Технические средства поддержки экспериментальных исследований
1. Вертикальная приемная система (ВПС)
1.1 Состав системы
|
Наименование |
Количество |
|
1 Секция приемная |
1 шт. |
|
1.1 Модули цифровые приемные |
17 шт. |
|
1.2 Кабельная линия связи и электропитания |
20 м |
|
2 Плавучесть |
1 шт. |
|
3 Якорь-массив |
1 шт. |
|
4 Магистральный кабель |
100 м |
|
5 Береговое устройство питания подводной части |
1 шт. |
|
6 Модуль управления и отображения информации |
1 шт. |
1.2 Секция приемная.
Секция приемная состоит из кабельной линии связи и электропитания, на которой смонтированы модули приемные. Для кабельной линии использован кабель СМПЭВГ 60 7х0.75. Длина кабельной линии – 20 м. Особенностью конструкции является то, что кабель проходит внутри гидроакустического приемного модуля, чем обеспечивается круговая равномерная характеристика направленности модуля в горизонтальной плоскости.
Основные элементы платы обработки информации модуля приемного ВАПС:
1) Процессор STM32F407I (Корпус BGA):
- ядро 32 бит Cortex M4 + FPU (Ускоритель вычислений с плавающей точкой);
- частота работы 168МГц;
- ОЗУ 192кБ, ПЗУ Flash 1МБ;
- ОЗУ MT45W8MW16 (16МБ) (корпус BGA);
- АЦП ADS8327 16-бит, частота дискретизации 900кГц;;
- кварцевый генератор с частотой 16MГц.
2) Датчик температуры ADT7310 (точность 0.5грС).
3) Датчик положения LSM303 (акселерометр).
4) Датчик измерения центростремительного ускорения L3GD20.
5) Драйвер RS485 LTC2854 (20Mбит).
6) Драйвер RS485 LTC2854 (20МБит) для синхронизации.
1.3 Плавучесть, якорь-массив
Вертикальность приемной секции обеспечивается плавучестью и якорем-массивом. Якорь-массив представляет собой металлический монолит весом около 20 кг. Якорь-массив устанавливается на дне и обеспечивает фиксацию приемной секции в заданной точке акватории. Плавучесть выполнена из пенопласта с закрытыми порами, не впитывающего воду.
1.4 Магистральный кабель
В качестве магистрального кабеля использован судовой герметизированный кабель с пластмассовой изоляцией и оболочкойСМПЭВГ 60 7х0.75
2. Измеритель температурного профиля
Измеритель температурного профиля конструктивно совмещен с вертикальной пространственно-развитой приемной системой.
В измерителе температурного профиля используется цифровой датчик температуры ADT7310.
Расстояние между датчиками температуры в соответствие с конструкцией вертикальной приемной антенны составляет 0.5м с 1 по 7 и 1.5м с 7 по 17.
3. Измеритель параметров поверхностного волнения
4. Буксируемый высокочастотный излучатель
Состав буксируемого высокочастотного излучателя приведен в таблице
|
Наименование |
Количество |
|
1 Излучающий модуль |
1 шт. |
|
2 Буксируемый аппарат |
1 шт. |
|
3 Электронный блок излучателя |
1 шт. |
|
4 Кабель-буксир |
30 м |
|
5 Судовое устройство питания излучателя |
1 шт. |
|
6 Модуль управления |
1 шт. |
Излучающий высокочастотный модуль установлен на корпусе подводного аппарата, который буксируется судном-буксировщиком. В электронном блоке излучателя выполняется генерация и усиление излучаемого сигнала, контролируется глубина аппарата. Электропитание и управление излучателем производится из судна по кабелю буксиру.
4.2 Излучающий модуль
Диапазон рабочих частот излучающего модуля - 10-100 кГц. В горизонтальной плоскости направленность отсутствует. В вертикальной плоскости направленность излучателя – 60 град., по уровню –3дБ.
Максимальный уровень излучения – 210 Па.
4.3 Буксируемый аппарат
Буксируемый аппарат предназначен для буксировки излучающего модуля на заданной глубине при устойчивом положении аппарата по дифференту и крену. Устойчивость буксировки достигается тем, что аппарат содержит удлиненный корпус, хвостовое оперение с разнесенными по четырем сторонам корпуса плоскостями и узел крепления гибкой связи с кабелем-буксиром сверху корпуса аппарата. Корпус состоит из трех частей – носовой утяжеленной части - обтекателя, средней цилиндрической части, в которой находится электронный блок, и кормовой части на котором находится оперенье. Для подключения кабеля к электронному блоку используется разъем Birns Mini Connector (MC) на 8 пинов на корпусе аппарата.
4.4 Электронный блок
4.4.1 Назначение
В электронном блоке, по команде модуля управления, выполняется формирования и усиления ультразвукового сигнала излучения. В блоке заложена возможность излучения тональных и импульсных сигналов. Диапазон частот излучаемых сигналов – (10-100) кГц.
В электронном блоке, также, измеряется глубина буксируемого излучателя.
4.4.2 Состав электронного блока
В состав электронного блока входит:
плата процессора;
плата усилителя мощности и источника питания.
Для измерения глубины буксировки излучателя в электронный блок включен датчик давления Honeywell.
Основные характеристики DSP-контроллера платы процессора:
- DSP-контроллер – TMS320F2811;
- максимальная тактовая частота – не менее 80 МГц;
- объём оперативной памяти – 18 Кслов;
- объём Flash-памяти – 128 Кслов;
- количество выходных каналов ЦАП – 2;
- динамический диапазон ЦАП – не менее 66 дБ;
- максимальная частота дискретизации ЦАП – не менее 1 МГц.
Характеристики усилителя мощности и источника питания (УМ и ИП).
- тип выходного каскада УМ – мостовой;
- характер сопротивления нагрузки – емкостной;
- максимальная ёмкость нагрузки – не менее 30000 пф;
- полоса рабочих частот – 20-75 кГц;
- неравномерность АЧХ – не более ±2 дБ;
- максимальное выходное напряжение – 40 В;
- тип входного напряжения ИП – постоянное;
- диапазон входных напряжений ИП – 100-200 В;
- частота преобразования - 260±26 кГц;
- номинальные значения выходных напряжений - +5±0,25 В, +2,5±0,25 В, +68±4 В.
4.5 Кабель-буксир
В качестве кабеля-буксира использован судовой герметизированный кабель с пластмассовой изоляцией и оболочкойСМПЭВГ 60 7х0.75 усиленный капроновым тросом.
4.6 Судовое устройство питания излучателя
Для электропитания электронного блока буксируемого излучателя используется аккумуляторная батарея с напряжением постоянного тока 12 В.
4.7 Модуль управления - Notebook.
5. Измеритель профиля дна
5.1 Особенности построения измерителя профиля дна
Измеритель профиля дна представляет собой эхолот (в настоящей разработке - устройство приемоизлучающее гидроакустическое – УПИГ) конструктивно встроенный в буксируемый аппарат высокочастотного излучателя.
5.2 Состав УПИГ измерителя профиля дна
В состав УПИГ входит:
- приемоизлучатель;
- электронный цифровой блок.
Электронный блок УПИГ совмещен с электронным блоком буксируемого излучателя (п.4.4.2). В состав электронного блока УПИГ дополнительно включена плата предварительного усилителя.
Характеристики предварительного усилителя:
- тип входного сигнала – дифференциальный.
- коэффициент передачи – 30±0,5 дБ.
- полоса рабочих частот – 10-100 кГц.
- спектральная плотность шума в полосе рабочих частот – не более 4,5 нВ/ÖГц.
5.3 Технические характеристики УПИГ:
- частота несущей зондирующего сигнала – (50-75) кГц;
- длительность зондирующего сигнала – не менее 0,5мс;
- период повторения зондирующих сигналов – не менее 0,1с;
- полоса частот полезного сигнала – не более 2 кГц;
- максимальный уровень зондирующего сигнала
на выходе усилителя мощности – не менее 40В;
- динамический диапазон приемного тракта – не менее 80 Дб;
- разрядность аналого-цифрового преобразования – 12;
- потребляемая мощность – не более 2 Вт.
- коэффициент усиления предусилителя – 30
- спектральная плотность собственных шумов предусилителя – не более 10нВ/Гц0.5
Излучатель и приемник приемоизлучателя составляют единую конструкцию и установлены в нижней части буксируемого аппарата.
Чувствительность приемника в диапазоне рабочих частот – не менее 100мкВ/Па.
Коэффициент электроакустического преобразования излучателя в диапазоне рабочих частот – не менее 5 Па/В.
Параметры системы передачи информации по кабелю буксиру для цифрового канала:
- протокол физического уровня – RS-485;
- тип передачи – полудуплексный;
- скорость передачи – до 230.4 кбод;
- режим передачи – асинхронный.
5.4 Управление и вывод информации на Notebook.