DE2140035C3 - Measuring device for steering a ship - Google Patents
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Description
Die F.rfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs IThe invention relates to a device accordingly the preamble of claim I.
Aus »Marine I ngineering/l.og«, lull I9b9. Seile 92 isi r> eine Meßvorrnhuing unier Ausnutzung des Dopplcief fekte«. bekannt Hei diesem Verfahren sind am Schiffskörper nahe Bug und Heck elektromagnetische Wandler angebracht, die beim Empfang elektrischer Signale Ultraschallwellen erzeugen und beim Empfang s>o Von Schallwellen elektrische Signale abgeben. Von einem Sender werden in vier Richtungen auf den Secgrtind Ultraschallwellen schräg abgestrahlt und die reflektierten Wellen werden von einem Empfänger aufgenommen. esFrom "Marine Engineering / 1.og", lull I9b9. Ropes 92 isi r> a measure of advance by making use of the double depth fects «. known Hei this procedure are on Ship's hull attached near the bow and stern electromagnetic transducers, which when receiving electrical Signals generate ultrasonic waves and when received s> o Emit electrical signals from sound waves. A transmitter is sent in four directions to the Secgrtind ultrasonic waves are radiated obliquely and the reflected waves are from a receiver recorded. it
Dabei sind die Frequenzen der empfangenen Wellen aufgrund des Dopplereffektes von denen der ausgesandten Wellen verschieden. Die Schiffsgeschwindigkeit kann aus der Doppler-Frcquenzabweiehung mit einer Genauigkeit von etwa 5 mm/Sek. bestimmt werden. Der Schiffskurs kann aufgrund der von den vier Richtungen gewonnenen Informationen errechnet werden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß für jedes Schiff eine gesonderte Meßvorrichtung notwendig ist. Außerdem können beim Meßvorgang Ungonauigkeiten aufgrund der Schiffsbewegung entstehen.The frequencies of the waves received are different from those of the transmitted waves due to the Doppler effect Waves different. The speed of the ship can be derived from the Doppler frequency deviation with a Accuracy of about 5 mm / sec. to be determined. The ship's course can be based on the four directions obtained information can be calculated. The disadvantage of this method is that for each Ship a separate measuring device is necessary. In addition, inaccuracies can occur during the measurement process arise due to the movement of the ship.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich bei einfachem Aufbau, das An- und Ablegen eines Schiffes mit hoher Genauigkeit steuern läßt.The invention is based on the object of creating a device with which the simple Structure that can control the docking and casting off of a ship with high accuracy.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale. Da sich die gesamte Vorrichtung am Ankerplatz befindet, müssen am Schiff keine besonderen Maßnahmen getroffen werden. Die feste Anordnung der Ultrasehallwandler führt dazu, daß die Geschwindigkeit des Schiffes sehr genau gemessen werden kann, da die Wandler nicht den Schiffsbewegungen ausgesetzt sind. Von Vorteil ist auch, daß der Abstand zwischen Schiff und Pier an zwei verschiedenen Stellen gemessen wird, so daß sich die Lage des Schiffes genau bestimmen läßt.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing part of claim I. specified features. Since the entire device is at the anchorage, there is no need on the ship special measures are taken. The fixed arrangement of the ultrasound transducers means that the The speed of the ship can be measured very precisely because the transducers do not track the ship's movements are exposed. Another advantage is that the distance between the ship and the pier is at two different points Places is measured so that the position of the ship can be precisely determined.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to FIG. 1 and Fig. 2, for example. It shows
F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, undF i g. 1 a schematic representation of the device, and
F i g. 2 ein Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung.F i g. 2 shows a block diagram of the evaluation device.
F ι g. I zeigt einen Ankerplatz 1 mit einem Pier 2 und Anlegepfähle 3,4. die mit Abstand voneinander am Pier 2 angebracht sind. Fin Schiff 5 soll längsseitig an den Ankerplatz 1 herangeführt werden. Es wird zunächst in einer Lage etwa 100 m vom Ankerplatz 1 entfernt gestoppt und dann so gesteuert, daß es etwa parallel zur Linie 6 liegt, die die Vorderflachen der Anlegepfähle 3 und 4 verbindet. Dann wird das Schiff durch einen Schlepper parallel /um Ankerplatz 1 an diesen herangezogen und schließlich mn Seilen an den Anlegepfählen 3 und 4 vertaut. Die Geschwindigkeit des Schiffes bei Annäherung an den Ankerplatz 1 muli genau gesteuert werden.Fig. I shows a mooring 1 with a pier 2 and Anlegep f Aehle 3.4. which are attached to Pier 2 at a distance from each other. Fin ship 5 is to be brought up to anchorage 1 alongside. It is first stopped in a position about 100 m away from anchorage 1 and then controlled so that it is approximately parallel to line 6 which connects the front surfaces of the mooring piles 3 and 4. Then the ship is pulled by a tug parallel to / around anchorage 1 and finally tied to mooring piles 3 and 4 with ropes. The speed of the ship when approaching the anchorage can be controlled with an accuracy of 1 mul.
Die vorgeschlagene Vorrichtung enthält Wandler 7,8 die an den Anleg'-pfählen 3 und 4 angebracht sind und Ultraschallwellen aussende und empfangen, die einen Festwinkcl von beispielsweise etwa 12 besitzt. Aiiswerieeinnehtungen 9, 10 sind mit den Wandlern 7,8 durch Koaxialkabc' II, 12 verbunden. Es ist außerdem eine Anzeigeeinrichtung 13 vorhanden, die das Meßre siilt.it anzeigt, weiterhin eine (mehl veranschaulichte) Funkverbindung, die das Meßresultat einem auf dem Schilf befindlichen Steuermann mitteilt.The proposed device includes transducers 7,8 which are attached to the mooring posts 3 and 4 and Transmit and receive ultrasonic waves that have a fixed angle of about 12, for example. Aiiswerieeinnehtungen 9, 10 are with the converters 7,8 connected by Koaxialkabc 'II, 12. It is also a display device 13 is present, which the Meßre siilt.it indicates still a (flour illustrated) Radio link that communicates the measurement result to a helmsman who is on the reeds.
Die Meßvorrichtung mißt die Zeit, die die von den Wandlern 7, 8 ausgesandten I Hlraschallimpulse benon gen. bis sie nach Reflexion am Schiff 5 wieder zurückkommen Anhand der gemessenen Zeil erhall man d.inn unter Berücksichtigung der bekannten Ausbreitiingsgeschwmdigkeil von Ultraschallwellen den Abstand /wischen icdem Wandler und dem Schiff. Zum Messen der Annaherungsgesuhwintligkeit wird das Zeitintervall der Emission der Ultrasehallimpulse genau definier^ und es wird die in jedem Zeitpunkt gemessene Entfernung von dem Meßwert der vorangegangenen Messung subtrahiert, womit man die Schiffsgcschwindigkeit erhält.The measuring device measures the time that the Transducers 7, 8 emitted I laser sound pulses benon until they are reflected on ship 5 again get back based on the measured line one d.inn taking into account the known propagation velocity of ultrasonic waves the distance between the transducer and the ship. To measure the approaching speed, the The time interval of the emission of the ultrasound pulses is precisely defined and the one measured at each point in time Distance subtracted from the reading of the previous measurement, which gives the ship's speed receives.
Nachstehend wird die Abslands- und Geschwindigkeitsmessung unter der Annahme erläutert, daß das Zeitintervall der Emission der Ullraschallimpulsc I see.The following is the offshore and speed measurement explained on the assumption that the time interval of emission of the ultrasonic pulse I see.
beträgt.amounts to.
Es sei angenommen, dall sich das Schiff 5 im Zeitpunkt 1=0 in einem Abstand L vum Pier entfernt befindet und sich dem Pier mit einer Geschwindigkeit V nähert, ferner, daß ein im Zeitpunkt ( = 0 ausgesandter Ultraschaliimpuls am Schiff 5 nach einer Zeit At\ eintrifft. Die Zeit At1 ist dann durch folgende Gleichung gegeben:It is assumed that the ship 5 is at a distance L from the pier at the time 1 = 0 and is approaching the pier at a speed V , furthermore that an ultrasonic pulse emitted at the time (= 0) at the ship 5 after a time At \ occurs. The time At 1 is then given by the following equation:
Ifi =Ifi =
L-VL-V CC.
IIIIII
Daraus ergibt sich:This results in:
U1 =U 1 =
C + VC + V
Hierbei ist Cdie Geschwindigkeit der Ultraschallwellen im Wasser. Demgemäß wird der im Zeitpunkt / = 0 emittierte Impuls nach einer Zeit 2 ^r1 vom Empfänger .'" aufgenommen: bezeichnet man den /u nessenden Abstand mit Lo, so besieht hierfür folgende Beziehung:Here, C is the speed of the ultrasonic waves in the water. Accordingly, the pulse emitted at the time / = 0 is picked up by the receiver after a time 2 ^ r 1.
L0 =L 0 =
C + V C + V
Nimmt man C= 1500 m/sec. und V= 0,15 m/sec. an. so beträgt die Differenz zwischen /. und Zugleich 0,01 'Vo.If one takes C = 1500 m / sec. and V = 0.15 m / sec. at. so the difference between /. and at the same time 0.01 'Vo.
Der Abstand L0, der von dem im Zeitpunkt i = 0 emittierten Impuls gemessen wird, ist LCV(C'+ V); der Abstand Li, der von dem im Zeitpunkt /= 1 emittierter Impuls gernessen wird, beträgt (L- W)CV(C + V). da der Abstand des Schiffes vom Pier im Zeitpunkt t = 1 gleich (I. - W;bcträgt.The distance L 0 measured from the pulse emitted at time i = 0 is LCV (C '+ V); the distance Li, which is measured by the pulse emitted at time / = 1, is (L- W) CV (C + V). since the distance between the ship and the pier at time t = 1 is equal to (I. - W; bct.
Hierbei entspricht W dem Weg den der Schall während eines Impulses zurücklegt.Here, W corresponds to the path that the sound travels during an impulse.
Die zu messende Geschwindigkeit ist daher durch folgende Gleichung als Differenz zwischen den Absländen ;n einer Sekunde gegeben:The speed to be measured is therefore given by the following equation as the difference between the Landing; given in a second:
V =V =
^ ι,■ / ι y ^ ι, ■ / ι y
^ l \' c ^ l \ ' c
Bei C= ! 500 m/sec. und V = P ■ '5 m/sec. liegt der -n Meßfehler in der C jrößenordnung von 0.01 %.If C =! 500 m / sec. and V = P ■ '5 m / sec. the measurement error is in the order of magnitude of 0.01%.
Fi g. 2 /eigl die Auswerfeinrichtung 9, die mit dem llltraschallwandler 7 verbunden ist. Elin Zeitgeber 21 erzeugt einen Taktimpuls in Abständen von einer Sekunde, ein Impulsgeber 22 erzeugt aufgrund des in Taklimpiilscs jede Sekunde einen elektrischen Sendeimpuls, durch den ein Ultraschaliimpuls vom Wandler 7 emittiert wird. Der sich im Wasser ausbreitende UltraschallimpiiK trifft auf den Körper des Schiffes 5 und wird dann 'um Wandler 7 reflektiert. Der ü empfangene Impuls wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen f-.mpfangsverstarker 23 verstärkt, wodurch sich ein Stopsignal für eine Torschaltung 24 ergibt Das .Sendesignal des Impulsgebers 22 wird über eine Verzögerungssehaltung 25 der Torschaltung 24 zugeführt und dient als deren Öffnungssignal.Fi g. 2 / Eigl the ejector 9, which is connected to the Llltraschallwandler 7 is connected. Elin Zeitgeber 21 generates a clock pulse at intervals of one second, a pulse generator 22 generates based on the in Taklimpiilscs an electrical transmission pulse every second, by means of which an ultrasonic pulse is emitted by the transducer 7. The one that spreads in the water Ultrasonic pulse hits the body of the ship 5 and is then reflected around transducer 7. The received pulse is converted into an electrical signal converted and by an f-.receiver amplifier 23 amplified, resulting in a stop signal for a Gate circuit 24 results in the .Send signal of the pulse generator 22 is via a delay circuit 25 of the Gate circuit 24 supplied and serves as the opening signal.
Der Wandler 7 ist gegenüber der Vorderkante des Anlegepfahles 3 um einen Absland dzurückgesetzt, da jedoch def zu messende Absland die Entfernung L zwischen def Vorderkante des Anlegepfahles 3 und dem Schiff 5 ist, dient die erwähnte Verzögerungsschallung 25 zur Kompensation der Zeit, die der UltraschalliniDuls für das Durchlaufen der Strecke d benotigt. Ist der Wandlei 7 wie bei dem dargestellten Ausführungsoei spiel gegenüber der Vorderkante des Anlegepfahles 3 um einen Abstand c/zurückgesetzt, so entfällt eine tote Zone, in der aufgrund der Sendeimpulsbreite keine Messungen vorgenommen werden können. Beschädigungen des Schiffes und/oder des Pieres durch eine Kollision können daher verhindert werden, indem die gesamte Zone vor der Vorderkante des Anlegepfahles 3 meßbar ist. The transducer 7 is set back by one distance d from the front edge of the mooring pole 3 , but since the distance L to be measured is the distance L between the front edge of the mooring pole 3 and the ship 5, the aforementioned delay sound 25 serves to compensate for the time that the ultrasonic pulse takes required for traversing the distance d. If the Wandlei 7 is set back by a distance c / from the front edge of the mooring pole 3, as in the illustrated Ausführungsoei, there is no dead zone in which no measurements can be made due to the transmission pulse width. Damage to the ship and / or the pier as a result of a collision can therefore be prevented in that the entire zone in front of the leading edge of the mooring pole 3 can be measured.
Ein Meßimpulsgenerator 26 erzeugt einen Impuls von z. B. 750 kHz. Sein Impulsintervall entspricht der Zeit, in der die Ultraschallwelle im Wasser 1 mm hin- und zurückläuft, d. h. die Ausbreitungs/eit der Ultraschallwelle im Wasser für eine Strecke von 2 mm. Nimmt man die Schall- bzw. Ultraschallgeschwmdigkeit im Wasser mit 1500m/sec. an, so ist die Zeit T, die für die Ultraschallwelle zur Ausbreitung um 2 mm erforderlich ist. durch folgende Gleichung gegeben:A measuring pulse generator 26 generates a pulse of z. E.g. 750 kHz. Its pulse interval corresponds to the time in which the ultrasonic wave travels 1 mm back and forth in the water, ie the propagation time of the ultrasonic wave in the water for a distance of 2 mm. If you take the sound or ultrasound speed in water at 1500m / sec. is the time T required for the ultrasonic wave to propagate by 2 mm. given by the following equation:
6565 T =T =
1 mm
1500 m see. 1 mm
1500 m lake.
2
1,52
1.5
1010
see.lake.
Die Frequenz der Ultraschalle eilen im Walser ist der obigen Zeit Fumgekehrt proportional, d. h.The frequency of the ultrasound rush in the Walser is that above time F inversely proportional, i.e. H.
"f χ K)" see. ' = 0.75 χ 10" Hz = 750 kHz"f χ K)" see. '= 0.75 χ 10 "Hz = 750 kHz
Wie oben dargelegt, wird die Torschaltung 24 durch einen von der Verzögerungsschah ung 25 abgegebenen Impuls geöffnet und durch den vom Verstarker 23 empfangenen Impuls geschlossen Die Torschaltung 24 läßt solange sie offen ist. die Impulse des Meßimpulsgenerators 26 durchlaufen. Die zu messende Entfernung zwischen dem Schiff und den Anlegepfählen kann daher digital durch Zählen der die Torschaltung 24 passierenden Impulse angezeigt werden. Zu diesem Zweck werden die die Torschaltung 24 durchlaufenden Impulse z. B. einem Dezimalzähler 27 zugeführt, der die Impulszählung vornimmt. Das Ausgangssignal des Zählers 27 wird einem Speicher 28 zugeführt, der seinen Wert eine Sekunde lang hält Das Ausgant'ssignal des Speichers 28 gelangt zu einer Anzeigeeinrichtung 29. die die gemessene Entfernung anzeigt.As stated above, the gate circuit 24 is opened by a pulse emitted by the delay circuit 25 and closed by the pulse received from the amplifier 23. The gate circuit 24 leaves as long as it is open. the pulses of the measuring pulse generator 26 pass through. The distance to be measured between the ship and the mooring piles can therefore be displayed digitally by counting the pulses passing through the gate circuit 24. For this purpose, the gate circuit 24 passing pulses z. B. fed to a decimal counter 27, which carries out the pulse count. The output signal of the counter 27 is supplied to a memory 28 which holds its value for a second Ausgan the t 'ssignal the memory 28 comes to a display device 29 which indicates the measured distance.
Die Geschwindigkeit des Schiffes bei Annäherung an den Ankerplatz wird in folgender Weise gemessen: Ein erster Impulszug, der die Torschaltung 24 durchlaufen hat, wird der Minus-Seite eines Zählers 30 zugeführt; gleichzeitig gelangt ein Signal vom Zeitgeber 21 zum Zähler 30 und stell! ihn zurück. Derselbe er .te Impulszug wird nach Durchlaufen der Torschaltung 24 jnd Zuführung zum Zähler 27 dem Zähler 30 zugeleitet, und zwar verschoben zu dessen Plus Seite, inden der Zähler 27 vom Zeitgeber 21 ein Signal erhälv Dann wird ein /weiter Impulszug nach Durchlaufen der Torschal tung 24 der Minus-Seite des Zählers 30 zugeführt und von dem Impulsz'ig subtrahiert, der zum Zähler 30 vom Zähler 27 gelangt. Das Subtraktionsresultat wird durch einen Speicher 31 einer Anzeigeeinrichtung 32 zugeführt, die den Meßwert zur Anzeige bringt. Die Schiffsgeschwindigkeit kann auf diese Weise kontinuierlich durch wiederholte Durchführung des obigen Vorganges ermitte'l und angezeigt werden.The speed of the ship as it approaches the anchorage is measured in the following way: On first pulse train which the gate circuit 24 traverses is fed to the minus side of a counter 30; at the same time, a signal from the timer 21 to the counter 30 and Stell! him back. The same he .te After passing through the gate circuit 24 and the feed to the counter 27, the pulse train is fed to the counter 30, namely shifted to the plus side, inden the counter 27 receives a signal from the timer 21 then a / further pulse train after passing through the gate scarf device 24 supplied to the minus side of the counter 30 and subtracted from the Impulsz'ig, the counter 30 from Counter 27 arrives. The subtraction result is fed through a memory 31 to a display device 32, which displays the measured value. The speed of the ship can be continuous in this way can be determined and displayed by repeating the above process.
Bei der Geschwindigkeitsanzeige können die Geschwindigkeiten eines sich dem Ankerplatz nähernden und eines sich entfernenden Schiffes durch Vorzeichen » + « bzw. »-« unterschieden werden. Die OenaniekpitThe speed display can show the speeds of someone approaching the anchorage and a departing ship can be distinguished by the prefix "+" or "-". The Oenaniekpit
der Geschwindigkeitsanzeige in der Größenordnung von cm/scc. kann dadurch erhöht werden, daß die Messung in der Größenordnung von I mm erfolgt. Die Meßeinrichtung )0 des Wandlers 8 hat den gleichen Aufbau wie die Meßeinrichtung 9.the speed display in the order of magnitude from cm / scc. can be increased by the fact that the Measurement on the order of 1 mm takes place. The measuring device) 0 of the converter 8 has the same Structure like the measuring device 9.
Die Ausgangssignale der Meßeinrichtung 9 und 10 werden einer elektrischen AnZcigcciririchUing 13 zugeführt, die den Absland des Schiffes vom Anlegeplatz und die Anlegcgeschwindigkcit anzeigt und die Meßrcsultate einem auf dem Schiff befindlichen Steuermann mitteilt. Die Mitteilung an den Steuermann kann auch durch Punk erfolgen.The output signals of the measuring devices 9 and 10 are fed to an electrical indicator 13 fed to the offshore of the ship from the berth and displays the berthing speed and the measurement results to one on the ship Helmsman notifies. The notification to the helmsman can also be done by punk.
Hierzu 2 13InIt ZeichnungenFor this purpose 2 13InIt drawings
Claims (4)
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Also Published As
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---|---|
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |