АВТОНОМНАЯ БУЙКОВАЯ СТАНЦИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНЕНИЯ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2025 года по МПК G01C13/00 B63B22/00 G01W1/02 

Заявленное изобретение относится к средствам измерения характеристик волнения водной поверхности и может быть использовано для определения волнения водной поверхности при планировании испытаний летательных аппаратов на поплавковых шасси (с взлетом и посадкой на воду).

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является автономная буйковая станция для измерений в водоемах (патент на полезную модель RU №3431), содержащая связанный с якорем притопленный буй с аппаратным контейнером и подвижный буй с измерительными каналами, в том числе с каналом гидростатического давления, а также механизм перемещения этого подвижного буя, выполненный преимущественно в виде электролебедки, установленной на притопленном буе, и схему управления этим механизмом, отличающаяся тем, что вход схемы управления механизмом перемещения подсоединен к каналу измерения гидростатического давления на подвижном буе.

Недостатком этого технического решения является сложность конструкции и неудобство поиска буя, особенно в темное время суток и при большом волнении водной поверхности.

Технической задачей заявляемого изобретения расширение арсенала средств измерения характеристик волнения водной поверхности - автономных буйковых станций с неконтактными техническими средствами измерения.

Решение технической задачи достигается за счет того, что автономная буйковая станция состоит из: станции-передатчика, в корпусе которой закреплены и соединены между собой микроконтроллер, лазерный дальномер, трехосевой гироскоп, акселерометр, датчик атмосферного давления, датчик температуры, датчик координат, беспроводной радиомодуль, источник питания, соединенный проводом с разъемом USB, выполненным заподлицо внешней поверхности корпуса; поплавка, с которым с помощью стержня соединен корпус станции-передатчика; модуля приемника, в корпусе которого расположены и соединены между собой микроконтроллер и беспроводной радиомодуль; корпус станции передатчика и корпус модуля приемника выполнены в пылевлагозащитном исполнении и имеют положительную плавучесть; в корпусе станции передатчика и в корпус модуля приемника расположены метки с радиочастотной идентификацией; стержень выполнен в виде цилиндра, обладающего положительной плавучестью; поплавок выполнен с возможностью обеспечить положительную плавучесть с соединенными стержнем и корпусом станции-передатчика при любом волнении водной поверхности, а также с возможностью прикрепления к нижней поверхности поплавка якоря и штока; на верхней поплавка размещены светоотражающие метки.

Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявленного изобретения, заключается в упрощении поиска буя, особенно в темное время суток и при большом волнении водной поверхности.

Реализация изобретения заключается в следующем.

Основной задачей изобретения является неконтактное измерение характеристик волнения водной поверхности с передачей полученных данных находящемуся на берегу, на судне, или в воздухе (при взлете и посадке самолета) оператору по радиоканалу. Датчики определения положения в пространстве, температуры, атмосферного давления позволяют определить работоспособность станции вне визуальной видимости.

Станция-передатчик, в корпусе которой закреплены и соединены между собой микроконтроллер, лазерный дальномер, трехосевой гироскоп, акселерометр, датчик атмосферного давления, датчик температуры, датчик координат, беспроводной радиомодуль, источник питания, соединенный проводом с разъемом USB, выполненным заподлицо внешней поверхности корпуса. Реализацию функций выполняют элементы:

микроконтроллер выполнен в виде платы Arduino Uno Rev3, основанная на микроконтроллере ATmega328P. Платформа имеет 14 цифровых пинов входа/выхода, 6 из которых могут использоваться как выходы широтно-импульсной модуляции, 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP. Пины Arduino используются для подключения внешних устройств и могут работать как в режиме входа, так и в режиме выхода. Соответственно имеется возможность достаточно просто производить расширение возможностей по измерению параметров волнения водной поверхности, а так же других элементов окружающей среды;

лазерный дальномер - это датчик Arduino VL53L0X, который измеряет расстояние до целевого объекта (до поплавка) в диапазоне до 2 метров, в качестве альтернативы можно использовать ультразвуковой дальномер HC-SR04, однако его точность существенно зависит от параметров среды;

трехосевой гироскоп и акселерометр реализованы в виде модуля GY-521, построенного на базе микросхемы MPU6050; на плате модуля также расположена необходимая обвязка MPU6050, включая подтягивающие резисторы интерфейса I2C; гироскоп используется для измерения линейных ускорений, а акселерометр -угловых скоростей; совместное использование акселерометра и гироскопа позволяет определить движение тела в трехмерном пространстве;

датчик атмосферного давления ВМР280 представляет из себя высокоточный цифровой измеритель атмосферного давления на базе микрочипа ВМР280;

датчик координат - это GPS модуль NEO-6M для определения координат станции;

датчик температуры - это микросхема DS18 В20;

беспроводной радиомодуль НС-12 выполнен на базе микросхемы SI4463 для передачи от автономной станции к оператору по радиоканалу;

источник питания с проводом USB обеспечивает питанием компонента станции.

Поплавок обеспечивает нахождение корпуса станции-передатчика над водой, они соединены с помощью стержня. Стержень выполнен в виде цилиндра, обладающего положительной плавучестью. Поплавок выполнен с возможностью обеспечить положительную плавучесть с соединенными стержнем и корпусом станции-передатчика при любом волнении водной поверхности, а также с возможностью прикрепления к нижней поверхности поплавка якоря и штока для закрепления поплавка в определенной точке дна. Возможность прикрепления к нижней поверхности поплавка якоря и штока обеспечивается, как правило, встраиванием в нижнюю часть поплавка кольцевого крепления, к которому могут закрепляться (например, с помощью троса) якорь или шток.

Модуль приемника, в корпусе которого расположены и соединены между собой микроконтроллер Arduino Uno Rev3 и беспроводной радиомодуль НС-12 на базе микросхемы SI4463 для приема от автономной станции к оператору по радиоканалу. К оператору данные со станции приходят в последовательный порт посредством модуля приемника, который преобразует радиосигнал и передает значения в COMM-port. Дальнейшая обработка данных производится специальным программным обеспечением, позволяющим отслеживать параметры волнения водной поверхности, определять состояние станции (без визуального контакта), записывать параметры в файл. Если требуется более детальный анализ элементов волнения воды, можно воспользоваться функциями Microsoft Excel, для чего потребуется, например, скопировать таблицу данных из лог-файла.

Для защиты от факторов природной среды (влага, пыль, грязь и т.п.) корпус станции передатчика и корпус модуля приемника выполнены в пылевлагозащитном исполнении и имеют положительную плавучесть.

Для упрощения упрощении поиска буя, особенно в темное время суток и при большом волнении водной поверхности в корпусе станции передатчика и в корпусе модуля приемника расположены метки с радиочастотной идентификацией; на верхней поплавка размещены светоотражающие метки.

Заявленное изобретение относится к средствам измерения характеристик волнения водной поверхности. Автономная буйковая станция состоит из: станции-передатчика, в корпусе которой закреплены и соединены между собой микроконтроллер, лазерный дальномер, трехосевой гироскоп, акселерометр, датчик атмосферного давления, датчик температуры, датчик координат, беспроводной радиомодуль, источник питания, соединенный проводом с разъемом USB, выполненным заподлицо с внешней поверхностью корпуса; поплавка, с которым с помощью стержня соединен корпус станции-передатчика; модуля приемника, в корпусе которого расположены и соединены между собой микроконтроллер и беспроводной радиомодуль. Корпус станции-передатчика и корпус модуля приемника выполнены в пылевлагозащитном исполнении и имеют положительную плавучесть. В корпусе станции-передатчика и в корпус модуля приемника расположены метки с радиочастотной идентификацией, а стержень выполнен в виде цилиндра, обладающего положительной плавучестью. Поплавок выполнен с возможностью обеспечить положительную плавучесть соединенному стержнем корпусу станции-передатчику при любом волнении водной поверхности, а также с возможностью прикрепления к нижней поверхности поплавка якоря и штока; на верхней поверхности поплавка размещены светоотражающие метки. Технический результат заключается в упрощении поиска буя, особенно в темное время суток и при большом волнении водной поверхности.

Автономная буйковая станция измерения характеристик волнения водной поверхности, характеризующаяся тем, что она состоит из:

станции-передатчика, в корпусе которой закреплены и соединены между собой микроконтроллер, лазерный дальномер, трехосевой гироскоп, акселерометр, датчик атмосферного давления, датчик температуры, датчик координат, беспроводной радиомодуль, источник питания, соединенный проводом с разъемом USB, выполненным заподлицо с внешней поверхностью корпуса,

поплавка, с которым с помощью стержня соединен корпус станции-передатчика,

модуля приемника, в корпусе которого расположены и соединены между собой микроконтроллер и беспроводной радиомодуль,

причем корпус станции-передатчика и корпус модуля приемника выполнены в пылевлагозащитном исполнении и имеют положительную плавучесть;

в корпусе станции-передатчика и в корпус модуля приемника расположены метки с радиочастотной идентификацией;

стержень выполнен в виде цилиндра, обладающего положительной плавучестью;

поплавок выполнен с возможностью обеспечить положительную плавучесть соединенному с ним стержнем корпусу станции-передатчика при любом волнении водной поверхности, а также с возможностью прикрепления к нижней поверхности поплавка якоря и штока;

на верхней поверхности поплавка размещены светоотражающие метки.