Измеритель собственной частоты и коэффициента демпфирования бортовой качки судна

 

О П И С А--Н--И Е

ИЗОБР ЕТЕ Н ИЯ

i< ii

ti tj 44I I 93

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 04.10.71 (21) 1701349/27-11 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 30.08.74. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 02.09.75 (51) М. Кл. В 63b 39/14

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 629.1.055.5 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Д. Агеев, В. E. Горнак и Н. А. Ялынычев

{71) Заявитель

Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ

И КОЭФФИЦИЕНТА ДЕМПФИРОВАНИЯ БОРТОВОЙ КАЧКИ

СУДНА

Изобретение относится к усторйствам контроля устойчивости судов и касается повышения безопасности мореплавания и научно-исследовательских целей.

Известны измерители собственной частоты и коэффициента демпфирования бортовой качки судна, содержащие датчик относительного крена, смещенный по вертикали от центра тяжести судна. Однако они не могут обеспечить получение достоверных данных при любых условиях эксплуатации. Им присущи значительные ошибки в тех случаях, когда резонансная для данного судна составляющая обладает малой энергией, так как при этом средний период качки существенно отличается от периода свободных колебаний.

Целью изобретения является обеспечение возможности замеров на произвольном волнении и постоянного масштаба измерения.

Для этого в предлагаемый измеритель введены еще один датчик относительного крена, смещенный по вертикали от центра тяжести судна на расстояние, отличное от смещения первого, электронно-лучевая трубка с двумя горизонтально и двумя вертикально отклоняющими пластинами, а также два операционных усилителя и два инвертора, причем датчики относительного крена выполнены каждый в виде короткопериодного кренометра, механически связанного с потенциометрическим преобразователем угла, содержащим движок, соединенный на выходе каждый со своим подстроечным резистором, при этом оба подстроечных резистора через первый конденсатор

5 соединены с входом первого операционного усилителя, в цепи обратной связи которого установлен свой резистор, причем выход первого операционного усилителя соединен с одной из горизонтально отклоняющих пластин

I0 электронно-лучевой трубки и через первый инвертор с другой пластиной, к тому >ке выход первого инвертора соединен также и с регулируемыми конденсатором и резистором, связанными на выходе между собой, с выходами

15 обоих резисторов датчиков крена и через второй конденсатор с входом второго операционного усилителя, имеющего в цепи обратной связи свой резистор, при этом выход второго операционного усилителя соединен с одной пз вертикально отклоняющих пластин электрон to-лучевой трубки и через второй инвертор с другой пластиной.

На чертеже показана структурная электрическая схема описываемого измерителя.

Датчики 1 и 2 относительного крена представляют собой короткопериодные кренометры, механически связанные с потенциометрическими преобразователями угла. Движок потенциометра датчика 1 соединен с подстроечным резистором 3 и резистором 4, а движок

441193 х,=8 — а — 8, 25

40

45 потенциометра датчика 2 — с подстроечным резистором 5 и резистором б. Подстроечные резисторы 3 и 5 через конденсатор 7 соединены с входом операционного усилителя 8, в цепи обратной связи которого стоит резистор 9.

Выход усилителя 8 соединен с горизонтально отклоняющей пластиной электронно-лучевой трубки 10, а через инвертор 11 — с второй горизонтально отклоняющей пластиной. С выходом инвертора 11 соединены также регулируемые резистор 12 и конденсатор 13, включенные совместно с резисторами 4 и б через конденсатор 14 на вход операционного усилителя

15, в цепи которого стоит резистор 16. Одна вертикально отклоняющая пластина электронно-лучевой трубки 10 непосредственно соединена с выходом усилителя 15, а другая пластина — через инвертор 17.

Сигналы датчиков 1 и 2 связаны с относительным углом качки выражениями где Х(и Хг — сигналы датчиков 1 и 2, r> и r2 — расстояния по вертикали датчиков 1 и 2 от центра тяжести судна, О, Π— угол крена судна и его вторая производная, а — угол поверхностного волнового склона, g — ускорение силы тяжести.

В уравнении бортовой качки, помимо главной части возмущающего момента, учитывается также составляющая, пропорциональная скорости изменения угла волнового склона

8 + 2oO + o;() 8= : — 2оа + о)оа, где 6 — коэффициент демпфирования бортовой качки, ао — собственная частота бортовой качки.

Тогда сигналы датчиков 1 и 2 можно записать в следующем виде: х, = (1+ — ыо) (Π— а) + — 2 (Π— ) а / Ы хг — 1 + — о)о 1 (Π— а) + — 2о (Π— а). к l а

Измеритель работает следующим образом.

При наличии бортовой качки судна сигналы с датчиков 1 и 2 поступают с разными знаками на вход сумматора, образованного операционным усилителем 8, резистором 9 обратной связи и подстроечными резисторами 3 и 5.

При этом коэффициент, с которым суммируется сигнал датчика 1, с помощью подстроечного резистора 3 устанавливается пропорциональным расстоянию по вертикали датчика 2 от центра тяжести судна, а коэффициент, с которым суммируется сигнал второго датчика, с помощью подстроечного резистора 5 устанав5

65 ливается пропорциональным расстоянию от первого датчика до центра тяжести судна.

Конденсатор 7 отфильтровывает постоянную составляющую. В этом случае сигнал У, на выходе усилителя 8 равен

У, г,х, — г,х, (r — г,) (Π— а)

Сигнал с выхода усилителя 8 поступает на горизонтально отклоняющую пластину электронно-лучевой трубки 10, а через инвертор 11— на вторую горизонтально отклоняющую пластину. Одновременно сигналы с датчиков 1 и

2 через входные резисторы 4 и 6 поступают с разными знаками на вход операционного усилителя 15, куда также поступает через регулируемый резистор 12 с коэффициентом К1 передачи сигнал с выхода инвертора 11, а через регулируемый конденсатор 13 с коэффициентом Кг передачи его производная. Тогда сигнал на выходе усилителя 15 определяется следующим образом:

Y, .= х, — х, + К, Y, + К, Y, = (г, — r,) p г "о

Х (8 — а) — К, (r, — r,)(Π— а )+

У

2о

+ — (r, — r,) (Π— а) — К, (r, — r,) (H — а) .

Полученный сигнал с выхода усилителя 15 и инвертора 17 поступает на вертикально отклоняющие пластины. Луч выписывает на экране электронно-лучевой трубки 10 замкнутые кривые относительно некоторой линии, наклоненной под углом к горизонтальной оси. Далее осуществляется поиск таких значений коэффициентов К> и Кг передачи, при которых кривые сжимаются в линию и угол наклона становится равным пулю. При этом

У,—.=О и К,=, К,= и й

В этом случае по шкале, связанной с резистором 12, может отсчитываться значение собственной частоты, а по шкале, связанной с конденсатором 13, — значение коэффициента демпфирования.

Предмет изобретения

Измеритель собственной частоты и коэффициента демпфирования бортовой качки судна, содержащий датчик относительного крена, смещенный по вертикали от центра тяжести судна, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности замеров на произвольном волнении и постоянного масштаба измерения, в измеритель введены еще один датчик относительного крена, смещенный по вертикали от центра тяжести судна на расстояние, отличное от смещения первого, электронно-лучевая трубка с двумя горизонтально и двумя вертикально отклоняющими пластинами, а также два операционных усилителя и два инвертора, причем датчики относительного

441193

Составитель В. Сандлер

Редактор Т. Горячева Текред М. Семенов Корректор Е. Хмелева

Заказ 1872/2 Изд. Ао 1220 Тираж 506 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 крена выполнены каждый в виде короткопериодного крепомстра, механически связанного с потенциометрическим преобразованием угла, содержащим движок, соединенный на выходе каждый со своим подстроечным резистором, при этом оба подстроечных резистора через первый конденсатор соединены с входом первого операционного усилителя, в цепи обратной связи которого установлен свой резистор, причем выхо.t первого операционного усилителя соедипсп с одной из горизонтально отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки и через первый инвертор с друтой пластиной, к тому же выход первого инвертора соединен также и с регулируемыми конденсатором и резистором, связанны.;:и на выходе между со5 бой, с выходами обои.; резисторов датчиков крена и через второй конденсатор с входом второго операционного усилителя, имеющего в цепи обратной связи свой резистор, при этом выход второго операционного усилителя сое10 динен с одной из вертикально отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки и через второй инвертор с другой пластиной.