научная статья по теме МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И НОВЫЕ КАНАЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И НОВЫЕ КАНАЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 321-325

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 551.465

МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И НОВЫЕ КАНАЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

© 2015 г. Г. В. Смирнов, А. Л. Оленин

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail:gvsmirnov@ocean.ru; olenant@hotmail.com Поступила в редакцию 24.06.2013 г., после доработки 28.08.2014 г.

В статье приведены результаты анализа развития и построения океанографических информационно-измерительных систем в 60—70 и 80-90-х годах и рассмотрены основные принципы построения современных систем измерения океанографических параметров. Представлена разработка технологической платформы многоканальных гидролого-оптико-химических измерительных комплексов, позволяющей объединять традиционные и вновь разрабатываемые каналы измерения океанографических параметров.

DOI: 10.7868/S0030157415020185

Экспериментальные исследования Мирового океана, выполненные во второй половине 20-го века привели к открытию в эксперименте "Поли-гон-70" синоптической изменчивости океана и открытию синоптических вихрей. Дальнейшее исследование синоптических вихрей выполнялось в международном эксперименте "ПОЛИМОДЕ", где были существенно развиты технологии комплексных наблюдений состояния океана с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ), свободно дрейфующих буйковых станций (дрифтеров) и методов усвоения разнородных наблюдений в моделях состояния морской среды.

Работы по дальнейшему развитию методов мониторинга синоптических процессов в океане с помощью ИСЗ и контактных наблюдений с дрифтеров были продолжены в Морском гидрофизическом институте (МГИ, г. Севастополь) в рамках программы "Океан". В концентрированном виде наблюдательную и методическую основы методов оперативного мониторинга и прогноза состояния морской среды освещают монографии [1, 2], подготовленные коллективами авторов Института океанологии им. П.П. Ширшова (ИО РАН) и МГИ.

Одновременно с проведением эксперимента "Полигон-70", международного эксперимента "ПОЛИМОДЕ" и программы "ОКЕАН" планировались и разворачивались работы по программе "Разрезы" с целью разработки теории долгосрочного прогноза погоды и теории климата.

Программа "Разрезы" была посвящена, в том числе, разработке средств, методов и систем наблюдений, которые позволяют обеспечивать разрабатываемые модели климата и долгосрочного прогноза погоды необходимыми экспериментальными данными. Выполненная часть работы

по этой программе является хорошей основой для создания систем диагноза и прогноза состояния океанических бассейнов.

Подводя итоги экспериментальных исследований Мирового океана во второй половине 20 века, надо отметить, что проблема обеспечения всех проектов моделирования климата необходимыми экспериментальными данными остается актуальной. В этой связи возникают следующие требования к техническому и методическому обеспечению гидрофизического зондирования.

Необходима разработка принципиально новых технологий и технических средств экспериментальных исследований на подспутниковых полигонах. Создание новых измерительных каналов и приборов, позволяющих: производить прямые измерения in situ горизонтальных и вертикальных скоростей течений в водной толще; осуществлять в морской воде определение концентрации минеральной взвеси и взвешенного органического вещества; регистрировать наличие и концентрацию растворенных в морской воде веществ. Новые измерительные каналы характеризуются высокой частотой опроса и большими массивами передаваемой информации. Функционирование таких каналов возможно только при использовании волоконно-оптических технологий связи между погружаемыми и судовыми устройствами измерительных комплексов.

Таким образом, для разработки технических средств, удовлетворяющих сформулированным требованиям, целесообразно создать технологическую платформу, позволяющую: а) обеспечивать интеграцию, в составе базового информационно-измерительного комплекса технологической платформы, любых существующих каналов измерения океанологических параметров; б) ас-

Г

H

Погружаемое устройство

Гидрофизический модуль

А &

if а

(U

G

S

g

о о К

ч о и о а G о

3

м

(U

4

m

о

^

о

M

о (U № « G

G G

H (U

ce ч

т и

о ce

о ч

а

ч

G

Г

S о

s ^

H <D

К ft

(U о

Я g

« S

S л

G т

Ч и о

<ri

m о

4

о о

о G

w G

ч (ij

& ч и

« а G

о «

и G

G

« т

о о

G Ч о м

Ч о

С ю

о

5

К

ce

M «

к и а

Рч

Экспериментальные измерительные каналы

« о

w Э

S £ g

К

я s

H

g s

s 2

n К G

§ s

К Я

S й

о щ

(U 2

G о

о «

m &

m <D

Рч

НК1 НК2 НК3 НК4 НК5 НК6 НК7

l2c

Центральный контроллер

Блок управления гидрофизическими каналами

Модуль управления, сбора и обработки данных

ni

Многовходовой оптический модем

к электронным

блокам погружаемого устройства

Блок связи и питания

L

J

Г

Судовое оборудование комплекса

Вращающийся отптический и электрический переход

Электрическая лебедка

GPS-

приемник

L

Рабочее место операторов многоканального измерительного комплекса

RS232

Ethernet

RS232

Ethernet

RS232

Многовходовой оптический модем

Рис. 1. Функциональная схема МГОХК.

симилировать в базовый комплекс технологической платформы новые измерительные каналы, такие как, например, канал идентификации и определения концентрации минеральной взвеси и взвешенного органического вещества в морской воде; в) обеспечивать измерительный комплекс мощной системой электропитания.

В ИО РАН создана специальная технологическая платформа для разработки, испытаний и аттестации новых измерительных каналов параметров морской среды. Технологическая платформа включает в себя: а) функциональную схему многоканаль-

ного измерительного гидролого-оптико-химического комплекса; б) волоконно-оптическую линию связи, включающую кабельную лебедку с вращающимся волоконно-оптическим переходом, волоконно-оптический кабель-трос и многоканальные оптические модемы (мультиплексоры) погружаемого и судового устройства, в) погружаемое гидролого-оптико-химическое измерительное устройство; г) бортовое устройство, включающее: рабочее место оператора (электронный блок, бортовая ЭВМ и GPS-приемник), блок питания технологической платформы и линию связи, упомянутую выше.

МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

323

Рис. 2. Общий вид комплекса технологической платформы МГОХК на палубе НИС "Денеб" во время морских испытаний в Черном море в 2013 г. 1 — погружаемое устройство МГОХК, 2 — специализированная морская лебедка с оптоволоконным кабель-тросом, 3 — оптико-электрический оригинальный вращающийся переход.

Функциональная схема многоканального измерительного гидролого-оптико-химического комплекса (МГОХК) технологической платформы приведена на рис. 1. Разработанная структура схемы обеспечивает интеграцию в своем составе существующих измерительных океанологических каналов и позволяет расширять функции комплекса за счет включения в его состав вновь создаваемых измерительных каналов. Комплекс может функционировать в двух режимах. Во-первых, может быть обеспечен режим работы аналогично гидрологическим зондам с передачей информации по кабель-тросу без использования волоконно-оптической линии связи (левая часть функциональной схемы, 1—6—измерительные и 7—резервный каналы) [3]. Во-вторых, информация, получаемая всеми каналами, может передаваться через нормализующие контроллеры, центральный

контроллер, многовходовой оптический модем (мультиплексор), волоконно-оптическую линию связи, вращающийся оптический переход, бортовой многовходовой оптический модем (демульти-плексор) на рабочее место оператора МГОХК. Такая схема построения позволяет одновременно использовать оба режима сбора и передачи информации.

После разработки функциональной схемы МГОХК технологической платформы и его лабораторных испытаний были сформулированы требования к основным узлам технологической платформы с учетом оснащения ее погружаемого и бортового устройств волоконно-оптической линией связи. Детальная проработка показала, что целесообразно использовать кабель-трос с одной рабочей и одной резервной волоконно-оптическими жилами. В процессе разработки

к

Г

!

0.35 см

I_I

Рис. 3. Видео кадр, полученный камерой измерительного канала регистрации частиц взвеси в морской воде в процессе морских испытаний МГОХК. На изображении идентифицируются представители черноморского планктона.

МГОХК были подготовлены и согласованы с предприятием-изготовителем Технические задания на специальную волоконно-оптическую кабель-тросовую лебедку, сопутствующие изделия и устройства, заключен договор и изготовлено устройство. Ниже приведены технические характеристики специальной лебедки:

объем для кабель-троса D9.4мм, м 350

тяговое усилие, кг 200

габариты, мм 1400 х 900 х 1000

масса (с кабель-тросом), кг 420

электрический токопереход 8 дорожек

оптический вращающийся переход 1 канал

Лебедка оснащена ленточным тормозом с ручным винтовым приводом, и дублированным храповым механизмом автоматического стопора барабана. Оптико-волоконный канал обеспечивает 4-х канальную передачу информации в формате

FastEthernet 100МЪк и одноканальную в формате И5485. Кабель-трос имеет следующие характеристики:

сигнальные жилы две одномодовые

волоконные жилы,

токоведущие жилы одна витая пара 2 х 0.35 мм2

две силовые жилы 0.7 мм2

внешний диаметр, мм 9.4

количество повивов 2

грузонесущей оплетки

разрывная нагрузка, кН 55

максимально допустимая нагрузка по условию работоспособности оптических волокон, кН 18

На рис. 2 приведен общий вид комплекса технологической платформы МГОХК и погружаемое устройство в процессе морских испытаний

МОРСКИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

325

макета технологической платформы и новых измерительных каналов. Зондирования производились в Черном море в окрестности Голубой бухты (г. Геленджик) на глубинах до 200 м. Были получены зависимости распределения по глубине значений: температуры морской воды, электрической проводимости, концентрации растворенного в воде кислорода, показателя ослабления направленного света и гидростатического давления. Ср

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»