Комплекс автономных измерителей течения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5/О 4(5) евера-Заеский инГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(71) Морской гидрофизический институт АН Украинской ССР и Спадный заочный политехничстнтут(56) 1. Шевцов В.П. н др. О методике исследования вертикальнойструктуры морских течений с бортасудна. В кн.: Океанология. Т. Х 111,вып. 6, 1973, с. 1103-1113.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3502837/10,кл. С 01 Р 5/00, 1982 (прототип).(54)(57) 1. КОМПЛЕКС АВТОНОМНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ТЕЧЕНИЯ, содержащий погружаемый блок измерения гидрофизических характеристик, включающий подводные измерители, блок вычислениягидрофизических характеристик,состоящий из первого и второго вычислителей, третьей шины, первого,второго, третьего и четвертого блоковсопряжения, блок навигационных измерений, блок метеосиноптическихизмерений, вычислительный центр,первую и вторую шины, при этомвход-выход погружаемого блока измерения гидрофизических характеристики первый вход-выход блока вычислениягидрофизических характеристик соответственно соединены е первым ивторым входами-выходами второй шины, второй вход-выход блока вычисления гидрофиэическнх характеристик ЯО 11632 входы-выходы блока навигационных измерений, блока метеосиноптическихизмерений и вычислительного центрасоответственно подключены к первому,второму, третьему и четвертому входам-выходам первой шины, первыевходы-выходы четырех блоков сопряжения соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертымвходами-выходами третьей шины,вторые входы-выходы четырех блоков сопряжения соответственно подключенык первому и второму входам-выходамблока вычисления гидрофиэическиххарактеристик и к входам-выходам первого и второго вычислителей, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения быстродействия иупрощения передачи информации и перепрограммирования параметров и алгоритмов автономных измерителей течения; в него введен погружаемый блокизмерения параметров троса, состоящий из измерителей параметров троса,седьмой группы блоков сопряжения,третьего вычислителя, пятой шины ивосьмого блока сопряжения, а впогружаемый блок измерения гидрофизических характеристик введены пятаягруппа блоков сопряжения, четвертыйвычислитель, четвертая шина и шестой блок сопряжения, причем вход-выход погружаемого блока измерения параметров троса соединен с третьимвходом-выходом второй шины, входывыходы подводных измерителей подключены к первому входу-выходу пятой группы блоков сопряжения,второй вход-выход которой, вход-выходчетвертого вычислителя и первыйвход-выход шестого блока сопряже1163272 ния соответственно соединены с первым, вторым и третьим входами-выходами четвертой шины, второй вход-выход шестого блока сопряжения подключен к входу-выходу блока измерениягидрофизических характеристик,вход-выход измерителей параметровтроса соединен с первым входом-выходом седьмой группы блоков сопряжения, второй вход-выход которых,вход-выход третьего вычислителя,первый вход-выход восьмого блокасопряжения соответственно подключены к первому, второму и третьемувходам-выходампятой шины, второйвход-выход восьмого блока сопряжениясоединен с входом-выходом погружаемого блока измерения параметровтроса,2. Комплекс по п.1 о т л и ч а ющ и й с я тем, что каждая первая,вторая, третья, четвертая и пятаяшина содержит подшину данных и подшину управления, каждый первый,второй, шестой и восьмой блоки сопряжения содержит демодулятор, модулятор, сдвигающие регистры чтения изаписи, первый формирователь команд,регистры чтения, состояния и записи,шестую шину, буферный регистр и второй формирователь команд, причемвходы-выходы демодулятора и модулятора соответственно соединены свходом-выходом подшины данных соотИзобретение относится к,технике измерения морских течений и может использоваться для океанографических исследований.Известен комплекс профиля скорос тей течения, содержащий погружаемый блок, кабель-трос, пагубный блок, блоки навигационных и метеосиноптических измерений Г 1.В данном устройстве в погружаемом блоке с жесткой радиальной структурой и с запоминающим устройством на кассетном магнитофоне невозможно выполнить первичную автономную обработку гидрофизических элементов с адаптацией параметров алгоритмов, необходимых .для проведения продолживетствующей шины, первый вход-выходпервого формирователя команд подключен к входу-выходу подшины управления соответствующей шины, выход демодулятора соединен с входом сдвигающего регистра чтения, выход сдвигающего регистра записи соединенс входом модулятора, второй, третийи четвертый входы-выходы первогоформирователя команд соответственноподключены к входам-выходам сдвигающих регистров чтения и записи и регистра состояния, выход сдвигающегорегистра чтения соединен с входомрегистра чтения, выход регистра записи подключен к входу сдвигающего регистра записи, выходы регистровчтения и записи соединены соответственно с входом-выходом шестой шины,первый, второй и третий входы-выходы которой подключены соответственнок вторым входам-выходам регистрасостояния, буферного регистра и второго формирователя команд, первый,второй, третий и четвертый .управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами регистров чтения, состояния, записи и буферного регистра первые входы- выходы буферного регистра и второго формирователя команд подключенысоответственно к входам-выходампогшин данных и управления соответствующей шины. 2тельных до 0,5-1 года автономных измерений в составе буйковых станций.Известен зондирующий комплекс профиля скоростей течения, содержащий погружаемый блок измерения гидрофизических характеристик, имеющий подводные измерители, блок вычисления.гидрофизических характеристик, состоящий из первого и второго вычислителей, третьей шины, первого, второго третьего и четвертого блоков сопряжения, блок навигационных измерений, блок метеосиноптических измерений, вычислительный центр, первую и вторую шины,при этом вход-выход погружаемого блока3 1 измерения гидрофизических характе" ристик и первый вход-выход блока вычисления гидрофизических соответственно соединены с первым и вторым входами-выходами второй шины, второй вход-выход блока вычисления гидрофизических характеристик, входы-выходы блока навигационных измерений, блока метеосиноптических измерений и вычислительного центра соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам-выходам первой шины, первые входы-выходы четырех блоков сопряжения соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами-выходами третьей шины, вторые входы-выходы четырех блоков сопряжения соответственно подключены к первому и второму входам-выходам блока вычисления гидрофизических характеристик и к входам-выходам первого и второго вычислителей Г 23.Недостатками комплекса являются невозможность выполнения первичной автономной обработки гидрдфизических элементов с адаптацией параметров алгоритмов в погружаемых блоках, выполненных с учетом продолжительных до 0,5-1 года автономных измерений в составе буйковых станций, сложность съема информации и перепрограммирования wогружаемых блоков через одну линию кабель-трос, низкая надежность запоминающего устройства на кассетном магнитофоне в погружаемом блоке, который входит во все известные погружаемые блоки, из-за необходимости разгерметизации погружаемых блоков для съема кассеты с накопленной информацией и связанная с этим коррозия корпуса и быстрый выход из строя чувствительных к соленой воде элементов в погружаемом блоке, а также сложность последовательного обслуживания на этапе съема информации и перепрограммирования при дефиците времени (2-3 ч) для снятия 16-32 погружаемых блоков в составе одной буйковой автономной станции с последующей ее установкой на те же самые координаты полигона. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение передачи информации и перепрограммирование 163272параметров и алгоритмов автономных измерителей течения.Эта цель достигается тем, что вкомплекс автономных измерителей 5 течения, содержащий погружаемыйблок измерения гидрофизических характеристик, включающий подводныеизмерители, блок вычисления гидрофизических характеристик, состоящийиз первого и второго вычислителей,третьей шины, первого, второго,третьего и четвертого блоков сопряжений, блок навигационных измерений, 15блок метеосиноптических измерений,вычислительный центр, первую и вторую шины, при этом вход-выход погружаемого блока измерения гидрофизических характеристик и первый входвыход блока вычисления гидрофизических характеристик соответственносоединены с первым и вторым входами-выходами второй шины, второйвход-выход блока вычисления гидрофизических характеристик входы-выхоУды блока навигационных измерений,блока метеосиноптических измерений,и вычислительного центра соответственно подключены к первому, второму, 30третьему и четвертому входам-выходам первой шины, первые входы-выходычетырех блоков сопряжения соединенысоответственно с первым, вторым,третьими и четвертым входами-выходами третьей шины, вторые входы-выхоЗ 5 ды четырех блоков сопряжения соответственно подключены к первому и второму входам-выходам блока вычисления гидрофизических характеристик . и к входам-выходам первого и второго 40вычислителей, введен wогружаемыйблок измерения параметров троса,состоящий из измерителей параметровтроса, седьмой группы блоков сопряжения, третьего вычислителя, 45пятой шины и восьмого блока сопряжения, а в погружаемый блок измерения гидрофизических характеристиквведены пятая группа блоков сопряжения, четвертый вычислитель,четвертая шина и шестой блок сопряжения, причем вход-выход погружаемого блока измерения параметровтроса соединен с третьим входомвыходом второй шины, входы-выходы 55 подводных измерителей подключены .к первому входу-выходу пятой группы блоков сопряжения, второйвход-вьиод которой, вход-выход чет 116327215 вертого вычислителя и первый входвыход шестого блока сопряжения соответственно соединены с первым,вторым и третьим входами-выходамичетвертой шины, второй вход-выходшестого блока сопряжения подключенк входу-выходу блока измерениягидрофизических характеристик,вход-выход измерителей параметровтроса соединен с первым входомвыходом седьмой группы блоков сопряжения, второй вход-выход которых, вход-выход третьего вычислителя, первый вход-выход восьмогоблока сопряжения соответственноподключены к первому, второму итретьему входам-выходам пятой шины, второй вход-выход восьмого.блока сопряжения соединен с входом-выходом погружаемого блока измерения параметров троса.Каждая первая, вторая, третья,четвертая и пятая шина содержитподшину данных и подшину управления, каждый первый, второй, шестойи восьмой блок сопряжения содержитдемодулятор и модулятор, сдвигающие регистры чтения и записи, первыйформирователь команд, регистры чтения, состояния и записи, шестую ши- ЗОну, буферный регистр и второй формирователь команд, причем входы-выходь 1демодулятора и модулятора соответственно соединены с входом-выходомподшины данных соответствующей шины, З 5первый вход-выход первого формирователякоманд подключен к входу-выходуподшины управления соответствующейшины, выход демодулятора соединенс входом сдвигающего регистра чтения,40выход сдвигающего регистра записисоединен с входом модулятора, второй,третий и четвертый входы-выходы первого формирователя команд соответственно подключены к входам-выходам 45сдвигающих регистров чтения и записии регистра состояния, выход сдвигающего регистра чтения соединен с входом регистра чтения, выход. регистразаписи подключен ко входу сдвигающего регистра записи, выходы регистровчтения и записи соединены соответственно с входом-выходом шестой шины, первый, второй и третий входывыходы которой соответственно подключены к вторым входам-выходам регистра состояния, буферного регистраи второго формирователя команд,первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами регистра чтения, состояния, записи и буферного регистра, первые входы-выходы буферного регистра и второго формирователя команд подключены соответственно к входам-выходам подшин данных и управления соответствующей шины.На фиг.1 приведена схема комплекса автономных измерителей течения; на фиг.2 - схема первого, второго, шестого, восьмого блоков сопряжения;. на фиг.3 - схема вычислителей; на фиг.4 - схема параллельной передачи данных измерений с подводных измерителей, на фиг.5 - схема последовательной передачи данных измерений с подводных измерителей, через сдвиговые регистры К 1-К 5 й ПИ о ОЗУ.Схема комплекса автономных изме- . рителей течений состоит из погружае- . мых блока 1 измерения гидрофизических характеристик, блока 2 измерения параметров троса, блока 3 вычисления гидрофизических характеристик, блока 4 навигационных измерений, блока 5 метеосиноптических измерений, первой 61, второй 6 шин, вычислительного центра 7, подводных измерителейизмерителей 8 ф 1 81 11 параметров троса, пятой группы блоков 9 9 сопряжения, седьмой группы блоков 9, 9+, сопряжения, четвертого и третьего вычислителей 10, 10, четвертой и пятой шин 11,11, шестого 12 и восьмого 12 блоков сопряжения, первого и второго блоков 12 и 12 сопряжения, третьей шины 13, третьего 14, и четвертого 14 блоков сопряжения, первого 15 и второго 15 вычислителей. В погружаемом блоке 1 измерения гидрофизических характеристик подводные измерители 8, 8 соединены пятой груп 33пой блоков 9, 9 сопряжения, вторые входы и выходы которых соединены с первой группой входов-выходов четвертой шины 11 , второй и третий вход- выход которой соединены соответственно с входом-выходом третьего вычислителя 10 и шестого блока 12 сопряжения, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом второй шины 6. В погружаемом блоке 2 измерения параметров троса измерители параметров троса 81,163272 8,; соединены с седьмой группойблоков сопряжения 9 9, вторыевходы-выходы которых соединены с пер"вой группой входов-выходов пятойшины 11, второй и третий вход-выходкоторой соединены соответственно свходом-выходом четвертого вычислителя 10 и восьмого блока сопряжения 12 ,второй вход-выход которогосоединен с третьим входом-выходом . 10второй шины б, второй вход-выходкоторой соединен с вторым входом-выходом первого блока сопряжения 12.В блоке 3 вычисления гидрофиэических характеристик первый входвыход первого блока 12 сопряжениясоединен с первым входом-выходомтретьей шины 13, второй-четвертыйвходы-выходы которой соответственно соединены с первой шиной 6, с 20первым 15 и вторым 15 вычислителями, второй и четвертый входывыходы первой шины 6 соответственно соединены с навигационным 4,метеосиноптическим 5 измерителями 25и вычислительным центром 7.Схема первого, второго, шестогои восьмого 121-12 блоков сопряжения состоит иэ подшины 16 данныхи подшины 17 управления, демодуля- о,тора 18 , модулятора 18 сдвиговыхрегистров чтения 19 записи 19,первого формирователя 20 командрегистров чтения 21 , состояния 21ьВзаписи 21 З, шестой. шины 22, буферного регистра 23 данных, второгоформирователя 24 команд, вход демодулятора 18 и выход модулятора 18соединены соответственно с входомвыходом подшины 16 данных, первой 6 46или второй 6 шины, первый входвыход первого формирователя 20команд соединен с входом-выходомподшины 17 управления первой иливторой шин б, 6, выход демодулято- Зра 181 и выход модулятора 18 соединены соответственно с входом-выхо"дом сдвиговых регистров чтения 19и записи 19, входы-выходы которыхсоединены с первым и вторым входа" Зфми-выходами первого формирователя20 команд, третий вход-выход которого соединен с входом-выходом регистра 21 состояния, выход сдвиговогорегистра 211 .чтения и вход сдвиго- Ивого регистра 21 з записи соответ-ственно соединены с входом-выходомшестой шины 22, первый-третий вход 8выход которой соответственно соединены со вторым входом-выходом регистра состояния 21, с первым входом-выходом буферного регистра 23 и второго формирователя команд 24, первый-четвертый управляющие выходы которой соответственно соединены с входом регистров чтения 21 состояния 21 , записи 21, буферного регистра 23, первый вход-выход буферного регистра 23 и второго формирователя 24 команд соответственно соединены с входом-выходом подшин управления 25 и данных 26 одной из третьей 13, четвертой 11 или пятой 11г шин.Схема вычислителей 15 и 15 с блоками сопряжения состоит из микропроцессора (ИП), генератора тактовых импульсов (ГТИ), контролера шины (КШ), внутреннего буфера адреса (ВБА), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), буфера памяти (БП), таймера (Т) блока приоритетного прерывания (БПП), селектора (С), арбитра магистрали (А), формирователя сигналов управления буферами (ФСБ), буфера адреса(БА), буфера данных (БД) буферауправляющих сигналов (БУ). Схема параллельной передачи данных измерений с подводных измерителей состоит из ИПТ, ИПСТ, ИППД (температуры С, скорости звука С, скорости течений Ч, Ч напряженности магнитного поляН,. ) через регистры обмена данных КЫ 1-КИ 2 через четвертую шину, содержащую подшины данных,адресов, управления по командам с дешифратора (Д) и регистра управления (РУ), формируемые с таймера (Т). В общем виде показан состав третьего и четвертого вычислителей, содержащих генератор импульсов (ГТ), ПЗУ, ОЗУ, Т и программируемый интерфейс (ПИ) .По сравнению с известным устройством для достижения цели в автономные погружаемые блоки измерения 1гидрофиэических характеристик.и измерения 2 параметров троса введенычетвертый и третий вычислители 10 и10, четвертая, пятая шины 11 и11 и блоки 9, 9+, 12 -12, сопря"жения, выполненные с учетом максимального повышения быстродействияобработки гидрофиэических элементовв автономном режиме от 0,5 до 1 го 116327210 15 2025ъЗО 40 0 55 да в погружаемых блоках 1 и 2 и упрощения передачи информации (накопленных данных обработки гидрофизических элементов) с блоков 1 и 2 в блок 3 вычисления гидрофизическйх характеристик на расстояние 100- 500 и через блоки сопряжения 12-124 (из других измерителей 4 и 5),специализированные на организации асинхронного,двунаправленного, параллельного (со стороны шин 11 11 и 13) и последовательно (со стороны шин 6 6,) обмена информацией.Предусмотрено импульсное питание в вычислителях 10 и 10 при работе в автономном режиме в составе буйковых станций. При этом ОЗУ и Т, Д и РУ работают непрерывно от автономного источника, а МП, ПЗУ - в импульсном режиме только при выполнении обработки данных измерений, поступающих от сравнительно медленных измерителей 8 8 или 8+ 8+Комплекс автономных измерителей течения работает следующим образом.1В блоке 1 погружаемык измерителей гидрофизических характеристик подводные измерители. 8, 8 и измеряют гидрофизические элементы: два компонента вектора скорости течения 7, и Ч в координатной системе блока 1, две составляющие вектора напряженности магнитного поля Н и Н,температуру морской воды , скойрость распространения звука в воде С., Отсчеты измерений И, , И М , И через пятую группу блоков 9, 9 сопряжения и четвертую шину 11 поступают в четвертый вычислитель 10, управляющий как режимом сбора гидрофизических элементов, так и режимом их предварительной обработки в автономном режиме в течение 0,5-1 года Введение вычислителя 10 четвертой шины 11 блоков 9, 9, 12 12 з сопряжения упрощает автоматизацию перепрограммирования и адаптации параметров и алгоритмов блока 1 (шаг измерений в диапазоне 1-60 мин.и коэффициенты градуировочных уравнений в со.ответствии с текущими измерениями, например, изменчивости гидрофизических элементов, например, 77), Вычислитель 10 в автономномрежиме блока 1 в составе буйковой станции вычисляет вторичные гидро- физические параметры: зональнуюГи меридиональную составляющие вектора скорости течения Ч и Ч, модуль горизонтальной проекции вектора скорости Ч, направление течения Ч, скорость звука С, температуру й,а также их средние значения.В погружаемом блоке 2 измерения параметров троса измерители параметров троса 8+, и 8+, измеряют параметры положения троса в пространстве: глубину установки блока 2, углы его крана и дифферента, азимутальный угол. Отсчеты параметров Ир, Мд, И, М 1 передаются через седьмую группу блоков сопряжения 9+, и 9,;, пятую шину 11 в третий вычислитель 10 и используются для вычисления соответствующих физических величин Р, о, Р,М.Однотипность построения блоков 1 и 2 упрощает автоматизацию сбора накоплений за 0,5-1 год информации, 1 перепрограмирование вычислителей 10проверку всех их основных блоков МП, ОЗУ, ПЗУ, Т, ПИ.Результаты сбора и обработки гидрофизических элементов с блоков 1 и 2 с помощью блоков 12сопряжения, второй шины 6, блока 12 э сопряжения, третьей шины 13, блоков 14сопряжения передаются в первый и второй вычислители 15, 15, предназначенные для обработки всех массивов результатов первичной обработки элементов гидрофизических характеристик, Первый выщслитель 15 ори- ентирован на управление всеми процедурами сбора информации с погружаемых блоков 1 и 2 (таких пар блоков в составе одной буйковой станции может быть до 32). Второй вычислитель 15 ориентирован на редактирование массивов данных первичной обработки гидрофизических элементов в блоках 1 и .2. И 1 ины 6 6 выполнены на основе 4 коаксиальных кабелей: "Запрос" (запись в шину сообщения); "Готовность" (чтение из шины сообщения) тила проводных ИЛИ,"Разрешение" (на запись в шину) одному из блоков сопряжения, "Данные" (для передачи любых сообщений - состояние, адрес, измерения результаты).Такое построение обеспечивает последовательный, асинхронный двунаправленный обмен сообщениями на расстояние 500-1,5 км. По кабелю "Данные" сообщения передаются двух- полярными "пачками" импульсов с целью уменьшения влияния помех и задержек в кабеле. Третья, четвертая, пятая шины 13, 11, 11 выполняются на основе стандарта (стандарт СЭВ) (аналог МШ.Т 1 ВБЯ) и обеспечивают возможность использования готовых операционных систем при проектировании отладке и эксплуатации комплекса автономных измерителей течения до уровня основных регистров всех БИС во всех блоках 1-5,7.При этом вычислители 10 10,15 и 15. выполняются на основе 5 одноплатных микро-ЭВМ.Сравнительный анализ с базовымобъектом "Диск" показывает, что предлагаемый комплекс автономных измерителей течения "Вега" позволяет 10 сократить время передачи информации с погружаемых блоков 1 и 2 в 70 раз, время обработки в вычислителях 15, в 10 раэ, повысить производительность в 1,44 раза, сокра тить обслуживающий персонал в два раза.63272 фиг 4 Составитель М. Х Техред И.Кастеле о рректор В Тираж 897Государственного коми лам изобретений и от осква, Ж,Раушская по 13035