RU2234060C1 - Device for measuring ship's heaving motion - Google Patents

Abstract

FIELD: devices for measuring ship's heaving motion.

SUBSTANCE: such devices are used for compensation of effect of motions on operation of single-beam and multi-beam each sounders used on surface ships and submarines. Proposed device has linear accelerometer oriented vertically, computer for determination of maximum spectrum and control unit; device is also provided with switch of channels and double integration circuit at constant parameters; output of vertical accelerometer is connected with inputs of double integration circuits whose outputs are connected to information inputs of channel switch; besides that, output of accelerometer is connected with input computer used for determination of maximum spectrum whose output is connected with control input of channel switch by means of control unit. Control unit is connected to output of channel switch depending on present magnitude of prevailing frequency of motions. Double integration circuits operate in parallel and independently, thus excluding transient process in change-over of channel switch since parameters of each double integration circuit are constant.

EFFECT: enhanced dynamic stability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборам, измеряющим вертикальное перемещение судна на качке. Такие приборы используются для компенсации влияния качки на работу ряда устройств и систем, используемых на надводных и подводных объектах, таких как:The invention relates to devices that measure the vertical movement of the vessel on the roll. Such devices are used to compensate for the effect of pitching on the operation of a number of devices and systems used on surface and underwater objects, such as:

- гравиметры;- gravimeters;

- однолучевые и многолучевые эхолоты;- single-beam and multi-beam echo sounders;

- профилографы;- profilers;

- гидролокаторы бокового обзора;- side scan sonars;

- антенны гидроакустических систем слежения за автономными подводными объектами;- antennas for sonar tracking systems for autonomous underwater objects;

- лазерные устройства для измерения параметров состояния поверхности океана и атмосферы;- laser devices for measuring the state of the surface of the ocean and the atmosphere;

- некоторые разновидности антенн радиолокационных станций, систем спутниковой связи и спутникового телевидения;- some varieties of antennas of radar stations, satellite communications systems and satellite television;

- автономные буи для исследования экологии океана;- Autonomous buoys for studying the ecology of the ocean;

- гидроакустические приборы в буксируемых необитаемых подводных аппаратах.- sonar devices in towed uninhabited underwater vehicles.

Рассматриваемые датчики вертикальной качки относятся к группе устройств, в которых сигнал, пропорциональный вертикальному перемещению, получается в результате двукратного интегрирования сигнала, пропорционального вертикальному ускорению.The considered vertical roll sensors belong to the group of devices in which a signal proportional to vertical movement is obtained as a result of double integration of a signal proportional to vertical acceleration.

Известно устройство для измерения вертикальной качки (патент Германии №2803635), состоящее из вертикально расположенного акселерометра, выход которого соединен с последовательно включенными первым и вторым интеграторами на апериодических усилителях. С целью компенсации постоянной составляющей сигнала на выходе акселерометра выход второго интегратора соединен через интегро-дифференцирующий усилитель обратной связи с входом первого интегратора. Такая схема образует колебательное звено с большой постоянной времени. Величина постоянной времени колебательного звена выбирается так, чтобы для минимальной частоты качки (0.05 Гц) фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного приближался к 180 градусам.A device for measuring pitching is known (German patent No. 2803635), consisting of a vertically located accelerometer, the output of which is connected to series-connected first and second integrators on aperiodic amplifiers. In order to compensate for the constant component of the signal at the output of the accelerometer, the output of the second integrator is connected through an integro-differentiating feedback amplifier to the input of the first integrator. Such a circuit forms an oscillatory link with a large time constant. The value of the time constant of the vibrational link is chosen so that for the minimum pumping frequency (0.05 Hz) the phase shift of the output signal relative to the input approaches 180 degrees.

Недостатком такого устройства является то, что в случае выведения его из установившегося режима, в нем возникает длительный переходный процесс, обусловленный большой постоянной времени звена, состоящего из двух апериодических усилителей, охваченных интегро-дифференцирующей обратной связью.The disadvantage of this device is that if it is removed from the steady state, a long transition process occurs in it, due to the large time constant of the link consisting of two aperiodic amplifiers covered by integro-differentiating feedback.

Наиболее близким является устройство для измерения вертикальной качки судна, патент РФ №2184675. Оно содержит вертикально расположенный акселерометр, вычитатель, первое и второе апериодические звенья, интегратор обратной связи, измеритель спектра и управляющее устройство, причем выход акселерометра связан с входом первого апериодического звена, выход которого связан с первым входом вычитателя, выход вычитателя связан с вторым апериодическим звеном, выход которого связан с интегратором обратной связи, а выход интегратора обратной связи - с вторым входом вычитателя, кроме того, выход акселерометра посредством измерителя спектра связан с входом управляющего устройства, один из выходов которого связан с первым апериодическим звеном, а второй - с интегратором обратной связи.The closest is a device for measuring the pitching of a vessel, RF patent No. 2184675. It contains a vertically located accelerometer, a subtractor, the first and second aperiodic links, a feedback integrator, a spectrum meter and a control device, the accelerometer output being connected to the input of the first aperiodic link, the output of which is connected to the first input of the subtractor, the subtractor output is connected to the second aperiodic link, the output of which is connected to the feedback integrator, and the output of the feedback integrator to the second input of the subtractor, in addition, the output of the accelerometer by means of a spectrum spectrum meter It is connected to the input of the control device, one of the outputs of which is connected to the first aperiodic link, and the second to the feedback integrator.

Недостатком прототипа является то, что изменение в процессе работы постоянных времени апериодического и колебательного звена является дополнительным возмущающим фактором. Поэтому в системе возникает переходный процесс, во время которого погрешность интегрирования значительно превышает заданные пределы.The disadvantage of the prototype is that the change in the process of operation of the time constants of the aperiodic and vibrational link is an additional disturbing factor. Therefore, a transient process occurs in the system during which the integration error significantly exceeds the specified limits.

Задачей предлагаемого устройства является повышение точности измерения вертикального перемещения судна.The objective of the proposed device is to increase the accuracy of measuring the vertical movement of the vessel.

Предлагаемое устройство для измерения вертикальной качки судна содержит вертикально расположенный акселерометр, схемы двойного интегрирования, измеритель спектра, коммутатор каналов, управляющее устройство, причем выход вертикально расположенного акселерометра соединен с входами схем двойного интегрирования, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора каналов, кроме того, выход акселерометра соединен с входом устройства вычисления максимума спектра, выход которого посредством управляющего устройства соединен с управляющим входом коммутатора каналов.The proposed device for measuring the vertical roll of a vessel contains a vertically located accelerometer, dual integration circuits, a spectrum meter, a channel switcher, a control device, the output of a vertically located accelerometer connected to the inputs of the dual integration circuits, the outputs of which are connected to the information inputs of the channel commutator, in addition, the output the accelerometer is connected to the input of the maximum spectrum calculator, the output of which is connected via the control device the control input of the switch channels.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что измеритель спектра определяет преобладающую частоту качки по сигналу акселерометра. Сигнал, пропорциональный преобладающей частоте качки, с выхода устройства измерения спектра поступает на вход управляющего устройства, которое в соответствии с текущим значением преобладающей частоты качки подключает к выходу коммутатора каналов один из выходных сигналов схем двойного интегрирования (информационных входов коммутатора каналов). Причем подключается сигнал от той схемы двойного интегрирования, параметры которой оптимальны для данной преобладающей частоты качки. Схемы двойного интегрирования работают параллельно и независимо друг от друга. Поэтому в отличие от прототипа, где изменяются параметры схемы двойного интегрирования, при переключении коммутатора каналов не возникает переходного процесса, так как параметры каждой схемы двойного интегрирования постоянны.The essence of the invention lies in the fact that the spectrum meter determines the predominant pitching frequency by the signal of the accelerometer. A signal proportional to the predominant pitching frequency is output from the output of the spectrum measuring device to the input of the control device, which, in accordance with the current value of the prevailing pitching frequency, connects one of the output signals of the double integration circuits (information inputs of the channel commutator) to the output of the channel switcher. Moreover, a signal is connected from that double integration circuit, the parameters of which are optimal for a given prevailing pitch frequency. Dual integration circuits work in parallel and independently of each other. Therefore, unlike the prototype, where the parameters of the double integration circuit are changed, when switching the channel switch, a transient process does not occur, since the parameters of each double integration circuit are constant.

На чертеже показана структурная схема устройства для измерения вертикальной качки судна.The drawing shows a structural diagram of a device for measuring the pitching of a vessel.

Устройство для измерения вертикальной качки судна содержит вертикально расположенный акселерометр 1, схемы двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N, устройство вычисления максимума спектра 3, коммутатор каналов 4, управляющее устройство 5, причем выход вертикально расположенного акселерометра 1 соединен с входами схем двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора каналов 4, кроме того, выход акселерометра соединен с входом устройства вычисления максимума спектра 3, выход которого посредствам управляющего устройства 5 соединен с управляющим входом коммутатора каналов 4.A device for measuring the vertical roll of a vessel comprises a vertically located accelerometer 1, dual integration schemes 2.1, 2.2, 2.3, ... 2.N, a device for calculating the maximum of spectrum 3, a channel switch 4, a control device 5, the output of a vertically located accelerometer 1 being connected to the inputs of the double integration schemes 2.1, 2.2, 2.3, ... 2.N, the outputs of which are connected to the information inputs of the channel 4 switch, in addition, the output of the accelerometer is connected to the input of the maximum spectrum calculating device 3, the output of which is you control device 5 is connected to the control input of the switch channel 4.

Работа устройства происходит следующим образом. Акселерометр 1 ориентируется по вертикали места с помощью гировертикали или бесплатформенной системы ориентации. При возникновении вертикальной качки на его выходе появляется сигнал, пропорциональный вертикальному ускорению. Этот сигнал поступает на входы схем двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N, каждая из которых обеспечивает требуемый фазовый сдвиг и время переходного процесса сигнала на возможных преобладающих частотах качки судна (каждая схема настроена на определенную преобладающую частоту качки). На выходах схем двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N появляется сигнал, пропорциональный вертикальному перемещению судна, который поступает на информационные входы коммутатора каналов 4.The operation of the device is as follows. The accelerometer 1 is oriented vertically using a gyrovertical or strapdown orientation system. When a vertical roll occurs, a signal proportional to vertical acceleration appears at its output. This signal is fed to the inputs of the dual integration schemes 2.1, 2.2, 2.3, ... 2.N, each of which provides the required phase shift and transition time of the signal at the possible prevailing ship pitch frequencies (each circuit is tuned to a specific prevailing pitch frequency). At the outputs of the double integration schemes 2.1, 2.2, 2.3, ... 2.N, a signal appears proportional to the vertical movement of the vessel, which is fed to the information inputs of the channel 4 switch.

С выхода акселерометра 1 сигнал поступает также на вход устройства измерения спектра 3, в котором определяется преобладающая частота качки. Сигнал, пропорциональный преобладающей частоте качки, с выхода устройства измерения спектра 3 поступает на вход управляющего устройства 5, которое в соответствии с текущим значением преобладающей частоты качки подключает к выходу коммутатора каналов 4 один из выходных сигналов схем двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N, причем подключается сигнал от той схемы двойного интегрирования параметры которой оптимальны для данной преобладающей частоты качки. Схемы двойного интегрирования 2.1, 2.2, 2.3,...2.N работают параллельно и независимо друг от друга. Поэтому в отличие от прототипа, где изменяются параметры схемы двойного интегрирования, при переключении коммутатора каналов 4 не возникает переходного процесса, так как параметры каждой схемы двойного интегрирования постоянны.From the output of the accelerometer 1, the signal also enters the input of the spectrum measuring device 3, in which the predominant pitching frequency is determined. A signal proportional to the predominant pitch frequency from the output of the spectrum measuring device 3 is fed to the input of the control device 5, which, in accordance with the current value of the predominant pitch frequency, connects one of the output signals of the double integration circuits 2.1, 2.2, 2.3, to the output of the channel 4 switch .2.N, and the signal from that double integration circuit is connected whose parameters are optimal for a given prevailing pitch frequency. Dual integration schemes 2.1, 2.2, 2.3, ... 2.N work in parallel and independently of each other. Therefore, unlike the prototype, where the parameters of the double integration circuit are changed, when switching the channel 4 switch, a transient process does not occur, since the parameters of each double integration circuit are constant.

Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии с чертежом, позволяет повысить динамическую устойчивость системы к импульсным воздействиям, возникающим, в частности, при ударах волны о борт судна, а так же при изменении его скорости движения. Устройство может быть реализовано в виде электронной схемы или (предпочтительно) в виде программы, работающей в реальном масштабе времени.Thus, the set of features of the proposed device, the implementation of which can be performed in accordance with the drawing, can increase the dynamic stability of the system to impulse effects that occur, in particular, when a wave hits a ship’s side, as well as when its speed changes. The device may be implemented in the form of an electronic circuit or (preferably) in the form of a program operating in real time.

Claims (1)

Устройство для измерения вертикальной качки судна, содержащее вертикально расположенный акселерометр, измеритель спектра, управляющее устройство, отличающееся тем, что в него дополнительно введены коммутатор и схемы двойного интегрирования, каждая из которых настроена на определенную частоту качки, причем выход вертикально расположенного акселерометра соединен с входами схем двойного интегрирования, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора, кроме того, выход акселерометра соединен с входом измерителя спектра, выход которого посредством управляющего устройства, соединен с управляющим входом коммутатора.A device for measuring the vertical roll of a vessel, comprising a vertically located accelerometer, a spectrum meter, a control device, characterized in that an additional switch and dual integration circuits are introduced into it, each of which is tuned to a specific rolling frequency, the output of a vertically located accelerometer being connected to the inputs of the circuits double integration, the outputs of which are connected to the information inputs of the switch, in addition, the output of the accelerometer is connected to the input of the spectrum meter, the output of which is through a control device connected to the control input of the switch.