Измеритель уровня качки подводного или надводного объекта в море

 

Измеритель уровня качки подводного или надводного объекта в море содержит фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта, включающий в себя когерентный источник света и фотоприемник, а также усилитель и регистратор. Также в него дополнительно введены датчик периода качки, счетчик числа периодов качки, синхронизирующее устройство и импульсный счетчик, а в фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта дополнительно введены две волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником в интерферометр, при этом первая катушка расположена внутри подводного или надводного объекта, а вторая закреплена на подводной части объекта снаружи его обшивки. Технический результат - повышение чувствительности и точности измерения уровня качки подводного или надводного объекта. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения углов наклона объектов и может быть использовано для контроля уровня качки подводных или надводных плавсредств.

Известно устройство [1] аналогичного назначения, которое может быть использовано для решения поставленной задачи, принятое за прототип.

Прототип содержит фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта, включающий в себя источник света и фотоприемник, а также усилитель и регистратор.

Недостатком известного устройства является его низкая чувствительность и невысокая точность при измерении уровня качки подводного или надводного объекта под действием поверхностных или внутренних морских волн.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение чувствительности и точности измерения уровня качки подводного или надводного объекта.

Поставленный технический результат достигают за счет того, что в известный измеритель уровня качки подводного или надводного объекта в море, содержащий фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта, включающий в себя источник света и фотоприемник, а также усилитель и регистратор, дополнительно вводят датчик периода качки, счетчик числа периодов качки, синхронизирующее устройство и импульсный счетчик, а в фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта дополнительно вводят две волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником в интерферометр, при этом первая волоконная катушка расположена внутри подводного или надводного объекта, а вторая - закреплена на подводной части объекта снаружи его обшивки, источник света выполнен когерентным, а выход фотоприемника подключен ко входу усилителя, соединенного выходом с первым входом импульсного счетчика, а выход датчика периода качки соединен со счетчиком числа периодов качки и со входом синхронизирующего устройства, выходы которых подключены соответственно ко вторым и синхронизирующим входам импульсного счетчика, подключенного выходом к регистратору.

Вторая волоконная катушка интерферометра расположена слева или справа от киля подводного или надводного объекта.

В другом варианте вторая волоконная катушка интерферометра расположена на киле кормовой или носовой части подводного или надводного объекта.

А датчик периода качки располагают на обшивке внутри объекта напротив второй волоконной катушки интерферометра.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена оптическая схема измерителя уровня качки, на фиг.2 - электронная блок-схема, а на фиг.3 - примеры расположения элементов измерителя на надводном объекте.

Измеритель уровня качки подводного или надводного объекта содержит фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта, включающий в себя источник 1 когерентного света и фотоприемник 2, оптически согласованные с волоконными катушками 3, 4 в интерферометр, например Цендера-Маха (фиг.1).

Волоконная катушка 3 располагается внутри объекта, т.е. изолирована от морской среды, и условно называется опорной волоконной катушкой интерферометра.

Волоконная катушка 4 контактирует с морской средой, т.е. расположена снаружи обшивки корпуса Б объекта и условно называется предметной или сигнальной волоконной катушкой интерферометра.

Электронная блок-схема (фиг.2) измерителя включает в себя усилитель 5, подключенный входом к выходу фотоприемника 2, а выходом - к первому входу импульсного счетчика 6. Имеется также датчик 7 периода качки, выход которого подключен к счетчику 8 числа периодов, выходы которого соединены со вторым входом импульсного счетчика 6 и со входом синхронизирующего устройства, подключенного выходом к синхронизирующему входу импульсного счетчика 6, выход которого соединен с регистратором 10, выполненного, например, в виде частотомера, проградуированного преимущественно в единицах смещения подводного или надводного объекта от положения равновесия.

Блоки 5...10 особенностей не имеют.

Датчик 7 периода качки может быть выполнен в виде цилиндрической капсулы с двумя парами электрических контактов на ее торцах Внутри капсулы располагают металлический шарик, смещающийся к тому или другому торцу и замыкающий контакты синхронно с наклоном объекта. Возможны и другие известные выполнения датчика 7 периода качки.

Выполнение блоков 6, 8, 9 также известно из научной литературы.

Согласно дополнительных пунктов формулы изобретения сигнальная волоконная катушка 4 может быть расположена слева или справа от киля 11 (фиг.3) объекта 12 (в данном случае надводного).

В другом варианте сигнальная волоконная катушка 4 может быть расположена на киле 11 кормовой или носовой части объекта 12 (фиг.3, справа).

Датчик 7 периода качки располагают на обшивке внутри объекта 12, напротив сигнальной волоконной катушки 4 интерферометра, представленного на фиг.1.

Измеритель уровня качки работает следующим образом.

При наклоне надводного или подводного объекта 12 под действием поверхностных или внутренних волн сигнальная волоконная катушка 4 интерферометра совершает колебательные движения относительно морской поверхности 13 (фиг.3) (как правило, по гармоническому закону).

При этом изменяется гидростатическое давление, воздействующее на сигнальную волоконную катушку 4, что в свою очередь приводит к периодическому изменению разности фаз и частоты между интерферирующими лучами на входе фотоприемника 2.

Сигнал с выхода фотоприемника 2 в виде последовательности импульсов после усиления в усилителе 5 направляется на импульсный счетчик 6, работающий в режиме пуска и остановки счета внешними импульсами.

Сигналы пуска и остановки подаются от синхронизирующего устройства 9, запускающегося от прямоугольных импульсов датчика 7 периода качки.

Таким образом, импульсный счетчик 6 считает среднее количество импульсов в периоде колебания объекта, пропорциональное амплитуде наклона последнего. Регистратор 10, проградуированный, например, в единицах смещения объекта 12 от положения равновесия, будет показывать уровень качки объекта за заранее заданную временную реализацию, за которую влияние поверхностных волн сведется к нулю.

Для случая, представленного на фиг.3, слева, измеритель контролирует боковой уровень качки объекта, а для случая, представленного на фиг.3, справа, - продольный уровень качки объекта.

Число витков на волоконных катушках 3, 4 (т.е. длины сигнального и опорного волокон) выбирают таким, чтобы количество импульсов за каждые полпериода качки, поступающие на импульсный счетчик, было достаточным для их подсчета с требуемой точностью измерений.

Например, если количество импульсов на выходе интерферометра будет порядка сотни, то погрешность измерения уровня качки не превысит 1%.

Изменения средних гидрофизических параметров водной среды не будет влиять на результаты измерений, поскольку период их изменения будет намного порядков больше периода качки объекта.

Влияния мелкомасштабной турбулентности гидрофизических параметров на результаты измерений также можно избежать, поскольку при подсчете числа импульсов за множество периодов с последующим делением полученного значения числа импульсов на число периодов происходит своеобразная временная фильтрация полезного сигнала из гидрофизических помех.

Таким образом, повышаются чувствительность и точность измерений уровня качки подводного или надводного объектов, т.е. достигается поставленный технический результат.

Источник информации 1. Авторское свидетельство СССР 1332145, кл. G 01 C 9/06, 1987 - прототип.

Формула изобретения

1. Измеритель уровня качки подводного или надводного объекта в море, содержащий фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта, включающий в себя источник света и фотоприемник, а также усилитель и регистратор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик периода качки, счетчик числа периодов качки, синхронизирующее устройство и импульсный счетчик, а в фотоэлектрический преобразователь углов наклона объекта дополнительно введены две волоконные катушки, оптически согласованные с источником света и фотоприемником в интерферометр, при этом первая волоконная катушка расположена внутри подводного или надводного объекта, а вторая - закреплена на подводной части объекта снаружи его обшивки, источник света выполнен когерентным, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя, соединенного выходом с первым входом импульсного счетчика, выход датчика периода качки соединен со счетчиком числа периодов качки и со входом синхронизирующего устройства, выходы которых подключены соответственно ко второму и синхронизирующему входам импульсного счетчика, соединенного выходом с регистратором.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что вторая волоконная катушка интерферометра расположена слева или справа от киля надводного или подводного объекта.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что вторая волоконная катушка интерферометра расположена на киле кормовой или носовой части подводного или надводного объекта.

4. Измеритель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что датчик периода качки расположен на обшивки внутри объекта напротив второй волоконной катушки интерферометра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3