BG4366U1 - Мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб - Google Patents

Abstract

Магнитните сензори, използвани в съществуващите съвременните мобилни средства за измерване на параметрите на магнитното поле на кораба, са свързани с устройствата за отчитане и обработката на информацията, позиционирани на брега, с подводни кабели, а за тези на дъното се използват водолази. В процеса на измерване се препоръчва значителен брой плаване по различни курсове на кораба. Конструкцията на полезния модел Мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб представлява мобилен, безкабелен, универсален и без необходимост от използване на водолаз, комплекс за определяне магнитното поле на кораб. Универсалността на полезния модел се определя от възможността мобилния комплекс да се използва за всякакъв вид кораби (относно габаритите им) и за всякакви дълбочини и характер на грунта. Безкабелната конструкция на комплекса го прави по-лек, по-лесен за експлоатация и по-надежден в техническо отношение. Конструкцията на автономните магнитометрични системи позволява заемане на оптималното положение на магнитния сензор без използване на водолаз. Използването на безжична комуникация за снемане на показанията позволява бързо следващо използване на сензорните линии при ново преминаване на кораб през комплекса.

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб, който е универсален, мобилен и лесен за развръщане и обслужване, без необходимост от използване на водолази.

Полезният модел осигурява ефективно измерване, записване и съхраняване на набор от параметри, които чрез обработване със специализиран софтуер, дават възможност за получаване на цялостен и точен триизмерен образ на магнитното поле на кораба.

Полезният модел позволява бързо развръщане на измервателното оборудване на морското дъно, без специфични изисквания към грунда (гладък, пясъчен и др.), с използване на минимален брой обслужващи средства и персонал.

Предшестващо състояние на техниката

Военноморските сили на водещите страни полагат непрекъснати усилия за намаляване на магнитните полета на бойните кораби с цел увеличаване на тяхната скритност и противоминна устойчивост. За проверяване на реалното магнитно поле на корабите и оценка на възможностите за използването им и/или предприемане на мерки за тяхното “размагнитване“ се строят скъпоструващи стационарни полигони, използващи няколкостотин магнитометъра. Типовото оборудване на стационарните стендове се състои от високочувствителни дънни магнитометри, разположени на дълбочини до 10 m, стационарни компенсационни и имитационни контури и контури за електромагнитна обработка, системи за определяне на текущите параметри на кораба спрямо дънните магнитометри и компютърно оборудване. Благодарение на наличието на компенсационни и симулационни контури, в стационарните полигони се моделира движението на кораба по прав курс, на циркулация и за всички видове клатене, статични преобръщания и тримове във всяка географска ширина.

Използването на този вид полигони, освен високата цена за тяхното построяване, поддържане и експлоатация, е свързано с невъзможност за използване на бойните кораби продължително време и необходимост от извършване на допълнително плаване. По тези причини в последно време все по-голямо разпространение получават мобилните комплекси за измерване на параметрите на магнитното поле на кораба, такива като комплексите MS90 и TRANSMAG на фирма Thorn EMI, MORASYM на STN Atlas Electronic и др. Общите характеристики на тези комплекси са контейнерна комплектация с възможност за транспортиране с всякакъв транспорт, бързо развръщана на всякаква акватория, трикомпонентни първични измервателни магнитни датчици (2 ^ 5 броя), разполагани на дъното и съвременна система за компютърна обработка на данните. Важна особеност на известните мобилни комплекси за измерване на магнитното поле е това, че магнитните сензори са свързани с устройствата за отчитане и обработката на информацията, разположени на брега чрез подводни кабели, а за тяхното позициониране на дъното се използват водолази. Освен това, за измерване на параметрите, необходими за получаване на цялостен и точен триизмерен образ на магнитното поле на кораба, се препоръчва последният да извърши значителен брой плавания по различни курсове.

В откритата литература няма подробна информация за софтуерното осигуряване на обработката, на получената информация от магнитните датчици.

При изследване на източници на магнитно поле със сложна вътрешна структура, каквито са корабите имащи различни електромагнитни устройства генериращи собствени магнитни полета, се изисква измерване на силно нехомогенни магнитни полето със сложни и трудно предвидими параметри. Най-точните квантови магнитометри не могат да осигурят необходимата чувствителност в широк диапазон от стойности на магнитната индукция и голям градиент на измереното поле. Освен това, измерването на компонентите на вектора на магнитното поле изисква значително усложняване на схемата за измерване и обикновено не се използва. Основното внимание при проектиране и реализация на полигони за определяне на магнитното поле на кораб се отделя на индукционните и галваномагнитните методи. Освен това, се използва сравнително прост метод за измерване на модула на геомагнитното поле, който може да се използва при калибриране на векторни магнитометри. Анализът се фокусира върху динамичния диапазон, прага на чувствителност, точността, линейността на характеристиките на преобразуване и размера на активната зона.

Индукционните методи за измерване на магнитни полета се основават на явлението електромагнитна индукция. Индукционните сензори имат широк динамичен диапазон в рамките на 10^-6 ^ 1 Ти висока чувствителност до 0,1 пТ. Но поради недостатъчна устойчивост на шум, индукционните магнитометри рядко се използват за измерване на магнитни полета, в по -голяма степен използването им е свързано с изследвания на магнитния момент. Развитието на индукционния метод е методът на вибрациите и ферозондовия метод.

Методът на вибрации се състои в измерване на амплитудата на индуцираната електродвижеща сила, която възниква при промяна на относителното положение на източника на магнитно поле и измервателната намотка. Ферозондовите методи се основават на преобразуване на градиент или сила на магнитно поле в електрически сигнал.

Основните галваномагнитни методи за измерване на магнитното поле са методите на Хол и магниторезистентността. Магниторезистивният метод се основава на промяна в съпротивлението на проводник във външно магнитно поле.

Техническа същност на полезния модел

Анализът на посочените технически изисквания към проектирането и реализирането на мобилен комплекс за определяне на магнитното поле на кораб, за постигането на правилното и точното отчитане на компонентите на магнитното поле е необходимо:

• Мобилният комплекс трябва да се състои най-малко от две сензорни линии;

• Всяка сензорна линия да се състои от най-малко 3 елемента - две странични и една централно разположена автономна магнитометрична система, която ще отчита под кила на движещия се кораб. Разстоянието между страничните автономни магнитометрични системи трябва да е приблизително равна на ширината на корпуса на кораба с отчитане на безопасната дистанция между борда и обозначителната веха;

• Магнитните сензори във всяка от автономните магнитометрични системи ще отчитат магнитното поле по трите оси X - от носа на кораба към кърмата; Y - напречно на кораба от десния борд към левия; Z вертикално надолу;

• Всеки магнитен сензор трябва да е в хоризонтално положение;

• Трябва да се знаят координатите на всяка автономна магнитометрична система;

• Всеки магнитен сензор трябва да е ориентиран посока изток-запад (Е - W);

• Възможност за компенсиране на земното магнитно поле при отчитане на магнитна аномалия от сензорите.

Техническият проблем, който трябва да се реши е да се създаде мобилен, безкабелен, универсален и без необходимост от използване на водолаз (само един катер или лодка) мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб, който да отговаря на посочените по-горе изисквания. Универсалността на полезния модел се определя от възможността мобилния комплекс да се използва правилно за всякакъв вид кораби (независимо от габаритите им) и за всякакви дълбочини и характер на грунта на мястото на измерване.

За тази цел се предлага, като основен елемент на мобилния комплекс в състава на сензорните линии да се използва автономна магнитометрична система (АМС), която се състои от следните основни съставни части:

- Котва, изработена от немагнитен тежък материал (например олово или бетон), която осигурява стабилно заставане на АМС на позиция. В нея има монтирана халка от немагнитен материал за преминаване на поддържащото въже със застопоряващ механизъм (клапа), позволяваща преминаване на въжето само в посока от вехата с макара;

- Вграден в котвата двуосов механизъм за вертикално позициониране на закрепеното на неговата платформа херметичното тяло;

- Херметично цилиндрично подводно тяло с положителен плавучест с център на тежестта ниско долу (общата плавучест с котвата е отрицателна), за да може да заема вертикално положение спрямо грунта. Останалите съставни елементи на всяка от сензорните линии са:

• По два броя вехи, като на една от тях в долната част е монтирана макара с навито на нея капроново въже;

• Четящо записващо устройство за трансфер на информация от всяка АМС по безжичен (bluetooth (БТ), Wi-Fi или др.) канал;

• Лаптоп със специализиран софтуер за анализ на получената информация.

Пояснение на приложените фигури

Ф игура 1 - Блокова схема на автономна магнитометрична система (АМС).

Ф игура 2 - Постановката на всяка от сензорните линии.

Ф игура 3 - Прототип на автономна магнитометрична система.

Примери за изпълнение на полезния модел

Основният компонент в предлагания полезен модел на мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб е автономната магнитометрична система 21, която съгласно фигура 1, се състои от котва 1, изработена от немагнитен тежък материал (например олово или бетон), която осигурява стабилно заставане на АМС на позиция. Прототип на автономна магнитометрична система, е показана на фигура 3. В котвата 1 е монтирано правоъгълно рамо 17 с блок 18 от немагнитен материал за преминаване на поддържащото въже 19 със застопоряващ механизъм (клапа), позволяваща преминаване на въжето само в посока от вехата с макара 20 - третата (последна) от сензорната линия.

Вградена в котвата механична система за стабилизация, представляваща двуосов механизъм 2, осигурява вертикално позициониране на закрепеното на неговата платформа цилиндрично херметичното тяло 9, което има положителен плавучест (по -малка от тежестта на котвата) и център на тежестта в долната си част. За тази цел на дъното на АМС е монтиран акумулаторен блок 8, захранването от който се включва към електронните устройства с електрически ключ 3 монтиран в цилиндрична кутия, която се затваря херметично с гайка и “0” пръстен. В нея са монтирани и гнезда за проверка на капацитета на акумулаторната батерия и зареждане в базови условия. Вътре в херметичния корпус на АМС 9, представляващ цилиндър от немагнитен материал с горен капак 7 от плексиглас или друг прозрачен за bluetooth комуникация материал, са закрепени към стените му четири диска, също от немагнитен материал. На първия от долу-нагоре диск са монтирани стъпков електродвигател 10 и контролер за управление на въртенето му 4, който по данни на електронния компас 12 отработва така, че оста X на 3-осовия магнитен сензор 15 да заеме положение по оста Изток-Запад (Е - W), след което спира работа. За целта оста на двигателя 11 преминава през централни отвори на втория и третия диск и е твърдо свързана в центъра на четвъртия диск, на който е монтиран 3 -осов магнитен сензор 15 с функция за компенсиране на земното магнитно поле и микроконтролер 16 за обработка на сигналите от него. На втория диск са монтирани електронния компас 12, GPS с хронометър 13 и електронен блок с микроконтролер 5 за запис на информацията на SD карта. На третия диск е монтиран електронен блок 6 за безжична комуникация и предаване на данните, записани на SD картата към четящо записващо устройство за трансфер на информация, с антена 14.

Постановката на всяка от двете сензорни линии, успоредно една на друга на разстояние дължината на обследвания кораб, от комплекта на мобилния комплекс се извършва по следния начин (фиг. 2):

- Пуска се на дъното първата АМС 21, обозначена с веха 20, като се развива бавно капроново въже 19 от навитото на макарата 22, монтирана в долната част на втората веха 23, въжето 19 преминава през блокмакарите 18 на котвите на първата 21, втората 24 и третата 25 АМС - втората и третата АМС (с макарата) се намират на борда на лодката (катера), която извършва постановката;

- След заставане на дъното се отдалечаваме от първата веха 20 на зададено разстояние „Д”, определено от ширината на корпуса на обследвания кораб и пускаме на дъното втората АМС 24, като развиваме въже от макарата 22 - третата АМС 25 е на борда на лодката (катера);

- Отдалечаваме се по линията от първата веха 20 на два пъти „Д” (разстоянието може да се мери с лазерен далекомер) и пускаме третата АМС 25, отпускаме въже до заставане на позиция и застопоряваме макарата, и пускаме във водата втората веха 23.

- Линията е обозначена с 2 вехи;

- По същия начин поставяме втората линия успоредно на първата на разстояние дължината на кораба. Работата на всяка АМС се осъществява по следния начин:

• Преди началото на спускането се запуска захранването от херметичен електрически ключ 3;

• Стартира работата на GPS с хронометър 13, като на електронен блок с микроконтролер 5 за запис на информация на SD карта се записват последните преди потапяне на АМС във водата координати и данните на хронометъра в астрономическо време;

• Когато котвата 1 застане на дъното херметичното тяло 9 заема вертикално положение;

• По данни на електронния компас 12 стъпковия електродвигател 10 отработва така, че оста X на 3осовия магнитен сензор 15 да заеме положение по оста Изток-Запад (Е - W), след което спира работа;

• АМС остава в дежурен режим;

• При констатиране на промяна на магнитното поле в електронен блок с микроконтролер 5 за запис на информация на SD картата се извършва запис за отчетените магнитни стойности във функция на времето и координатите;

• След преминаване на кораба се извършва по обратния начин изваждане на автономните магнитометрични системи и без разхерметизиране на тялото по БТ канал се снема информацията за всяка станция;

• Системата е готова веднага за повторни измервания;

• Информацията се обработва в лаптопа със специализиран софтуер;

• Ако е необходимо в базови условия се извършва зареждане на акумулаторната батерия 8 без разхерметизиране на тялото на АМС от херметичното гнездо.

Конструкцията на полезния модел представлява мобилен, безкабелен, универсален и без необходимост от използване на водолаз (само един катер или лодка) мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб. Универсалността на полезния модел се определя от възможността мобилния комплекс да може да се използва правилно за всякакъв вид кораби (относно габаритите им) и за всякакви дълбочини и характер на грунта на мястото на измерване.

Безкабелната конструкция на мобилния комплекс прави конструкцията по лека, по лесна за експлоатация и по надеждна в техническо отношение.

Конструкцията, съгласно полезния модел, на автономните магнитометрични системи позволява оптимално заемане на хоризонтално положение на магнитния сензор с направление Изток-Запад (E - W) автоматизирано, без използване на водолаз.

Използването на безжична комуникация за снемане на показанията позволява бързо следващо използване на сензорните линии при ново преминаване на кораб през полигона. При монтиране на мобилния комплекс на по малки дълбочини (до 10 - 15 m) е възможно снемане на показанията с херметизирано четящо записващо устройство за трансфер на информация в диапазона на работа на bluetooth комуникация под вода.

Приложение (използване) на полезния модел

Използването на полезния модел позволява на Военноморските сили ефективно да решават проблема за намаляване на магнитните полета на бойните кораби с цел увеличаване на тяхната скритност и противоминна устойчивост.

Полезният модел „Мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб” притежава тактико технически характеристики, които го правят универсален, мобилен и лесен за развръщане на позиция и обслужване без необходимост от използване на водолази.

Полезният модел изпълнява пълен набор от функционални възможности и осигурява ефективно измерване, записване и съхраняване на набор от измервания, което позволява получаване след обработка със специализиран софтуер на цялостен и точен три-измерен образ на магнитното поле на кораба.

Полезният модел позволява бързо развръщане на измервателното оборудване на морското дъно без специфични изисквания за грунта (гладко, пясъчно и др.) с използване на минимален брой обслужващи средства и персонал.

Claims (1)

1. Мобилен комплекс за определяне магнитното поле на кораб, характеризиращ се с това, че се състои от шест автономни магнитометрични системи, групирани по три (21), (24) и (25) в две успоредни сензорни линии, позиционирани на морското дъно на разстояние равно на дължината на обследвания кораб, маркирани всяка сензорна линия с по два броя вехи (20) и (23), като на вехата (23) във всяка линия в долната част е монтирана макара (22) с навито на нея капроново въже (19), а всяка от автономните магнитометрични системи (21), (24) и (25) се състои от котва (1), изработена от немагнитен тежък материал, с вградена механична система с двуосов механизъм (2) за вертикална стабилизация на закрепеното на нейната платформа цилиндрично херметично тяло (9) от немагнитен материал, с положителен плавучест с горен капак (7) от прозрачен за bluetooth комуникация материал, със закрепени към стените му четири диска от немагнитен материал с централни отвори на втория и третия диск за оста (11) на стъпковия електродвигател (10), в което на дъното му са монтирани акумулаторен блок (8), свързан към, през електрически ключ (3), монтиран в затваряща се херметично цилиндрична кутия с гнезда за проверка на капацитета на акумулаторната батерия и за зареждането й в базови условия. На първия от долу-нагоре диск са монтирани стъпков електродвигател (10) с контролер за управление на въртенето му (4), чиято ос (11) е твърдо свързана с центъра на четвъртия диск, на който са разположени три осов магнитен сензор (15) с функция за компенсиране на земното магнитно поле и контролер за управление на въртенето му (16), като на електронен компас (12) е монтиран на втория диск заедно с GPS с хронометър (13) и електронен блок с микроконтролер (5) за запис на информацията на SD карта, а на третия диск е монтиран електронен блок (6) за безжична комуникация с антена (14) за предаване на данните, записани на SD картата към четящо записващо устройство за трансфер на информация