Устройство для измерения глубины погружения судна Советский патент 1977 года по МПК G01F23/296 B63B39/12 

1

Изобретение относится к техиическим 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, оцифpOBiKy 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 молшо произвести только на стояике), низкая точность даже при слабом волнении и невозможность его автоматизации.

Известны осадкомеры, содержаш,ие устанавлениую 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 н-нжней части трубы, а также с показывающими .прибора1ми (индикаторами), в качестве которых служат ртутные или пружинные манометры. В измерительную подается сжатый воздух. Поскольку положение каждого вывода извест1но, показания манометра, включенного так, чтобы уровень затортной воды находился между выводами,

включенными на верхний и нижний концы манометра, дают высоту положения уровня воды под нижним из выводов 1. Точность измерения осадки этими приборами даже при использовании наиболее чувствительных ртутных манометров невелика (погрешность измерения ±2%), что для современного танкера составляет 30-35 см. При использовании пружинного манометра погрешность измерения увеличивается до 5% и более.

В результате того, что прибор имеет -целую систему трубопроводов большой протяженности, он имеет невысокую надежность в работе (возможны частые выводы его из строя). Кроме того, использование ртутных манометров на судах запрещается санитарными правилами.

Известны также измерители уровня, содержашие измерительную трубу, на которой установлены возбуждающий и приемный пьезопреобразователи, задающий генератор с усилителем, приемный усилитель, формирователь и индикатор 2.

Такие измерители имеют недостаточную точность из-за реверберации отрал енных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство длЯ

измерения уровня, содержащее измерительпую трубу, на которой установлены возбуждающий, приемный пьезопреойразователи, задающий генератор с усилителем, приемный усилитель, подавитель реверберации, формирователь и индикатор 3.

Это устройство также имеет недос аточную точность из-за изменения времени хода звукового сигнала от излучателя до поверхности воды.

Цель изобретения - иовышедие точности измерения осадки судна.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введем 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 расстояний один от другого, усилителя, детектора-фо;рмирователя, подключенного к входам индикатора и генератора пиковых имяульсов, 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 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 соо-бщена с забортной водой, генератор 2 несущей частоты, ключевой усилитель 3 мощности, излучатель 4 основного канала, приемник 5 основного канала, предварительный резонаяоный усилитель 6 основного канала, настроенный на частоту генератора иесущ.ей частоты для исключения влияния работы канала опорных интервалов, подавитель 7 прямого сигнала и реверберации, усилитель 8 с автоматической регулировкой усиления и детекторным выходом, формирователь 9, синхронизирующий мультивибратор 10 задержки, генератор II частоты повторения, триггер 12 запуска канала опорных интервалов, ждущий генератор 13 пиковых имнульсов, излучатель 14 канала опорных интервалов, лриемник 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 «а корпусе измерительной трубы.

Действие устройства основано на акз стической эхолокации уровня воды в из1мерительной трубе, сообщающейся с забортной водой. При этом используются раздельные излучатель и приемник, расположенные в измерителыюй трубе сверху над уровнем воды. Локация ведется через воздух от контрольной высоты до уровня воды в трубе. Тем самым исклюгается влияние физических параметров морской воды, ее агрессивных свойств и об растание покрытых водой участков устрой, ства па точность измерения.

Высота уровня воды в трубе определяется не но 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 изм,ерительного 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 клинкет 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 нревышать 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 увеличение 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 м-ембран 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 направленными одна на другую параллельньими рабочими поверхностями. Акустическая ось этой пары перпендикулярна к оси измерительной трубы.

Пара излучатель-приемник 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

специалыпое устройство.

Устройство работает следующим о.б:разом.

После включения питания геиератор 2 несущей частоты подает на вход усилителя 3 непрерывное перемениое напряжение. В момент прихода па 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 иа нуль. Кроме тото, прямоугольный импульс от генератора частоты повторения поступает на схему заряда конденсаторов в подавитель 7 прямого сигнала и реверберации.

Эпюры напряжений U на блоках устройства приведены на фиг. 2. Триггер 12 запуска канала опорных интервалов, перебрасываясь из одного состояние в друго е под действием импульса от генератора 11, подает питание на ждущий генератор 13 пиковых имлульсов, 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 детекторе-фор-мирователе 17 этот импульс поступает на счетчикиндикатор 18, отградуированный в единицах длины с пеной дискрета, и одновременно на пуск ждущего генератора 13. Счетчик отмечает один интервал, а генератор излучает следующий пиковый импульс, который пройдя вновь всю цепь, поступает на счетчик и запускает генератор 13. Та-к продолжается до тех пор, пока сигнал, излученный излучателем 4, отразивщись 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 на счетчик 18 перестают поступать считаемые импульсы.

Таким образом, число, выдаваемое счетчиком, показывает, сколько раз фиксированный опорный интервал укладывается в удвоенное расстояние от преобразователей основного каяала до поверхности воды в трубе. Поскольку длина опорного интервала равна /, то величина осадки определяется какп, где -

jftА

цена дискрета счетчика, а п--показыва€М е число.

Одновременно с перебросом триггера 12 сигнал от формирователя 9 запускает синхронизирующий ждущий мультивибратор 10, который задним фронтом выдаваемого импульса синхронизирует генератор И частоты повторения. Со.бственная частота колебаний этого генератора выбрана , 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 отечественной промыщленностью, работают в этом диапазоне. В связи с тем, что время прохождения звуком опорного интервала (2X3-2X5 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 же раз выиш частоты опорного канала.

Поскольку величина осадки определяется числом сосчитанных индикатором опорных интервалов, устройство вносит ошибку, вызванную постоянной времени нарастания передних фронтов управляющих импульсов. Чем

круче фронты, тем меныпе погрептность, и чем глубже осадка (чем меньше число сосчитанных опорных интервалов), тем меньше погрешность. Чтобы исключить эту погрешность, устройство подвергают калиброг.ке.

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 менаду излучателем-приемником канала опорных интервалов, добиваются такого числа импульсов на индикаторе, которое соответствует данной осадке. Вентиль, перекрывающий трубу снизу, открывается, а сливной вентиль закрывается, и устройство готово к работе.

Точность определяется установкой опорного интервала и при частоте генератора несущей частоты порядка 7,5 кгц не превышает половины цены дискрета 3 см.

Формула изобретения

Устройство для измерения глубины погружения судна, содержащее установленную в

диаметральной плоскости судна измерительную трубу, нижняя часть которой сообщается с забортной водой, основной измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных генератора несущей частоты,

т.илитадя моЩНОГ-ти в ключевом peKHMi, излучателя и приемника, установленных на верху трубы, предварительный резонансный усилитель, подавитель реверберации, усилитель с автоматическим регулятором усиления с детекторлым выходом, формирователь и ИНдикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точиости 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 мультивибратор на выход формирователя и вход триггера.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1. Петров В. П. и др. Автоматизация грузовых операций на морских танкерах, «Транспорт, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР № 322640, кл. G 01F 23/28, 28.07.70.

3. Авторское свидетельство СССР Я 329397, кл. G GIF 23/29, 29.07.70.

ir.

к