Устройство для распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя

Авторы патента:

G01P5/08 - путем измерения изменений электрической величины, непосредственно зависящей от потока

Владельцы патента RU 2411521:

Закрытое акционерное общество "Гранит-7" (RU)

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей. Сущность: устройство содержит четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, блок вычисления, полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения, пороговый блок, блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления. Преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя. Корпус носителя в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя. При этом преобразователи расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости кругового цилиндра. Блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора. Технический результат: повышение эффективности обнаружения турбулентных аномалий в морской среде с возможностью распознавания типа аномалий. 6 ил.

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии, при исследовании океана в интересах судоходства, в том числе при добыче полезных ископаемых на шельфе, для определения техногенного влияния хозяйственной деятельности и военно-морского флота на загрязнения гидросферы, и при решении других прикладных задач, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды.

Устройство предназначено для непрерывного распознавания аномалий водной среды с движущегося судна или обитаемого подводного аппарата.

Аномалия водной среды представляет собой область водного пространства, где статистические характеристики полей моря значимо отличаются от фоновых значений.

Для решения задачи распознавания аномалий в морской среде необходимо иметь высокочувствительный преобразователь скорости в электрический сигнал. Одной из причин, препятствующих созданию устройств для распознавания турбулентных аномалий в морской среде, является чувствительность преобразователя скорости к паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций и неравномерного движения преобразователя, установленного на подвижном носителе.

Известно устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде [1], которое содержит первый преобразователь скорости в электрический сигнал, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, идентичные первому преобразователю скорости в электрический сигнал, расположенные на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а также вычислительный блок. При этом входы упомянутого вычислительного блока с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно его выход соединен со входом полосового фильтра, а выход порогового блока является выходом устройства.

Недостатком устройства [1] является его недостаточная чувствительность при обнаружении в морской среде турбулентных пятен с нужным уровнем энергии турбулентности в условиях вибрационных помех. Другой существенный недостаток устройства [1] состоит в том, что оно позволяет только обнаруживать турбулентные аномалии, но не обеспечивает их классификацию на аномалии естественного и техногенного происхождения. Кроме того эффективность обнаружения аномалий зависит от скорости движения носителя, т.к. при разных скоростях движения носителя время нахождения преобразователей скорости в аномалии различно, что приводит к трансформации спектра сигналов на выходах преобразователей (расширению или сужению в зависимости от скорости носителя). В результате полоса пропускания фильтра и постоянная времени усреднения блока усреднения оказываются не согласованными с шириной спектра сигнала и временем пересечки аномалии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде [2].

Для обнаружения турбулентных аномалий в морской среде устройство [2] содержит расположенные на одной прямой линии идентичные первый, второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал, последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а выход является выходом устройства, а также блок вычисления функции

где U - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, В;

К - масштабный коэффициент;

U₁, U₂, U₃ и U₄ - напряжения на первом, втором, третьем и четвертом входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, В;

R₁₂, R₁₃, R₁₄ - расстояния между первым и вторым, первым и третьим, первым и четвертым преобразователями скорости в электрический сигнал соответственно,

при этом второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал расположены по одну сторону от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, расстояния между первым и вторым, первым и третьим, первым и четвертым преобразователями скорости в электрический сигнал удовлетворяют условиям R₁₂>R₁₃>R₁₄ входы упомянутого блока вычисления функции с первого по четвертый соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по четвертый соответственно, а выход упомянутого блока вычисления функции соединен с входом полосового фильтра.

Однако, как и устройство [1], устройство [2] не позволяет классифицировать аномалии на аномалии естественного и техногенного происхождения. На эффективность обнаружения аномалий влияет скорость движения носителя. Кроме того, устройство [2] обладает конструктивным ограничением на расположение преобразователей на одной прямой, при котором обеспечивается требуемая высокая чувствительность. Это существенно усложняет встраиваемость преобразователей в реальные обводы носителя аппаратуры. Становится практически невозможной установка преобразователей на носителе, корпус которого имеет обтекаемую форму.

Задачей изобретения является повышение эффективности обнаружения турбулентных аномалий в морской среде с возможностью распознавания типа аномалий.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя, содержащее четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, соединенных с соответствующими входами блока вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, введены блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления, входом которого является вход сигнала скорости носителя, передаваемого через первый выход блока управления на адресный вход блока постоянной памяти, соответствующие выходы которого подключены к входу регулировки полосы пропускания полосового фильтра и входу регулировки постоянной времени блока усреднения, второй выход блока управления соединен с входами записи блока вычисления, полосового фильтра и блока усреднения, тактовые входы полосового фильтра и блока усреднения соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, пятый выход которого соединен с входом записи блока формирования порога, а шестой - с тактовым входом блока классификации аномалий, информационный вход которого и информационный вход блока формирования порогового уровня соединены с выходом блока усреднения, выход блока формирования порогового уровня соединен с входом записи порогового блока, выход которого подключен к входу записи блока классификации аномалий, а входы-выходы синхронизации преобразователей скорости в электрический сигнал соединены между собой, кроме этого преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя, при этом преобразователи скорости в электрический сигнал расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор средней скорости движения носителя, а на выходе блока вычисления формируется обобщенный сигнал U системы преобразователей скорости в электрический сигнал, который определяется зависимостью

где U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения на выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей скорости;

φ₁ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через первый преобразователь скорости, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему четвертый преобразователь скорости;

φ₂ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через второй преобразователь, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему третий преобразователь 3, кроме этого, блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора, при этом входы первого и второго элементов сравнения, объединенных между собой, образуют информационный вход блока классификации аномалий, выход «меньше» первого элемента сравнения и выход «больше» второго элемента сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра сдвига соединены с выходом RS-триггера, первый вход которого образует вход записи блока классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра сдвига, вход записи которого, соединенный с входом записи первого D-триггера и входом первого элемента задержки, образует тактовый вход блока классификации аномалий, информационный вход первого D-триггера соединен с выходом трехвходового элемента И, а выход - с информационным входом второго регистра сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента задержки, который через второй элемент задержки соединен с входом записи второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра сдвига, выход второго D-триггера соединен с входом первого инвертора блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды и резисторы (R1, R2) соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов, выходы которых образуют выход блока классификации аномалий, являющийся выходом устройства для распознавания аномалий.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - структурно-функциональная схема устройства;

на фиг.2 - схема, поясняющая взаимное расположение преобразователей скорости;

на фиг.3 - структурно-функциональная схема преобразователя скорости в электрический сигнал;

на фиг.4 - структурно-функциональная схема блока управления;

на фиг.5 - функциональная схема блока классификации аномалий;

на фиг.6 - временная диаграмма работы устройства управления.

На фиг.1 структурно-функциональной схемы устройства для распознавания аномалий приняты следующие обозначения:

1, 2, 3, 4 - первый, второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал (далее по тексту - преобразователь скорости), структурная схема которых представлена на фиг.3,

5 - блок вычисления,

6 - полосовой фильтр,

7 - квадратор,

8 - блок усреднения,

9 - блок управления, структурная схема которого представлена на фиг.4,

10 - блок памяти,

11 - пороговый блок,

12 - блок классификации аномалий, структурная схема которого представлена на фиг.5,

13 - блок формирования порогового уровня,

14 - вход сигнала скорости носителя,

15 - выход устройства.

Согласно фиг.1 входы синхронизации преобразователей 1-4 скорости в электрический сигнал соединены между собой, а их выходы подключены к соответствующим входам блока 5 вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр 6, квадратор 7 и блок 8 усреднения. К выходу блока 8 усреднения подключены информационные входы блока 12 классификации аномалий, порогового блока 11 и блока 13 формирования порогового уровня, выход которого соединен с входом записи порогового блока 11, выход которого соединен с входом записи блока 12 классификации аномалий.

Вход блока 9 управления образует вход 14 устройства для распознавания аномалий по сигналу скорости движения носителя, который через первый выход блока 9 управления передается на вход блока 10 постоянной памяти. Первый и второй выходы блока 10 постоянной памяти соединены соответственно с входом регулировки полосы пропускания полосового фильтра 6 и входом регулировки постоянной времени блока 8 усреднения, тактовые входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока 9 управления, а входы записи, соединенные с тактовым входом блока 5 вычисления, подключены ко второму выходу блока 9 управления. Пятый и шестой выходы блока 9 управления подключены соответственно к управляющему входу блока 13 формирования порогового уровня и к тактовому входу блока 12 классификации аномалий, выход которого образует выход 15 устройства для распознавания аномалий.

Преобразователи 1-4 скорости размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который имеет в области расположения преобразователей форму кругового цилиндра с образующей, ориентированной перпендикулярно направлению движения носителя (см. фиг.2). При этом все преобразователи располагаются по дуге окружности в одной плоскости, которая является плоскостью поперечного сечения кругового цилиндра, и регистрируют касательную скорость течения в месте своего расположения. Кроме этого, преобразователи 2, 1, и преобразователи 3, 4 расположены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор V средней скорости движения носителя.

Для повышения точности измерений каждый из преобразователей 1 - 4 содержит чувствительный элемент (датчик скорости) 16, выходной сигнал которого оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 17, выход которого соединен с микроконтроллером 18. Тактовые входы-выходы микроконтроллеров преобразователей 1-4 соединены между собой, а выходы микроконтроллеров образуют выходы преобразователей 1-4.

Блок 5 вычислителя, выполненный на основе микропроцессорного блока, производит объединение сигналов преобразователей в соответствии с зависимостью (2), что обеспечивает нечувствительность выходного сигнала U системы преобразователей к вибрациям и неравномерности хода носителя. Компенсация указанных помех основана на использовании физических свойств поля скорости течения на поверхности цилиндрического тела при его движении в жидкости.

Полосовой фильтр 6 выполнен с возможностью регулировки полосы пропускания и может быть выполнен по одной из известных схем, реализующих принцип цифровой фильтрации сигналов [3, 4]. Входом перестройки полосы пропускания фильтра является вход регистра, в который по сигналу записи записываются значения коэффициентов из блока 10 памяти, определяющих полосу пропускания, соответствующую текущей скорости носителя.

Блок 8 усреднения представляет собой сглаживающее цифровое устройство, работающее, например, в соответствии с разностным уравнением первого порядка:

где α - коэффициент, определяющий постоянную времени усреднения τ=1/α (секунд); x_n - сигнал на входе блока 8; y_n - сигнал на выходе блока 8.

В соответствии с зависимостью (3) блок 8 усреднения представляет собой простейшее вычислительное устройство, состоящее из умножителей, сумматора и элемента задержки на один период тактовой частоты.

Блок 9 управления выполнен в соответствии со схемой, представленной на фиг.4, на которой обозначены:

19 - регистр,

20 - генератор тактовых импульсов,

21 - счетчик,

22 - 29 - дешифраторы,

30 - 34 - триггеры.

Согласно фиг.4 входом 14 блока 9 управления является вход регистра 19, выход которого образует первый выход блока 9 управления, а вход синхронизации соединен с выходом дешифратора 23. Входы дешифраторов 22-29 соединены с выходами счетчика 21, вход синхронизации (счетный вход) которого соединен с выходом генератора 20 тактовых импульсов, а вход сброса соединен с выходом дешифратора 22.

Выход дешифратора 24 соединен с S-входом триггера 30, R-вход которого и S-вход триггера 31 соединены с выходом дешифратора 25. Выход дешифратора 26 соединен с R-входом триггера 31 и S-входом триггера 32, R-вход которого и S-вход триггера 33 соединены с выходом дешифратора 27. Выход дешифратора 28 соединен с R-входом триггера 33 и с S-входом триггера 34, R-вход которого соединен с выходом дешифратора 29.

Выходы триггеров 30-34 образуют выходы со второго по шестой блока 9 управления.

Блок 12 классификации аномалий выполнен в соответствии со схемой по фиг.5, на которой обозначены:

35, 36 - первый и второй элементы сравнения,

37 - трехвходовый элемент И,

38 - РS-триггер,

39 - первый D-триггер,

40 - второй регистр сдвига,

41 - постоянное запоминающее устройство,

42, 43 - первый и второй элементы задержки,

44 - второй D-триггер,

45 - первый регистр сдвига,

46 - блок индикации,

47 - 50 - инверторы с первого по четвертый, соответственно,

R1, R2 - резисторы,

D1, D2 - светодиоды.

Согласно фиг.5 входы первого и второго элементов 35, 36 сравнения, объединенных между собой, образуют информационный (первый) вход блока 12 классификации аномалий. Выход «меньше» первого элемента 35 сравнения и выход «больше» второго элемента 36 сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И 37, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра 45 сдвига соединены с выходом RS-триггера 38, первый вход (S-вход) которого образует вход записи блока 12 классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра 45 сдвига.

Вход записи первого регистра 45 сдвига, соединенный с входом записи первого D-триггера 39 и входом первого элемента 42 задержки, образует тактовый вход блока 12 классификации аномалий.

Информационный вход первого D-триггера 39 соединен с выходом трехвходового элемента И 37, а выход - с информационным входом второго регистра 40 сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента 42 задержки, который через второй элемент 43 задержки соединен с входом записи второго D-триггера 44, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства 41, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра 41 сдвига.

Выход второго D-триггера 44 соединен с входом первого инвертора 47 блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды (D1, D2) и резисторы (R1, R2) соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов 49, 50, выходы которых образуют выход блока 12 классификации аномалий и выход 15 устройства для распознавания аномалий.

На фиг.6 временных диаграмм работы блока 9 управления обозначены:

51 - сигнал записи в регистр 19 с выхода дешифратора 23;

52 - значение кода скорости носителя на выходе регистра 19 (первом выходе) блока 9 управления:

53 - сигнал записи в полосовой фильтр 6 и блок 8 усреднения, формируемый на выходе триггера 30 (втором выходе блока 9 управления);

54 - тактовые импульсы на выходе триггера 31 (третьем выходе блока 9 управления);

55 - тактовые импульсы на выходе триггера 32 (четвертом выходе блока 9 управления);

56 - сигнал записи в блок 13 формирования порогового уровня, формируемый на выходе триггера 33 (пятом выходе блока 9 управления);

57 - тактовые импульсы на выходе триггера 34 (шестом выходе блока 9 управления).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Управление работой устройства обеспечивается блоком 9 управления.

Носитель, например надводный корабль, или обитаемый подводный аппарат, осуществляет перемещение в исследуемой акватории преобразователей 1-4 скорости в электрический сигнал.

В преобразователях 1-4 (фиг.1) сигналы от датчиков 16 скорости оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями 17, управляемыми микроконтроллерами 18. Работа преобразователей синхронизирована линией тактовой синхронизации. Вся обработка информации в предлагаемом устройстве производится в цифровой форме.

Выходные сигналы преобразователей 1-4 поступают в блок 5 вычислителя, где производится обработка информационных сигналов по формуле (2). После обработки в блоке 5 сигнал, свободный от вибрационных помех, фильтруется, возводится в квадрат и усредняется блоками 6, 7, 8. Сигнал, пропорциональный энергии турбулентных пульсаций, поступает на первый вход блока 12 классификации аномалий, а также на информационные входы порогового блока 11 и блока 13 формирования порогового уровня.

В блоке 13 производится адаптивное формирование порога в зависимости от статистических характеристик турбулентных пульсаций естественного фона для данного района по правилу

где m_а и σ_a - математическое ожидание и среднее квадратическое значение сигнала на выходе блока 8 усреднения;

K₁ и K₂ - коэффициенты, значения которых зависят от акватории.

При превышении адаптивного порога на выходе порогового блока 11 появляется сигнал, свидетельствующий о наличии аномалии в исследуемой морской среде. В блоке 12 производится классификация аномалий на аномалии естественного и техногенного происхождения. При выделении аномалии техногенного или естественного происхождения в блоке 12 загорается световая индикация и на его (выходе 15 устройства для распознавания аномалий) появляется сигнал в виде двухразрядного числа, значения которого соответствуют виду выделенной аномалии.

В предлагаемом устройстве для повышения эффективности выделения аномалий производится перестройка полосы пропускания полосового цифрового фильтра 6 и постоянной времени блока 8 усреднения в зависимости от скорости движения носителя. Цифровой сигнал скорости носителя поступает на вход 14 предлагаемого устройства, записывается в регистр 19 блока управления 9, оттуда поступает с первого выхода блока управления 9 на адресный вход блока 10 постоянной памяти. В ячейках блока 10 памяти хранятся значения коэффициентов полосового фильтра 6 и блока 8 усреднения, определяющие ширину полосы пропускания полосового фильтра 6 и постоянную времени усреднения блока 8. Значение кода скорости, поступающего из блока 9 управления, является адресом блока постоянной памяти. Значения коэффициентов, записанные в соответствующую адресную ячейку блока 10 постоянной памяти, с выходов разрядов постоянной памяти по сигналу записи, поступающему со второго выхода блока 9 управления, записываются в регистры коэффициентов полосового фильтра 6 и блока усреднения 8. Этот же управляющий сигнал является тактовым сигналом, определяющим моменты записи информации от преобразователей 1-4 в блок 5 вычислителя.

Принцип формирования управляющих сигналов блоком 12 управления для всех блоков предлагаемого устройства следующий.

Генератор 20 тактовых импульсов (см. фиг.4) формирует исходную тактовую последовательность импульсов. Тактовые импульсы поступают в счетчик 21, к выходам разрядов которого подключены дешифраторы 22-29, срабатывающие последовательно в моменты времени, соответствующие определенному числу импульсов, подсчитанных счетчиком 21. Сигналы, формируемые дешифраторами 24-28, поступают на S-входы триггеров 30-34 и вызывают их срабатывание, при этом на выходах соответствующих RS-триггеров 30-34 формируются сигналы логической единицы (высокий уровень). Сигналы, формируемые дешифраторами 25-29, поступают на R-входы триггеров 30-34 и переводят их в состояние логического нуля (низкий уровень). В результате на выходах триггеров 30-34 и, соответственно на выходах блока 9 управления со второго по шестой формируются управляющие импульсы в соответствии с временными диаграммами (диаграммы 53-57), представленными на фиг.6. Первым из дешифраторов срабатывает дешифратор 23, по сигналу которого производится запись значения скорости носителя в регистр 19 (диаграммы 51 и 52 на фиг.6). Последним срабатывает дешифратор 22, по сигналу которого происходит установка в ноль счетчика 21, и цикл формирования управляющих сигналов на данном периоде повторения заканчивается, после чего происходит формирование управляющих сигналов для очередного периода управления и т.д.

Как указывалось выше, сигнал со второго выхода блока 9 управления (диаграмма 53 на фиг.6) обеспечивает запись информации от преобразователей в блок 5 вычислителя и запись коэффициентов в полосовой фильтр 6 и блок 8 усреднения, сигналы с третьего и четвертого выходов блока управления 12 (диаграммы 54 и 55 на фиг.6) являются тактовыми импульсами для работы полосового фильтра 6 и блока усреднения 8, а сигналы с пятого и шестого выходов блока управления 9 - тактовыми импульсами для блока 13 формирования порога и блока 12 классификации аномалий (диаграммы 6 и 7).

Классификация аномалий блоком 12 на аномалии естественного и техногенного происхождения основывается на различиях в диапазоне энергетических уровней и диапазонах длительностей аномалий. Классификация в блоке 12 производится следующим образом.

Анализируемый сигнал с выхода блока 8 усреднения поступает на элементы 35 и 36 сравнения. Сигнал, свидетельствующий о превышении этим же сигналом аддитивного порога, поступает через вход записи (второй вход) блока 12 на RS-триггер 38. Наличие сигнала логической единицы на S-входе триггера 38 свидетельствует об обнаружении аномалии. Одновременное появление сигнала логической единицы на выходе «меньше» элемента 35 сравнения и на выходе «больше» элемента 36 сравнения означает, что аномалия попала в диапазон энергетических уровней, соответствующий техногенной аномалии, т.е. выполнилось только первое условие классификации техногенной аномалии. В этом случае на всех входах элемента И 37, а следовательно, и на выходе элемента И 37, действуют сигналы логической единицы. Для принятия решения о наличии техногенной аномалии необходимо, чтобы длительность наличия логической единицы, определяемая числом периодов тактовых импульсов, поступающих на третий вход 3 блока 12, лежала в диапазоне значений, соответствующему диапазону для техногенной аномалии. Проверка этого условия в блоке 12 выполняется следующим образом.

Сигнал логической единицы поступает с выхода элемента И 37 на информационный вход D-триггера 39, на тактовый вход которого поступают тактовые импульсы. Все время, пока на входе D-триггера 39 действует (без перерыва) сигнал логической единицы, на выходе триггера 39 и информационном входе регистра 40 сдвига также присутствует сигнал логической единицы. Этот сигнал вдвигается в регистр 40 тактовыми импульсами, поступающими на вход записи регистра 40 с выхода элемента 42 задержки. Регистр 40 сдвига имеет число разрядов, равное N+2, где N - максимальное значение длительности техногенной аномалии. Сигнал с выходов разрядов регистра 40 сдвига поступает на адресный вход постоянного запоминающего устройства 41. Появление в регистре сдвига 40 и на адресном входе постоянного запоминающего устройство 41 чисел в виде последовательности единиц, количество которых равно числу периодов тактовых импульсов, укладывающихся в диапазон длительностей техногенных аномалий, приводит к появлению сигнала логической единицы на выходе постоянного запоминающего устройства 41. Для этого в одном из выходных разрядов постоянного запоминающего устройства 41, подключенного к входу D-триггера 44, записана логическая единица по адресам, представленным числами N_н≤N≤N_в, где N_н и N_в - последовательности единиц с нулями по краям, причем число единиц лежит на границах от нижнего до верхнего значений диапазона длительностей аномалии так, что коды адресов имеют следующий вид: ; 0111…110…0, и т.д. .

Это обеспечивает запись сигнала логической единицы в D-триггер 44 по тактовому сигналу с элемента задержки 43 только при условии попадания длительности аномалий в диапазон, соответствующий техногенной аномалии. Сигналы с выходов триггеров 44 и 38 поступают в блок 46 индикации на инверторы 47 и 48. При выделении аномалии естественного происхождения на входе инвертора 47 сигнал логического нуля, а на входе инвертора 48 - сигнал логической единицы. В этом случае светится только светодиод D2. При выделении аномалии техногенного происхождения светятся светодиоды D1 и D2. Если на входе устройства - фоновый сигнал, то оба светодиода не горят. Сигналы о наличии аномалии техногенного или естественного происхождения поступают через инверторы 49 и 50 на выход блока классификации аномалий и выход 15 предлагаемого устройства. Цикл работы по классификации аномалии заканчивается после установки в ноль триггера 38 сигналом, поступающим с выхода регистра 45 сдвига 45, обеспечивающего задержку на время, необходимое для классификации обнаруженной аномалии. Наличие на двухразрядном выходе устройства двух сигналов логической единицы свидетельствует о выделении аномалии техногенного происхождения, наличие на одном из разрядов сигнала логического нуля, а на другом - сигнала логической единицы означает, что обнаружена аномалия естественного происхождения, наличие двух сигналов логического нуля - отсутствие аномалии (гладкий фон). Сигнал с выхода предлагаемого устройства поступает на корабельный индикатор общего назначения.

Таким образом, благодаря изменению характеристик полосового фильтра и блока усреднения в устройстве обеспечивается исключение зависимости эффективности обнаружения аномалий от скорости движения носителя, необходимая точность перестройки параметров достигается путем цифровой обработки сигналов.

Классификация аномалий на аномалии естественного и техногенного происхождения производится на основе их основных отличительных признаков - различий в диапазонах значений энергетических уровней и диапазонов длительностей аномалий. Т.к. конкретный диапазон значений техногенных аномалий зависит от энергетического уровня фоновой турбулентности, величина которого в свою очередь зависит от района плавания, времени года и гидрометеорологических характеристик, то в предлагаемом устройстве предусмотрено формирование адаптивного к фону порога обнаружения, что позволяет не только повысить вероятность обнаружения аномалий, но и исключить необходимость перестройки граничных значений энергетических диапазонов для выделения техногенных аномалий.

Размещение преобразователей заподлицо с обводами поверхности носителя позволяет исключить искажение гидродинамических характеристик набегающего потока и, тем самым, повысить точность измерений и определения обобщенного выходного сигнала системы преобразователей, который не зависит от вибраций и неравномерности хода носителя.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемое устройство может быть изготовлено согласно приведенному описанию и чертежам на основе известных комплектующих изделий и известного технологического оборудования и использовано для обнаружения и распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя.

Список литературы

1. Патент РФ №2165623, МПК G01P 5/00, публикация 20.04.2001 г.

2. Патент РФ №2177622 на изобретение, МПК G01P 5/00, публикация 26.12.2001 г., прототип.

3. П. Рабинер, Б. Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Перевод с англ. Под ред. Ю.Н.Александрова. - М.: Мир. - 1978 г. - С.55, 56.

4. Авт.свид. СССР №1513475, МПК G06F 15/353, публикация 07.10.1989 г.

Устройство для распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя, содержащее четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, соединенных с соответствующими входами блока вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, отличающееся тем, что в него введены блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления, входом которого является вход сигнала скорости носителя, передаваемого через первый выход блока управления на адресный вход блока постоянной памяти, соответствующие выходы которого подключены к входу регулировки полосы пропускания полосового фильтра и входу регулировки постоянной времени блока усреднения, второй выход блока управления соединен с входами записи блока вычисления, полосового фильтра и блока усреднения, тактовые входы полосового фильтра и блока усреднения соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, пятый выход которого соединен с входом записи блока формирования порога, а шестой - с тактовым входом блока классификации аномалий, информационный вход которого и информационный вход блока формирования порогового уровня соединены с выходом блока усреднения, выход блока формирования порогового уровня соединен с входом записи порогового блока, выход которого подключен к входу записи блока классификации аномалий, а входы-выходы синхронизации преобразователей скорости в электрический сигнал соединены между собой, кроме этого, преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя, при этом преобразователи скорости в электрический сигнал расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор средней скорости движения носителя, а на выходе блока вычисления формируется обобщенный сигнал U системы преобразователей скорости в электрический сигнал, который определяется зависимостью
,
где U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения на выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей скорости;
φ₁ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через первый преобразователь скорости, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему четвертый преобразователь скорости;
φ₂ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через второй преобразователь, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему третий преобразователь, кроме этого, блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора, при этом входы первого и второго элементов сравнения, объединенных между собой, образуют информационный вход блока классификации аномалий, выход «меньше» первого элемента сравнения и выход «больше» второго элемента сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра сдвига соединены с выходом RS-триггера, первый вход которого образует вход записи блока классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра сдвига, вход записи которого, соединенный с входом записи первого D-триггера и входом первого элемента задержки, образует тактовый вход блока классификации аномалий, информационный вход первого D-триггера соединен с выходом трехвходового элемента И, а выход - с информационным входом второго регистра сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента задержки, который через второй элемент задержки соединен с входом записи второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра сдвига, выход второго D-триггера соединен с входом первого инвертора блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды и резисторы соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов, выходы которых образуют выход блока классификации аномалий, являющийся выходом устройства для распознавания аномалий.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для использования в индукционных лагах быстроходных судов. .

Двухкомпонентный датчик измерителя скорости электропроводящей жидкости // 2399059

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромагнитным устройствам для измерения скорости электропроводящей жидкости, и может быть использовано для измерения скорости, например, судов.

Преобразователь скорости с компенсацией электрических помех // 2338207

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. .

Преобразователь скорости с зоной формирования сигнала вне пограничного слоя // 2335774

Способ определения скорости потока вещества в трубопроводе // 2324945

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Устройство измерения относительной скорости судна // 2249825

Изобретение относится к навигации, в частности к средствам управления движением морских и речных судов. .

Устройство для измерения пульсаций скорости течения // 2189601

Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех // 2184378

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентных пульсаций скорости в морской среде.

Способ определения усредненного значения квадратичных значений турбулентных пульсаций скорости в морской среде в условиях аддитивных вибрационных помех и устройство для его осуществления // 2180758

Устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде // 2177622

Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости // 2412447

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения пульсаций скорости потока электропроводящей жидкости, и может быть применено для измерения компонент вектора скорости течения с низким уровнем собственных шумов и, следовательно, с высокой разрешающей способностью, при исследованиях мелкомасштабной турбулентности в лабораторных и натурных условиях

Устройство для измерения скорости потока вещества // 2415440

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (варианты) // 2420743

Изобретение относится к области измерений параметров движения, предназначено для исследования движения жидких сред и может быть использовано для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований

Электромагнитный лаг-дрейфомер // 2503014

Изобретение относится к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред и может быть использовано в навигационном приборостроении, а именно - при конструировании и изготовлении индукционных лагов судов. Электромагнитный лаг-дрейфомер содержит клинкет, в котором размещен датчик скорости, выполненный с возможностью поворота относительно оси клинкета, проходящей через плоскость симметрии датчика, на датчике установлены излучатель электромагнитного поля, а также два боковых относительно направления осевой линии судна электрода, и один электрод управления в передней части датчика, боковые электроды подключены к входам первичного преобразователя скорости, выход которого подключен к центральному прибору, управляющий электрод попарно соединен с двумя боковыми электродами через блок сравнения и управления, соединенный с синхронно-следящим приводом, при этом лаг-дрейфомер дополнительно содержит датчик угловых скоростей, к выходу которого подключен блок радиуса циркуляции, при этом все указанные приборы подключены к источнику питания. Технический результат изобретения - расширение номенклатуры навигационных приборов. 1 ил.

Способ измерения скорости движения электропроводящей среды и устройство для его осуществления // 2531156

Группа изобретений относится к измерительной технике, представляет собой устройство и способ измерения скорости электропроводящей среды и может быть использована при добыче и транспортировке нефти. Устройство содержит полый корпус с проводником внутри, расположенным вдоль направления движения среды, датчик электродвижущей силы с двумя электродами, соединенными с усилителем и детектором, трансформатор тока возбуждения, вторичную обмотку которого образуют проводник и корпус, выполненные в виде объемного короткозамкнутого витка. Центральный электрод датчика ЭДС расположен на внешней поверхности проводника, периферийный - на внутренней поверхности корпуса. По проводнику вдоль направления движения среды пропускают переменный ток с частотой f для создания коаксиального магнитного поля и детектируют ЭДС, наведенную между корпусом и проводником. В выделенной ЭДС исключают постоянную электрохимическую составляющую и составляющие с частотами, отличными от f. Скорость движения среды находят по формуле: V=2πE/(μμ0I), где V - скорость среды E - ЭДС, μ - магнитная проницаемость среды, μ0 - магнитная проницаемость вакуума, μ0=4π10-7 Гн/м, I - ток. Техническим результатом является повышение точности и расширение диапазона измерения скорости движения проводящей среды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводной жидкости // 2548126

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромагнитным устройствам для измерения скорости потока электропроводной жидкости и основывается на явлении электромагнитной индукции: при движении проводника в магнитном поле в нем индуцируется электродвижущая сила Е, пропорциональная магнитной индукции В и скорости V проводника, которая действует в направлении, перпендикулярном к движению жидкости и магнитному полю. Изобретение может быть использовано для измерения пульсаций трех ортогональных составляющих вектора скорости течения, сильно изменяющегося по направлению и скорости, при проведении гидрофизических и гидродинамических исследований. Технические результаты изобретения - уменьшение погрешности при измерении малых пульсаций вектора скорости потока и увеличение пространственной разрешающей способности устройства за счет создания концентрации магнитного поля в зонах расположения измерительных электродов, а также за счет устранения в' зонах контакта измерительных электродов с исследуемой жидкостью эффекта "отсутствия движения" этой жидкости. Сущность: устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводной жидкости содержит первичный преобразователь со сферическим обтекателем (8) из электроизоляционного материала, в котором вмонтирована магнитная система. Магнитная система содержит четыре постоянных магнита (2) прямоугольного сечения, у которых поверхности полюсов сопряжены с поверхностями полюсных наконечников (3). Магниты (2) установлены попарно в вертикальных ортогональных плоскостях симметрично относительно вертикальной оси сферического обтекателя (8), одноименными полюсами друг к другу. Электродная система содержит восемь измерительных электродов (5), установленных в двух вертикальных ортогональных плоскостях в заполненных электроизоляционным материалом зазорах (4) магнитной системы под углом 45° к ее горизонтальной плоскости. Электроды (5) подключены попарно к входам вычитающих усилителей измерительного блока устройства. При этом магниты (2) закреплены на вертикальной немагнитной стойке (1), проходящей через центр сферического обтекателя (8), полюсные наконечники (3) выполнены плоскими, установлены на полюсах магнитов (2) и имеют выступы, образующие восемь отдельных зазоров (4), в которых установлены измерительные электроды (5) в виде стержней, у которых один торец выходит на поверхность сферического обтекателя (8), на которой соосно электродам (5) закреплены восемь шайб (9) с заданными размерами из электроизоляционного материала. 4 ил.

Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (варианты) // 2561304

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения, предназначена для исследования движения жидких сред и может быть использована для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований. В первом варианте исполнения устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости содержит металлический корпус, заполненный диэлектриком, в котором установлена магнитная система, по крайней мере, из четырех магнитов с чередующимися полюсами. Магниты, образующие магнитную систему, установлены попарно вплотную друг к другу с зазором между парами, и попарно подключены к измерительному электронному блоку. Вся поверхность устройства вне металлического корпуса покрыта диэлектриком. Во втором варианте исполнения устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости имеет обтекаемую форму, содержит металлический корпус, близкий по форме к усеченному конусу, установленную на его вершине или частично утопленную в корпусе, отделенную от корпуса слоем диэлектрика магнитную систему, выполненную, по крайней мере, из четырех магнитов, попарно установленных вплотную друг к другу с зазором между парами и подключенных к измерительному электронному блоку, при этом, вся поверхность устройства вне металлического корпуса покрыта диэлектриком. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение и повышение чувствительности устройства для измерения параметров турбулентного потока жидкости. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей // 2579805

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей согласно изобретению включает нанесение платиновой черни на торцевые поверхности платиновых электродов, установленных в зазорах магнитной системы датчика, заподлицо с их внешней поверхностью, при этом перед нанесением платиновой черни электроизоляционный материал датчика покрывают дополнительным слоем электроизолирующего материала, инертного к соляной, азотной и платинохлористоводородной кислотам, при этом толщину дополнительного слоя выбирают исходя из возможности обеспечения блокировки диффузии примесей из компаунда в процессе платинирования электродов. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение электрического сопротивления между электродом и водной средой и, соответственно, уменьшения электрохимических шумов, возникающих из-за химических примесей, диффундирующих в осаждающуюся на электроды платиновую чернь, что обеспечивает повышение чувствительности электромагнитного датчика пульсаций скорости. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Тензорезистивный преобразователь // 2586083

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензометрическим средствам измерения. Технический результат: расширение динамического диапазона преобразования напряженно-деформированных состояний сенсорной консоли вследствие воздействия на ее поверхность скоростного напора (динамического давления) газовых или жидкостных потоков. Сущность: тензорезистивный преобразователь содержит сенсорную консоль, работающую на изгиб, выполненную из упругой подложки тонкопленочного эластичного полимера, двух фольговых тензорезисторов, планарно расположенных на противоположных сторонах подложки, продольные оси которых параллельны между собой, или четырех фольговых тензорезисторов, планарно и попарно расположенных на противоположных сторонах подложки, продольные оси которых симметричны относительно ее продольной оси и параллельны между собой. Тензорезисторы включены в смежные плечи полу- или полномостовую схему измерительного моста. Сенсорная консоль ориентирована ортогонально вектору приложенной силы. В преобразователь введены кольцевой сегмент с кривизной поверхности, соответствующей максимально возможному упругому изгибу сенсорной консоли, хонейкомб, и флюгерный элемент. Кольцевой сегмент выполнен с проницаемой поверхностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Электромагнитный лаг комплексных измерений // 2589291

Изобретение относится к области измерительного оборудования, а именно к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред, и может быть использовано в навигационном приборостроении при конструировании и изготовлении лагов для водоизмещающих плавсредств. Электромагнитный лаг комплексных измерений содержит поворотный датчик скорости с синхронно следящим приводом для определения истинного значения скорости и направления движения, блок определения мгновенного центра скоростей, датчик угловых скоростей, блоки координат датчика лага и заданных «характерных» точек измерения. Технический результат - возможность определения скорости и направления движения любой точки судна, надводного и подводного корабля, а также кинематических параметров движения при качке с целью выбора оптимального, безопасного ходового режима, повышения эффективности судовождения и работы бортовых систем в сложных условиях плавания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.