Разработка телекоммуникационной системы для поддержки научно-исследовательской деятельности ИО (стр. 3 из 8)

В качестве протокола общения системного модуля с береговым центром применен промышленный протокол передачи данных Modbus. Применение промышленного хорошо проверенного протокола передачи данных позволяет повысить надежность канала передачи и упростить подключение станции к разнообразным устройствам сбора данных. [5]

1.1.3 Значение подсистемы сбора ГФП в составе ПО

Основное назначение подводной обсерватории – снимать показания требуемых параметров с датчиков, поэтому очевидно, что ключевую роль в ПО играет подсистема сбора гидрофизических параметров.

Первой и очень важной задачей при проектировании подсистемы сбора ГФП является выбор оптимального первичного преобразователя, поскольку его параметры, такие как точность, надежность, стоимость, частота измерений, потребляемая мощность и т.п. во многом определяют облик проектируемой системы.

1.2 Анализ существующих технических решений подсистемы сбора гидрофизических параметров

В основе существующих решений подсистемы сбора ГФП лежит CTD-зонд. В задачу CTD-зонда входит сбор информации о температуре и электропроводности водной среды. CTD зонд является одним из основных инструментов экспериментальной океанологии. Его выпускают большое количество компаний. Из этих компаний наиболее известны фирмы Sea-Bird Electronics, Inc., Falmouth Scientific, Inc. и IDRONAUT S.r.l. CTD зонды также могут комплектоваться дополнительными измерительными каналами. Как правило, такие комплексы предназначены для изучения океана по какому-либо специфическому научному направлению, мало отвечают долговременным экологическим задачам, охватывающих широкий круг вопросов и не предназначены для длительных постановок. Из имеющихся подводных донных обсерваторий можно выделить проект обсерватории Geostar.

Проект «Geostar» предусматривает: многофункциональность, получение возможности использования относительно недорогих специальных средств при разворачивании станции прямо с поверхности моря при работе в тяжелых условиях, использование комплексных систем связи, включающих гидроакустическую линию связи морское дно-поверхность, спутниковую связь в квазиреальном времени и несколько одноразовых капсул данных, периодически выпускаемых обсерваторией на поверхность. Предусмотрен также интерфейс для использования подводного кабеля. Архитектура «Geostar» открыта для ведения программ других экспериментов и перераспределения оборудования. Структура обсерватории «Geostar» показана на рис. 4

Из отечественных систем – в ОКБ ОТ РАН по заказу Министерства науки РФ в рамках государственного контракта разработана подводная донная обсерватория, включающая в себя сейсмометр, спектроанализатор, датчик магнитного поля, гидрофизический модуль с датчиками температуры, статического давления, вектора скорости и электропроводности, блок контроля радиоактивных загрязнений.

Рисунок 4. Структура обсерватории «Geostar»

Структурная схема аппаратурного комплекса обсерватории представлена на рис. 5. Она включает в себя: погружаемый комплекс (ПК); береговой центр сбора и обработки информации (ИОЦ); глубоководный оптоволоконный кабель; подводные ретрансляторы; судовой комплекс контрольного оборудования (СКО). [2]

Следует отметить, что структура и элементы комплекса разрабатывались с учетом возможности создания на их основе последовательных и радиальных сетей исследовательских подводных обсерваторий. Структурные схемы таких сетей представлены на рис. 6 и 7.

Последовательная сеть ИПО состоит из обсерваторий, присоединенных к одному глубоководному кабелю, радиальная сеть ИПО – из обсерваторий, каждая из которых подсоединена к отдельному глубоководному кабелю.

На рис. 8 приведена функциональная схема ПК исследовательской подводной обсерватории.

В настоящее время ПК укомплектован следующими измерительными каналами и устройствами:

– трехкомпонентным донным сейсмометром с датчиком пространственной ориентации (ДСМ);

– подводным спектроанализатором (ПСА);

– датчиком магнитного поля (ДМП);

– гидрофизическим модулем с датчиками температуры, статического давлений, вектора скорости течения и электропроводности (ГФМ)

– блоком контроля радиоактивных загрянений (БКРЗ);

– блоком регистрации и управления (БРУ);

– подводной аппаратурой гидроакустического телеуправления (ПАГАТ);

– несущей платформой (НП);

Рисунок 5. Аппаратурный комплекс обсерватории

Рисунок 6. Структурная схема последовательной сети ИПО

Рисунок 7. Структурная схема радиальной сети ИПО

Рис. 8. Функциональная схема ПК исследовательской подводной обсерватории

Рис. 9. Гидрофизический модуль с датчиками температуры, статического давления, вектора скорости течения и электропроводности (ГФМ)

Гидрофизический модуль с датчиками температуры, статического давления, вектора скорости течения и электропроводности.ГФМ входит в состав ПК подводной исследовательской обсерватории и предназначен для измерения следующих параметров: температуры; давления; электропроводимости; вектора скорости течения (трехосный акустический измеритель течений); ориентации платформы обсерватории (крен-дифферент).

Внешний вид ГФМ приведен на рис. 9, а технические характеристики – в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики ГФМ

Параметр	Диапазон	Погрешность	Разрешение	Временной дрейф, на 1 месяц
Скорость течения	0…2 м/с	0,3 см/с	0,03 см/с	0,15 см/с
Направление	360°	±2°	1°	-
Крен-дифферент	30°	2°	0,1°	-
Температура	-5… 45 °С -2…35 °С	0,25 °С 0,01 °С	0,015 °С 0,0001 °С	0,002 °С
Давление	6000 м 7000 м	±0,5% ±0,05%	0,1% +7 м	0,7% на диапазонтемператур0…50 °С±0,01%
Электропроводимость	2…75 мСм/см 0…70 мСм/см	0,2 мСм/см 0,005 мСм/см	0,02 мСм/см 0,0001 мСм/см	0,002 мСм/см