в измерительной трубе, сообщающейся с забортной водой. При этом используются раздельные излучатель и приемник, расположенные в измерительной трубе сверху пад уровнем воды. Локац 1151 Ведстс 51 через Воздух От кОптрОльОЙ Высоты до уроВня Воды В трубе, Тем самым исключается влияние физических параметров морской воды, ее агрессивных свойств н об: растание покрытых водой участков устрой ства на точность пзмеренп 51.Высота уровня воды в трубе определяется не по измерению времени хода звукового сигнала от излучателя до поверхности воды и назад к приемнику, а делением этого времени на время прохождения звуком опорного расстояния, заданного другими излучателем и приемником, находящимися в одних условиях (температура, давление, влажность и т. п.) излучателем и приемником основного измерительного канала. Тем самым исключается влияние физических параметров воздуха, через который происходит измерение уровня,В измерительной трубе 1 определяется высота уровня воды. Измерительная труба располагается на судне вертикально и в месте, осадку которого требуется измерить (в носу, в миделе, в корме). Внутренний диаметр трубы должен составлять 30 - 45 мм. Внизу труба сообщается через клннкет 19 с забортной водой, вверху она разветвляется на два патрубка, расходящихся на небольшой угол а. Угол а определяется конструктивными размерами (диаметром) приемника и излучателя, закрепляемых на концах патрубков и не должен превышать 25 - 30.Длина каждого патрубка от точки разветвления до плоскости мембраны преобразователя (излучателя или приемника) не должна превышать 2 - 2,5 его диаметра, так как увсличение этого размера ведет к удлинению реверберации,При расположении излучателя и приемника на трубе (без разветвления) приемник может располагаться внутри кольцевого излучателя и отделяется от него кольцевой вставкой из звукопоглощающего материала. При этом вставка должна выступать по высоте за плоскость мембран преобразователей на 0,5 - 1,0 диаметра. Во всех случаях место закрепления преобразователей должно возвышаться над максимальным уровнем воды в трубе (верхний предел осадки) на 1,3 - 1,6 м.Излучатель 14 и приемник 15 размещаются на трубе ниже разветвления на 100 - 200 мм с направлеиными одна на другую параллельными рабочими поверхностями. Акустическая ось этой пары перпендикулярна к оси измерительной трубы.Пара излучатель в приемн задает опорный интервал, по которому определяется уровень воды в трубе. Опорный интервал равен расстоянию между мембранами преобразователей и может быть равным 3, 4, 5 см (в зависимости от желаемой цены дискрета),Для регулировки расстояния предусмотрено специальное устройство.60 Га Устройство работает следующим образом.После включения питания генератор 2 несущей частоты подает на вход усилителя 3 непрерывное переменное напряженне. В момент прихода на управляющий элемент этого усилителя прямоугольного импульса от генератора частоты повторения усилитель отпирается, и на излучатель 4 поступает прямоугольный радиоимпульс. Излучатель 4 излучает в трубу короткий акустический сигнал. Одновременно с этим передний фронт прямоугольного импульса от генератора 11 частоты повторения вызывает перебрасывание триггера 12 из одного устойчивого состояния в другое и сброс показаний индикатора 18 на нуль. Кроме того, прямоугольный импульс от генератора частоты повторения поступает на схему заряда конденсаторов в подавитель 7 прямого сигнала и реверберации,Эпюры напряжений У на блоках устройства приведены на фиг, 2, Триггер 12 запуска канала опорных интервалов, перебрасываясь из одного состояние в другое под действием импульса от генератора 11, подает питание на ждущий генератор 13 пиковых импульсов, вызывая, кроме того, первое срабатывание этого генератора в момент переброса, Пиковый выброс напряжения генератора 13 излучается излучателем 14 и фронт излученного сигнала воспринимается приемником 15.После усиления принятого сигнала усилителем 16 и детектирования с одновременным преобразованием в пиковый импульс с крутым передним фронтом в детекторс-формирователе 17 этот импульс поступает на счетчик- индикатор 18, отградуировапный в единицах длины с пеной дискрета, и одновременно на пуск ждущего генератора 13. Счетчик отмечает один интервал, а генератор излучает слсдуюший пиковый импульс, который пройдя вновь всю цепь, поступает на счетчик и запускает генератор 13. Так продолжается до тех пор, пока сигнал, излученный излучателем 4, отразившись от уровня воды в трубе и достигнув приемника 5, пройдя цепи усиления и формирователя в блоках 6, 7, 8, не поступит в формирователь 9. Этот формирователь в момент прихода сигнала с детекторного выхода усилителя 8 выдает импульс, крутой передний фронт которого вызывает переброс триггера 12 в первоначальное устойчивое состояние, вследствие чего снимается питание с генератора 13 пиковых импульсов, и ца счетчик 18 перестают поступать счптаемые импульсы.Таким образом, число, выдаваемое счетчиком, показывает, сколько раз фиксированный опорный интервал укладывается в удвоенное расстояние от преобразователей основного канала до поверхности воды в трубе. Поскольку длина опорного интервала равна 1, то ве 1 личина осадки определяется как - и, где -2 2а и - показываемое цена дискрета счетчика,чис, о. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Одновременно с перебросом триггера 12 сигнал от формирователя 9 запускает синронизируюший ждущий мультивибратор 10, который задним фронтом выдаваемого импульса синхронизирует генератор 11 частоты повторения. Собственная частота колебаний этого генератора выбрана так, чтобы период его колебаний был больше длительности между излучением сигнала излучателем 4 и приемом эхо приемником 5 при минимальной осадке. В этом случае при увеличении осадки время измерения уменьшается, а частота зондирования увеличивается, поскольку введена синхронизация от принятого приемником сигнала.Частоту генератора 2 ждущей частоты следует выбирать в звуковом диапазоне в связи с тем, что наиболее чувствительные микрофоны, выпускаемые отечественпоц промышленностью, работают в этом диапазоне. В связи с тем, что время прохождения звуком опорного интервала (2 КЗ - 2 К 5 см) составляет 0,2 - 0,36 мсек, частота работы канала опорных интервалов - 2,8 - 5 кгц, Следовательно, для исключения влияния канала опорных интервалов на основной канал частоту последнего выбирают либо в 1,5 - 2 раза ниже, либо во столько жс раз вьппе частоты опорного канала.Поскольку велпчн па оса дкп определяется числом сосчитанных индикатором опорных интервалов. устройство вносит ошибку, вызванную постоянной времени нарастания передних фронтов управляюгцпх импульсов, Чем круче фронты, тем меньше погрешность, и чем гл бжс осадка (чем меньше число сосчитанных опорных интервалов), тем мсцьшс погрешность. Чтобы исключить эту погрешность, устропство подвергают калиброгке. Для этого измерительную трубу перекрывают внизу, и находящаяся в ней вода сливается через другой вентиль до уровня минимальной осадки. После этого устройство включают и, регулируя расстояние между излучателем-приемником канала опорных интервалов, добиваются такого числа импульсов на индикаторе, которое соответствует данной осадке. Вентиль, перекрываюцтий трубу снизу, открывается, а сливной вентиль закрывается, и устройство готово к работе.Точность определяется установкой опорного интервала ц прп частоте генератора несущей частоты порядка 7,5 кгц не превышает половины пены дискрета 3 см. Формула изобретения Устройство для измерения глубины погружения судна, содержащее установленную в диаметральной плоскости судна измерительную трубу, нижняя часть которой сообщается с забортноц водой, основной измерительный канал, состоящий пз последовательно соединенных генератора несущей частоты, си чиня мОШЯОщ 4 Б ключРвОм режимь, излучателя и приемника, установленных на верху трубы, предварительный резонансный усилитель, подавитель ,реверберации, усилитель с автоматическим рсгулятором усилсния с детекторным выходом, формирователь и индикатор, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности измерения осадки судна, в него введен канал опорного сигнала, состоящий из последовательно соединенных триггера запуска, генератора пиковых импульсов в ждущем режиме, излучателя и приемника, установленных на трубе вблизи преобразователей основного измерительного канала на фиксированном расстоянии один от другого, усилителя, детектора-формирователя, подключенного к входам индикатора и генератора пиковых импульсов, а в основной измерительный канал введены соединенные последовательно генератор частоты повторения импульсов и синхронизирующий мультивибратор, соединенные так, что генератор повторения импульсов включен параллельно на вход генератора несущей частоты, триггера и индикатора, а синхронизирующий мульти- вибратор на выход формирователя и вход триггера.1 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Петров В. П. и др. Автоматизация грузовых операций на морских танкерах, Транспорт, 1966.15 2. Авторское свидетельство СССР322640,кл. 6 01 Г 23/28, 28.07.70.3. Авторское свидетельство СССР329397,ыл. 6 01 Р 23/29, 29.07.70.каз 1691/15Н ПодписноР 1 пографня, вр. Сапгнова,Изд.5 Государственного по делам 113035, Москва