Патент на изобретение №2344962

(54) АВТОНОМНАЯ БУЙКОВАЯ ПРИДОННАЯ СТАНЦИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к морской технике и касается создания автономных буйковых придонных станций для реализации систем экологического мониторинга и сбора стандартной гидрофизической информации, требующих длительного по времени контроля показателей различных характеристик воды от поверхности до дна. Автономная буйковая придонная станция характеризуется тем, что она содержит соединенные с блоком измерительной аппаратуры электрохимический детектор воды и импульсный детектор радиационного анализа состояния водной среды и систему оповещения. Система всплытия-погружения станции имеет поплавковую конструкцию, закрепленную на контейнере, якорный размыкатель, установленный в центре нижней крышки контейнера и соединенный механически через буйреп с якорем и электрически с бортовой системой управления станцией, и аварийную автоматическую систему управления всплытием, соединенную с бортовой системой управления станцией и снабженную датчиком затекания, расположенным в нижней части контейнера. Система оповещения имеет электрически соединенные с бортовой системой управления станцией блоки радио- и акустической связи, антенны которых установлены на верхней крышке контейнера, и проблесковый фонарь, размещенный на верхней крышке контейнера. Изобретение позволяет упростить конструкцию станции и облегчить снятие полученной и накопленной ею информации, замену и установку регистрирующей аппаратуры для ее профилактического обслуживания и ремонта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области морской техники, в частности к классу автономных плавучих заякоренных сооружений типа буйковых станций для экологического контроля водной среды, и может быть использовано при реализации систем экологического мониторинга и сбора стандартной гидрофизической информации. Кроме того, оно может быть использовано для решения технических задач, требующих длительного по времени контроля показателей различных характеристик воды от поверхности до дна.

Измерение указанных параметров является важнейшей задачей для изучения океанов и морей с целью определения перспективных районов рыбного промысла, нефтедобычи, контроля сейсмически опасных зон и экологических наблюдений за химическим и радиационным состоянием водной среды.

Так как данные исследования проводятся в различных районах акваторий морей и океанов, станции должны быть простыми и надежными в эксплуатации, не зависеть в работе от погодных условий и ледовой обстановки, не препятствовать судоходству.

Огромную опасность представляют районы захоронений на морском дне контейнеров с отходами атомного производства и места затопления судов с ядерными силовыми установками.

Промышленная эксплуатация шельфа морей с целью добычи нефти (в настоящее время составляет почти 30% всей мировой добычи) также неизбежно приводит к загрязнению их акваторий, что приносит непоправимый ущерб рекреационным и биологическим ресурсам моря.

И тот, и другой случай требуют постоянного наблюдения за химическим состоянием водной среды с целью ее экологического контроля

и прогноза возможных экологических изменений в водных акваториях этих опасных зон.

Известен ряд буйковых станций, предназначенных для исследования гидрологических характеристик водной среды [А.Ф.Маклаков, и др. Океанографические приборы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, стр.78-84, 306-308, 318-325; Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, стр.493-501, рис.20.3, 20.5, стр.573-539, 542, 543, рис.21.11; Г.О. Берто. Океанографические буи. Л.: Судостроение, 1977, стр.113-121, рис 4.1-4.9].

Известна также буйковая станция, содержащая подводный буй, соединенный с якорем гибкой связью, на которой на заданных горизонтах размещены контейнеры с датчиками, предназначенными для измерения параметров водной среды и получения экспериментальных данных по геофизике, геохимии, физической океанографии [Г.В. Смирнов и др. Океанология. Средства и методы океанологических исследований. М.: Наука, 2005, стр.43-51].

Указанные станции имеют большие габариты, сложны, при работе требует мощных и громоздких источников питания, а для постановки и подъема станции необходимы специальные средства.

Известна позиционная станция зондирования водной среды, содержащая подводный буй с положительной плавучестью, контейнер с аппаратурой для измерения и регистрации гидрофизических параметров водной среды, якорное устройство, состоящее из основного и дополнительного якорей, причем в корпусе основного якоря установлен барабан с гибкой связью, которая проходит через дополнительный якорь, соединенный цепью с основным якорем, длина которой несколько больше углубления подводного буя, снабженного шаровыми грузами с устройством их размещения и выпуска, балластом для обеспечения всплытия подводного буя вместе с дополнительным якорем и клапаном впуска воды для компенсации веса сброшенного шарового груза. Контейнер снабжен включателем запуска аппаратуры, рычажным электромагнитным пропускателем и приемно-сбрасывающим устройством для шаровых грузов. Установка барабана с гибкой связью в корпусе якоря позволила облегчить подводный буй и увеличить держащую силу якоря. Подводный буй соединен с якорным устройством гибкой связью, на которой закреплены втулки, определяющие измерительные горизонты. Верхняя часть втулки имеет сферическую поверхность, а нижняя – коническую [патент RU №2237594, кл. В63 В 22/06, опубл.2004.10.10].

Наиболее близким техническим решением является автономная позиционная станция для зондирования водной среды по глубине, включающая герметичный контейнер с верхней и нижней крышками, в котором установлены блок измерительной аппаратуры, бортовая система управления станцией с блоком приема-передачи информации и блок электропитания, и систему всплытия-погружения [патент RU №2096247, кл. В 63 В 22/06, опубл. 1994.10.05].

Система всплытия-погружения, включающая якорь, соединенный через буйреп с контейнером, выполнена с лебедкой и балластными грузами для дифферентовки и установленной на контейнере полой штангой, через которую пропущен буйреп, соединенный вторым своим концом с лебедкой системы всплытия-погружения. Станция предназначена для измерения гидроакустических (например, скорости звука) и гидрофизических параметров водной среды (температуры, давления, скорости течения и солености). Как и упомянутые выше аналоги, так и прототип станции имеют значительные габариты, сложные устройства системы погружения-всплытия, ограничиваются измерениями параметров гидроакустических и гидрофизических характеристик водной среды, требуют для установки станции специального оборудования и не обладают удобством и надежностью механизмов всплытия.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции станции, облегчение снятия полученной и накопленной ею информации, замены и установки регистрирующей аппаратуры для ее профилактического обслуживания и ремонта, снижение трудоемкости процесса постановки станции на дно, расширение перечня исследуемых характеристик водной среды и повышение надежности работы механизма всплытия.

Поставленная задача решается тем, что автономная буйковая придонная станция для экологического контроля водной среды, включающая герметичный контейнер с верхней и нижней крышками, в котором установлены блок измерительной аппаратуры, бортовая система управления станцией с блоком приема-передачи информации и блок электропитания, и систему всплытия-погружения с якорем, соединенным через буйреп с контейнером, дополнительно содержит соединенные с блоком измерительной аппаратуры электрохимический детектор воды и импульсный детектор радиационного анализа состояния водной среды и систему оповещения, система всплытия-погружения включает поплавковую конструкцию, закрепленную на контейнере, якорный размыкатель, установленный в центре нижней крышки контейнера и соединенный механически через буйреп с якорем и электрически с бортовой системой управления станцией, и аварийную автоматическую систему управления всплытием, соединенную с бортовой системой управления станцией и снабженную датчиком затекания, расположенным в нижней части контейнера, при этом система оповещения состоит из электрически соединенных с бортовой системой управления станцией блоков радио- и акустической связи, антенны которых установлены на верхней крышке контейнера, и проблескового фонаря, размещенного на верхней крышке контейнера.

Электрохимический детектор воды закреплен на поплавковой конструкции и состоит из ионоселективных электродов, электрода сравнения и датчиков электропроводности и температуры.

Импульсный детектор установлен на верхней крышке контейнера.

Поплавковая конструкция выполнена в виде тора из полимерного материала, имеющего положительную плавучесть.

Блок приема-передачи информации снабжен разъемом для подключения к компьютеру, установленным на верхней крышке контейнера.

Блок электропитания выполнен в виде установленной в нижнем отсеке контейнера кассеты с аккумуляторами.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен общий вид станции.

На фиг.2 – разрез А-А фиг.1.

На фиг.3 – вид сверху станции.

Буйковая автономная придонная станция состоит из герметичного контейнера 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, системы всплытия-погружения, включающей поплавковую конструкцию 4 в виде тора из полимерного материала, имеющего положительную плавучесть (например, из синтактической пены), якорного размыкателя 5, укрепленного в центре нижней крышки 3 контейнера 1 и соединенного через буйреп 6 с якорем 7.

В верхнем отсеке герметичного контейнера 1 станции установлены: блок измерительной аппаратуры 8, бортовая система автоматического управления станцией 9 с блоком приема-передачи информации.

Размыкатель 5 системы всплытия-погружения электрически соединен с бортовой системой автоматического управления станцией 9.

Кроме того, система всплытия-погружения дополнительно содержит аварийную автоматическую систему управления всплытием 10, соединенную с бортовой системой управления станцией 9 и снабженную датчиком затекания 11, расположенным в нижней части контейнера.

В нижнем отсеке контейнера 1 установлен блок электропитания 12 в виде кассеты аккумуляторами.

Станция содержит соединенные с блоком измерительной аппаратуры 8 электрохимический детектор воды 13 и импульсный детектор 14 радиационного анализа, состояния водной среды.

Электрохимический детектор воды 13 закреплен на поплавковой конструкции 4 и состоит из ионоселективных электродов 15 и 16, электрода сравнения 17 и датчиков электропроводности и температуры (на чертеже не показаны).

Импульсный детектор 14 установлен на верхней крышке 2 контейнера 1.

Система оповещения состоит из электрически соединенных с бортовой системой управления станцией 9 блоков радио- и акустической связи (на чертеже не показаны), антенны соответственно 18 и 19 которых установлены на верхней крышке 2 контейнера 1, и проблескового фонаря 20, размещенного на верхней крышке 2 контейнера 1.

Блок приема-передачи информации бортовой системы управления 9 снабжен разъемом 21 для подключения к компьютеру, установленным на верхней крышке 2 контейнера 1.

Станция работает следующим образом.

В заданном месте станция путем самопогружения в зависимости от длины якорного буйрепа 6 устанавливается на высоте 1.5 – 2.0 м от дна и функционирует в автономном режиме следующим образом.

Процессор блока измерительной аппаратуры 8 по заданному алгоритму в соответствии с предварительными настройками опрашивает датчики электрохимического 13 и импульсного 14 детекторов. Полученные от них аналоговые сигналы поступают обратно в блок измерительной аппаратуры 8. Сначала на усилитель, от него на аналогово-цифровой преобразователь, после которого в цифровом виде статистически обрабатываются процессором, сравниваются с заданным настройкой для каждого датчика уровнем сигнала и отправляются в модуль энергонезависимой долговременной памяти.

В штатном режиме работы станции для переустановки с целью профилактического обслуживания и снятия накопленной информации станция вызывается на поверхность путем подачи ультразвукового сигнала по гидроакустическому каналу, принимаемого акустической антенной 19 блока акустической связи и передаваемого далее в бортовую систему управления 9 всего комплекса. В системе 9 сигнал преобразуется в электрический и посылается на систему управления всплытием 10, вызывая срабатывание якорного размыкателя 5 системы всплытия-погружения. В результате происходит рассоединение герметичного контейнера 1 с буйрепом 6, связывающим его с якорем 7, и станция всплывает. После чего включается радиоантенна 18 блока радиосвязи системы оповещения, настроенная на частоту поисковой системы спутникового слежения КОСПАС-САРСАТ, и проблесковый фонарь 20.

При внештатной ситуации, когда полученные от всех датчиков сигналы после статистической обработки превышают заданный для каждого из них уровень, процессор блока измерительной аппаратуры 8 подает сигнал на процессор бортовой системы управления 9 всего комплекса. Процессор бортовой системы управления 9 подает сигнал сначала на систему управления всплытием 10, который вызывает срабатывание якорного размыкателя 5. В результате происходит рассоединение герметичного контейнера 1 с буйрепом 6, связывающим его с якорем 7, и станция всплывает. После чего включается радиоантенна 18 блока радиосвязи системы оповещения, настроенная на частоту поисковой системы спутникового слежения КОСПАС-САРСАТ, и проблесковый фонарь 20.

В случае нарушения герметичности и попадания воды внутрь контейнера 1 сигнал от датчика затекания 11 сразу поступает на систему управления всплытием 10 и на процессор бортовой системы управления 9, и станция всплывает в аварийном режиме. После чего, так же, как и в предыдущих случаях, включается радиоантенна 18 блока радиосвязи системы оповещения, настроенная на частоту поисковой системы спутникового слежения КОСПАС-САРСАТ, и проблесковый фонарь 20.

В двух последних случаях с помощью спутниковой системы слежения определяются координаты положения всплывшего станции, и по запросу со станции поисковой системы спутникового слежения КОСПАС-САРСАТ радиоантенна 18 блока радиосвязи посылает данные, считываемые процессором бортовой системы управления 9 через модуль телеметрии блока измерительной аппаратуры 8 из его долговременной энергонезависимой памяти.

В первом случае после поднятия станции на борт судна она через внешний штырьковый герметичный разъем 21 бортовой системы управления 9 всего комплекса подключается к компьютеру, на который считываются данные из энергонезависимой долговременной памяти блока измерительной аппаратуры 8. После снятия информации измерительная аппаратура тестируется, по необходимости проводится ремонт или замена вышедших из строя узлов, затем производятся необходимые настройки и станция снаряжается для новой постановки.

Предложенная станция имеет более простую конструкцию по сравнению с прототипом за счет того, что в ней отсутствуют сложные электромеханические устройства регулирования положения станции относительно дна, что в свою очередь приводит к снижению энергопотребления, а следовательно, потребует менее мощных источников электрического тока и существенно уменьшает массу и габариты станции.

Компактность, небольшие размеры и малый вес всей станции, а также наличие поплавковой конструкции и расположение ее на корпусе герметичного контейнера обеспечивают простоту и легкость постановки станции двум-трем человекам практически в любой необходимой для наблюдений точке как с борта судна, так и с вертолета, оборудованного легкой лебедкой с размыкателем и имеющего нижний люк в корпусе.

Размещение в корпусе поплавковой конструкции электрохимического детектора с ионоселективными электродами, электродом сравнения и датчиками температуры и электропроводности и также наличие на верхней крышке детектора импульсов расширяют диапазон исследуемых характеристик водной среды и позволяют упростить и ускорить работы при замене датчиков, так как не требует вскрытия герметичного контейнера.

Оснащение системы всплытия-погружения станции двумя независимыми друг от друга системами автоматического и принудительного управления всплытием позволяет повысить надежность срабатывания этой системы.

По сравнению с прототипом предложенная станция дает возможность производить измерения в заданных точках озерных и морских акваторий на глубинах до нескольких сот метров в непрерывном режиме в течение длительного времени.

Формула изобретения

1. Автономная буйковая придонная станция для экологического контроля водной среды, включающая герметичный контейнер с верхней и нижней крышками, в котором установлены блок измерительной аппаратуры, бортовая система управления станцией с блоком приема-передачи информации, блок электропитания, и систему всплытия-погружения с якорем, соединенным через буйреп с контейнером, отличающаяся тем, что станция дополнительно содержит соединенные с блоком измерительной аппаратуры электрохимический детектор воды и импульсный детектор радиационного анализа состояния водной среды, и систему оповещения, система всплытия-погружения включает поплавковую конструкцию, закрепленную на контейнере, якорный размыкатель, установленный в центре нижней крышки контейнера и соединенный механически через буйреп с якорем и электрически с бортовой системой управления станцией, и аварийную автоматическую систему управления всплытием, соединенную с бортовой системой управления станцией и снабженную датчиком затекания, расположенным в нижней части контейнера, при этом система оповещения включает электрически соединенные с бортовой системой управления станцией блоки радио- и акустической связи, антенны которых установлены на верхней крышке контейнера, и проблесковый фонарь, размещенный на верхней крышке контейнера.

2. Автономная буйковая придонная станция по п.1, отличающаяся тем, что электрохимический детектор воды закреплен на поплавковой конструкции и состоит из ионоселективных электродов, электрода сравнения и датчиков электропроводности и температуры.

3. Автономная буйковая придонная станция по п.1, отличающаяся тем, что импульсный детектор установлен на верхней крышке контейнера.

4. Автономная буйковая придонная станция по п.1, отличающаяся тем, что поплавковая конструкция выполнена в виде тора из полимерного материала, имеющего положительную плавучесть.

5. Автономная буйковая придонная станция по п.1, отличающаяся тем, что блок приема-передачи информации снабжен разъемом для подключения к компьютеру, установленным на верхней крышке контейнера.

6. Автономная буйковая придонная станция по п.1, отличающаяся тем, что блок электропитания выполнен в виде установленной в нижнем отсеке контейнера кассеты с аккумуляторами.

РИСУНКИ