Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 20.12.1974 73067 K\. 42o,13/07 MKP GOls 9/44 P ZYTELNIA !'¦ -du P Twórcy wynalazku: Wienczyslaw Kon, Zenon Grzelak Uprawniony z patentu tymczasowego: Wyzsza Szkola Morska, Gdynia (Polska) Sposób pomiaru bezwzglednej predkosci statków i uklad pomiarowy do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru predkosci ruchu wzgledem ziemi statków morskich i rzecz¬ nych oraz ukladu pomiarowego do wykonywania pomiarów predkosci przy wykorzystaniu tego spo¬ sobu.Znany jest sposób pomiaru bezwzglednej pred¬ kosci statków, polegajacy na pomiarze róznic czestotliwosci fal ultradzwiekowych emitowanych i odebranych po odbiciu od elementów nierucho¬ mych, czyli na wykorzystywaniu zjawiska Dopplera w zakresie ultradzwiekowym. Ten sposób pomiaru wykazuje pewne niedogodnosci: wymaga stosowania zródel znacznej mocy, poniewaz przewazajaca czesc energii fali, odbijanej pod katem niekorzystnym, rozprasza sie bezuzytecznie; ponadto niejednorod¬ nosc srodowiska pod wzgledem temperatury i sto¬ pnia zasolenia powoduje nieoczekiwane zaklócenia predkosci rozchodzenia sie fal i tym samym bledy obnizajace wartosc tej metody pomiaru predkosci.Celem wynalazku jest ulatwienie i poprawa do¬ kladnosci wyznaczania bezwzglednej predkosci ruchu statku przy czym zadanie sprowadza sie do podania sposobu i srodków technicznych umozli¬ wiajacych jednoczesny pomiar z duza dokladnoscia zarówno odcinka drogi przebywanej przez statek, jak i interwalu czasu zuzytego na przebycie tego odcinka oraz do obliczenia ilorazu tych wartosci, który jest miara szukanej predkosci.Powyzsze zadanie zostalo pomyslnie rozwiazane dzieki wykorzystaniu spostrzezenia, ze dna akwe¬ nów, po których poruszaja sie statki zwykle nie sa plaskie, a elementy ich uksztaltowania mozna wykrywac, a nawet indentyfikowac przy pomocy znanych urzadzen sondujacych, stosowanych na duzych statkach w liczbie kilku, do celów nawi¬ gacyjnych, przy czym odleglosci miedzy prze¬ twornikami tych echosond sa stale, okreslone kon¬ strukcja statku. Jezeli te przetworniki promieniuja. pionowo i leza na linii równoleglej do kierunku ruchu statku, to porównujac ich echogramy mozna okreslic czas, w ciagu którego statek przesunal sie o odcinek drogi równy wzajemnej odleglosci mie¬ dzy przetwornikami nad szczególem uksztaltowania dna zidentyfikowanym w obu porównywanych echogramach. Znajomosc predkosci ruchu nosnika informacji, na którym zapisuje sie echogramy umozliwia wyliczenie szukanego czasu z zaleznosci D T •=— , gdzie: T oznacza szukany czas ruchu, k D oznacza liniowy wymiar przesuniecia nosnika informacji, a k — liniowa predkosc ruchu nosnika informacji.Wlaczajac znana wielkosc S, czyli dlugosc odcin¬ ka drogi, który statek przebyl w czasie T, równa od¬ leglosci miedzy przetwornikami echosond wylicza sie szukana predkosc ruchu statku z zaleznosci: S , S V= — «=k— • T D 3o Celem realizacji opisanej zasady pomiaru najko- 10 15 20 73 0673 73 067 4 rzystniej jest opóznic ciag informacji otrzymywa¬ nych z echosondy dziobowej statku o czas regulo¬ wany, lub nastawiany ~na taka wartosc T, przy jakiej synchronicznie odczytywane sygnaly: opóz¬ nione z echosondy dziobowej i nieopóznione z echo¬ sondy rufowej beda identyczne, a nastepnie zmie¬ rzyc przesuniecie D nosnika echogramu, odpowia¬ dajace opóznieniu T za pomoca miary wyskalo- wanej na podstawie wyzej podanej zaleznosci V (D) w jednostkach predkosci statku.Uklad do stosowania wynalezionego sposobu po¬ miaru bezwzglednej predkosci ruchu statków sklada sie z dwóch echosond, których przetworniki za¬ montowane sa w plaszczyznie pionowej, równole¬ glej do osi statku i w taki sposób, aby emitowaly fale w kierunku zasadniczo pionowym, z urzadze¬ nia do rejestracji i przechowywania echogramów, wyposazonego w mechanizm do zmiany wymiaru tej czesci nosnika informacji, która jest zawarta pomiedzy punktami: dokonywania zapisu i odczy¬ tywania przechowanej informacji, czyli do zmiany wartosci opóznienia sygnalu echosondy. Uklad za¬ wiera ponadto urzadzenia do porównywania in¬ formacji dostarczanych przez dwa kanaly, do wskazywania wartosci mierzonej predkosci i gene¬ rator taktu zapewniajacy stalosc szybkosci ruchu nosnika zapisu i synchronizm pracy nadajników obu wymienionych echosond. Wymienione czesci skladowe ukladu sa pomiedzy soba polaczone srod¬ kami przenoszenia informacji, najkorzystniej prze¬ wodami elektrycznymi, w nastepujacy sposób: od¬ biornik echosondy dziobowej statku jest polaczony z organem zapisujacym urzadzenia do rejestracji i przechowywania informacji; organ odczytujacy tegoz urzadzenia jest polaczony z jednym z wejsc urzadzenia do porównywania informacji, a odbior¬ nik echosondy rufowej jest polaczony z drugim wejsciem urzadzenia do porównywania informacji.Generator taktu jest polaczony z nadajnikami obu echosond, a takze z ukladem napedowym transpor¬ tera nosnika informacji w urzadzeniu rejestruja¬ cym, natomiast mechanizm do zmiany wartosci opóznienia sygnalów echosondy jest sprzezony, naj¬ korzystniej za posrednictwem przetwornika mecha- no-elektrycznego i przewodów elektrycznych, z urzadzeniem do wskazywania mierzonej wartosci.Urzadzenie do porównywania informacji, zaleznie od rodzaju tego urzadzenia, albo sygnalizuje stan synchronizmu optycznie lub akustycznie, albo tez jest polaczone z którymkolwiek z elementów toru przenoszacego informacje z mechanizmu zmienia¬ jacego wartosc opóznienia do urzadzenia wskazu¬ jacego mierzona wartosc predkosci, dzieki czemu tor ten moze byc zablokowany w czasie trwania operacji nastawiania opóznienia, co uniemozliwia odczytanie wskazan falszywych.Opisany sposób i uklad wedlug wynalazku umo¬ zliwiaja szybkie dokonanie pomiaru bezwzglednej predkosci statku, co ma duze znaczenie dla bez¬ pieczenstwa zeglugi po plytkich wodach, przy czym przez prosta zmiane szybkosci posuwu nosnika in¬ formacji w urzadzeniu rejestrujacym mozna w sze¬ rokich granicach zmieniac zakres pomiarowy, a za¬ angazowane do pomiaru echosondy moga byc rów¬ noczesnie wykorzystywane do innych celów.Wynalazek zostanie ponizej objasniony na dwóch przykladach wykonania, przedstawionych na rysun¬ kach, z których fig. 1 przedstawia schemat ideowy 5 ukladu do pomiaru bezwzglednej predkosci statku opisany w przykladzie pierwszym, a fig. 2 — sche¬ mat ideowy odmiany ukladu, opisanej w przykla¬ dzie drugim.Przyklad I. Jak uwidoczniono na fig. 1, io w ukladzie wedlug wynalazku znajduja sie dwie echosondy pracujace impulsowo, z których jedna, echosonda dziobowa 1 ma przetwornik nadawczo- odbiorczy zamontowany w dnie kadluba statku w poblizu jego dziobu, a druga, echosonda rufo¬ wa 2 ma przetwornik w poblizu rufy statku. Oba przetworniki promieniuja fale ultradzwiekowe w kierunku pionowym. Nadajniki obu echosond sa polaczone z jednym generatorem taktu 3, który ma trzy rózne wyjscia i mozliwosc nastawiania sto¬ sunku fazowego napiec elektrycznych dostarczanych do obu echosond jako impulsy synchronizujace pra¬ ce ich nadajników. Trzecie wyjscie generatora tak¬ tu 3 dostarcza napiecie sinusoidalne o czestotliwo¬ sci stabilnej i pozostajacej w stalym stosunku do czestotliwosci omówionych impulsów synchronizu¬ jacych. Urzadzenie do rejestracji i przechowywania informacji stanowi dysk magnetyczny 4 ulozysko¬ wany obrotowo, napedzany silnikiem synchronicz¬ nym 5 i zespól trzech glowic: zapisujacej 6, odczy¬ tujacej 7, i kasujacej, która nie zostala na fig. 1 przedstawiona. Glowica odczytujaca 7 jest zamon¬ towana na obrotowym ramieniu 8, ulozyskowanym wspólosiowo z dyskiem magnetycznym 4, ale poru¬ szajacym sie niezaleznie od obrotu dysku. W kaz¬ dym polozeniu ramienia 8 glowica odczytujaca 7 pozostaje w magnetycznym kontakcie z powierzch¬ nia dysku 4 w stalej odleglosci od srodka obrotu, takiej samej, jak pozostale dwie glowice. Obroto¬ we ramie 8 jest sprzezone przez, nieuwidoczniony, uklad kól zebatych z wieloobrotowym potencjo¬ metrem 9, który wraz ze zródlem stabilizowanego napiecia stalego 10, stanowi przetwornik mechano- elektryczny, przetwarzajacy informacje zawarta we wzglednym polozeniu geometrycznym glowic: od¬ czytujacej 7 i zapisujacej 6 w forme analogowego sygnalu elektrycznego. Zespól wymienionych kól zebatych zostal dodatkowo wykorzystany, jako przekladnia demultiplikacyjna do recznego nasta¬ wiania ramienia 8. Jako urzadzenie do porówny¬ wania informacji zostal zastosowany elektroniczny uklad iloczynu logicznego 11, do którego dwu wejsc doprowadza sie: sygnaly nieopóznione z od¬ biornika echosondy rufowej 2 i sygnaly z odbior¬ nika echosondy dziobowej 1 przez glowice zapisu¬ jaca 6, dysk magnetyczny 4 i glowice odczytujaca 7. Wyjscie iloczynu logicznego 11 przez uklad bram¬ kowy 12 jest polaczone ze wzmacniaczem opera¬ cyjnym 13, przez który sygnal analogowy wartosci mierzonej z przetwornika 9, 10 jest doprowadzany do woltomierza, stanowiacego wskaznik 14 mierzo¬ nej predkosci statku.Zgodnie z wynalezionym sposobem pomiaru syg¬ naly obu echosond 1 i 2 docieraja do urzadzenia porównujacego synchronicznie tylko wtedy, gdy 20 25 30 35 40 45 53 55 6073 067 5 6 opóznienie sygnalu echosondy dziobowej 1 nasta¬ wione za pomoca obrotowego ramienia 8, jest równe czasowi przesuniecia sie statku o odcinek drogi równy odleglosci miedzy przetwornikami. Wtedy takze niezerowy sygnal wyjsciowy iloczynu 11 wyz¬ wala bramke w ukladzie bramkowym 12, a ta bramka odblokuje, na czas nieco krótszy od okresu powtarzania nadajników echosond, wzmacniacz operacyjny 13, przez który do wskaznika 14 dotrze sygnal analogowy z przetwornika 9, 10. Wartosc chwilowa tego sygnalu analogowego jest scisle za¬ lezna od nastawionego polozenia ramienia obroto¬ wego 8, czyli od opóznienia sygnalu echosondy dziobowej 1 wzgledem sygnalu echosondy rufowej 2, a wiec, jak wyzej wykazano — od bezwzglednej predkosci ruchu statku. Skala woltomierza 14 jest wycechowana w jednostkach predkosci, w wezlach.Przyklad II. Podobnie, jak w przykladzie, pierwszym, takze odmiana praktycznego wykonania przedmiotu wynalazku, przedstawiona na fig. 2 skla¬ da sie z dwóch echosond 1 i 2, z generatora taktu 3 i z urzadzenia do rejestracji i przechowywania informacji zawierajacego obrotowy dysk magne¬ tyczny 4, napedzany silnikiem synchronicznym 5, glowice zapisujaca 6 i glowice odczytujaca 7, za¬ montowana na obrotowym ramieniu 8. Urzadzeniem porównujacym sygnaly dwóch echosond jest w tym wykonaniu dwustrumieniowy oscyloskop 15, którego podstawa czasu jest wyzwalana impulsami syn¬ chronizujacymi z generatora taktu 3. Do dwu wejsc oscyloskopu sa doprowadzone odpowiednio: sygnaly nieopóznione z echosondy rufowej 2 i sygnaly opóznione z glowicy odczytujacej 7. Urzadzenie wskazujace mierzona predkosc statku stanowi wskazówka 16, sprzezona z obrotowym ramieniem 8 za pomoca ukladu kól zebatych, nie uwidocznio¬ nych na fig. 2, oraz podzialka umieszczona na nie¬ ruchomej czesci urzadzenia do rejestracji, wyce¬ chowana w jednostkach predkosci.W tym wykonaniu ukladu do pomiaru predkosci operator, nastawiajac polozenie ramienia 8, za po¬ srednictwem przekladni demultiplikacyjnej, obser¬ wuje ruchy znaczników na obu liniach podstawy czasu na ekranie oscyloskopu 15, a po uzyskaniu synchronizmu tych ruchów odczytuje wartosc predkosci wskazana przez wskazówke 16.Mozliwe sa takze inne warianty praktycznej realizacji ukladu wedlug wynalazku, na przyklad zastapienie dysku magnetycznego — tasma magne¬ tyczna, biegnaca po obwodzie zamknietym, lub kombinacja czesci ukladu opisanego powyzej w przykladzie I z czescia ukladu opisanego w przy¬ kladzie II, zwlaszcza, ze analogowa forma sygnalu wyjsciowego nadaje sie do reprodukcji wskazania predkosci w kilku odleglych punktach, a nasta¬ wianie opóznienia przy obserwacji oscyloskopu okazalo sie subiektywnie bardziej dogodne. PL