Устройство для измерения глубины погружения судна

 

ОПИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

jii) 563320

Свез C08BTcKNx

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.12.74 (21) 2090040/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.77. Бюллстспь № 24

Дата опубликования описания 04.09.77 (51) М. Кл."- В 63В 39/12

G 01F 23/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 629.1.053.2:

: 534-8 (088.8) па делан изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. И. Белов и И. Л. Кукс (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЪ|

ПОГРУЖЕНИЯ СУДНА

Изобретение 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 произ вести только íà стоя нке), н|изкая точность даже при слабо м 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 ма нометры. 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 концы манометра, дают высоту положения уровня воды под нижним из выводо в (1).

Точность измерения осадки этим и приборами даже при использовании наиболее чувствительных ртутных манометров невелика (погрешность измерения 2o ), что для современного танкера составляет 30 — 35 см.

При использовании пружин ного манометра погрешность измерения увеличивается до

5 и более.

В результате того, что прибор имеет целую систему трубопроводов большой протяжснности, он имеет невысокую надежность в рабо15 те (возможны частые выводы его из строя).

Кроме того, использование ртутных манометров на судах запрещается санитарными пр авила ми.

Известны также измерители уровня, со20 держащие измерительную трубу, на которой установлены возбуждающий и приемный пьезопреобразователи, задающий генератор с усилителем, приемный усилитель, формирователь и индикатор (2).

25 Такие измерители имеют недостаточную точность из-за реверберации отраженных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для

Зо измерения уровня, содержащее измеритель563320

65 нуlo трубу, на которой установлены возбуждающий, приемный пьезопреобразователи, задающий генератор с усилителем, приемный усилитель, подавитель реверберации, формирователь и индикатор (3).

Это устройство также имеет недостаточную точность из-за изменения времени хода звукового сигнала от излучателя до поверхност и воды.

Цель изобретения — повышение точности измерения осадки судна.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство 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 ге нератора несущей частоты триггера и индикатора, а синхронизирующий мульти вибратор на выход формирователя и,вход триггер а.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Устройство содержит установленную в диаметральной плоскости суд на 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 канала, предварительный резонансный усилитель 6 основного канала, настроенный на частоту генератора несущей частоты для исключения влияния работы канала опорных интервалов, пода1витель 7 прямого сигнала и реверберации, усилитель 8 с автоматической регулировкой усиления и детекторным выходом, формирователь 9, синхронизирующий мультивиб ратор 10 задержки, генератор 11 частоты повторения, триггер 12 запуска ка нала 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 интер валов, индикатор 18 (счетчик числа опорных интервалов) и клинкет 19, установленный на корпусе измерительной трубы.

Действие устройства основано на акустической эхолокации уровня воды в из мерительной трубе., сообщающейся с забортной водой.

При этом используются раздельные излучатель и приемник, расположенные в измерительной трубе сверху пад уровнем воды. ЛоIea I I I I 5I В СД с т с Я ч с 15 е 3 ВозДУх О т к О l l т 11 О л ь В О Й

Высоты до урОВня Воды В тpyoe. ТеМ самым исключается влияние физических параметров морской воды, ее агрессивных свойств н об: растание покрытых водой участков устройства на точность измерения.

Высота уровня воды в трубе определяется не по измерению времени хода звукового сигнала от излучателя до по верхности воды и назад к приемнику, а делением этого aipeмени на время прохождения звуком опорного расстояния, заданного другим и излучателем и приемником, находящимися в одних условиях (температура, давление, влажность и т. п.) излучателем и приемником основного измерительного канала. Тем самым исключается влнян ие 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 раз мерами (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.

DpH 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 (верх ний предел осадки) на 1,3—

1,6 м.

Излучатель 14 и приемник 15 размещаются на трубе ниже разветвления на 100 — 200 мм с направле нными одна на другую параллельными рабочими поверхностями. Акустическая ось этой пары перпендикулярна к оси измерительной трубы.

Пара излучатель †приемн задает опорный интервал, по которому определяется уровень воды в трубе. Опорный интервал равен расстоянию между мембранами преобразователей и может быть ра в ным 3, 4, 5 см (в зависимости от желаемой цены дискрета).

Для регулировки расстояния предусмотрено снец11альпое устройство.

563320

Устройство работает следующим образом.

После включения питания генератор 2 несущей частоты подает на вход усилителя 3 непрерывное переменное напряжен не. 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 передн ий 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 U 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 излучеHHoãо сигнала воспринимается приемником 15.

После усиления принятого сигнала усилителем 16 и детектирования с одно временным преобразованием в пиковый импульс с крутым передним фронтом в детекторе-формирователе 17 этот импульс поступает на счетчикиндикатор 18, отградуировапный в единицах длины с ценой дискрета, и одновременно на пуск ждущего генератора 13. Счетчик отмечает од ин 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 поступ ит 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 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 веl 1 личина осадки определяется как — и, где—

2 2 а n — показываемое цена дискрета счетчика, гис,чо.

Одновременно с перебросом триггера 12 сигнал от формирователя 9 запускает син«ронизирующий ждущий мультивибратор 10, который задним фронтом выдаваемого импульса син«ронпзирует генератор 11 частоты повторения. Собственная частота колебаний этого генератора выбрана так, чтобы период его колебаний был больше длительности между излучением сигна Ià 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 спн«ронизация от принятого приемником сигнала.

Частоту генератора 2 ждущей частоты следует выбирать в звуковом диапазоне в связи с тем, что наиболее чувствительные микрофоны, выпускаемые отечественной промbløëåHíостью, работают в этом диапазоне.

В связи с тем, что время про«ождения звуком опорного интервала (2+3 — 2+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 выше частоты опорного канала.

Поскольку величина oc3,"II:,II oIIDc1c IHcTcII чис,loM сосчитанпы«индикатором опорны« интервалов. устройство вносит ошибку, вызванную постоянной времени нарастания псредни«фронтов управляюгцп«импульсов. Чем круче фронты, ТсМ меньше погрспгность, и чем глубже осадка (чем меньше число сосчитанных опорны«интервалов), тем lc»Illlc погрешность. Чтобы исключить эту погрешность, устройство подвергают калиброгке.

Для этого измерительную трубу перекрывают внизу, и на«одящаяся в ней вода сливается через другой вентиль до уровня минимальной осадки. После этого устройство включают и, регулируя расстояние между излучателем-приемником канала опорных интерва10B, 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 н прп частоте генератора несущей частоты порядка 7,5 кгц не превышает половины пены дпскрета 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 пз последовательно соединенных генератора несущей частоты, 3 ГH.читМ1я мОщню т14 Б клЗОчРвОм режимь, из

563320 лучателя и приемника, установленных на ве рху трубы, предварительный резонансный усилитель, пода|витель,реверберации, усилитель с автоматическим рсгуляторо|м усиления 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 синхро низирующий мультивибрато р, 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.

1О Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петров В. П. и др. Автоматизация грузовых операций на морских танкерах, «Транспорт», 1966.

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

3. Авторское свидетельство СССР № 329397, кл. G 01F 23/29, 29.07.70.

563320

5о

Ujp

Составитель Н. Фомичев

Техред А. Камышникова Корректор Л. Брахнина

Редактор Т. Рыбалова

Типографня, вр. Сапунова, ?

Заказ 1691/15 Изд. № 554 Тираж 563 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5