АВТОНОМНЫЙ РЕГИСТРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ДАВЛЕНИЙ

Полезная модель относится к области гидроакустики. Она может быть использована в качестве технического средства измерений импульсных давлений в жидкости при создании и эксплуатации систем противодействия подводному терроризму, а также разминирования, основанных на электрогидравлическом ударе [1, 2, 3]. Известен подводный регистратор давлений, содержащий датчик импульсных давлений, автономный источник питания, согласующий усилитель, размещенные в герметичном экранированном корпусе, а также соединительный коаксиальный кабель [4, 5]. Подводный кабель соединяет регистратор и измерительную аппаратуру, размещаемую на плавсредствах или на берегу.
Основным недостатком такого регистратора является его малая надежность в условиях воздействия мощных электромагнитных помех, возникающих при высоковольтном разряде в воде (до 100 кВ). Наводимое в соединительном кабеле напряжение может вывести из строя электронные компоненты регистратора и измерительную аппаратуру.
Известен регистратор давления, подключаемый к измерительной аппаратуре через неметаллический оптоволоконный кабель [6]. Использование данного устройства ограничено возможными зацепами оптоволоконного кабеля за неровности дна, камни, водоросли. Кроме того, мобильность процесса измерений снижает необходимость разматывания и прокладки длинного кабеля под водой, особенно на больших дальностях.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и скорости измерений импульсных давлений в воде при сложном рельефе дна, наличии водорослей, в условиях мощных электромагнитных помех.
Достигнутый технический результат обеспечивается введением в состав регистратора высокоточных часов реального времени, микроконтроллера со встроенным быстродействующим аналого-цифровым преобразователем (АЦП), съемного запоминающего устройства в виде карты памяти формата microSD, USB разъема для подключения к персональному компьютеру. Это делает регистратор импульсных давлений автономным, не требующим длинных соединительных кабелей.
На рисунке 1 показана структурная схема подводного автономного регистратора импульсных давлений (АРИД). Автономный регистратор состоит из датчика импульсных давлений (1), автономного источника питания (2), согласующего усилителя (3), высокоточных часов реального времени (4), микроконтроллера со встроенным быстродействующим аналого-цифровым преобразователем (5), съемной карты памяти microUSB (6), USB разъема для подключения к персональному компьютеру (7), экранирующего корпуса (8).
Автономный регистратор импульсных давлений работает следующим образом. Чувствительным элементом является пьезоэлектрический датчик (1). Датчик закрепляется в корпусе (8) таким образом, чтобы соединение обеспечивало герметичность в условиях воздействия импульсных давлений со значениями сотни атмосфер. Сигнал датчика (1) через согласующий усилитель (3) поступает на микроконтроллер. Согласующий усилитель (3) обеспечивает преобразование сигналов с датчика импульсных давлений к виду, который может быть обработан микроконтроллером. АЦП, встроенный в микроконтроллер (5), обеспечивает непрерывное преобразование информации из аналогового вида в цифровой. Частота дискретизации входного сигнала в АЦП выбирается по теореме Котельникова. Отсчеты с выхода АЦП микроконтроллера заносятся в кольцевой буфер - непрерывный участок памяти, по заполнении которого новые данные записываются поверх старых, начиная с младших адресов. Микроконтроллер осуществляет непрерывный анализ сигналов на выходе АЦП. В отсутствие импульсных давлений в среде нахождения датчика величина на выходе АЦП не превышает заданного порогового уровня. Уровень порога срабатывания в микроконтроллере выставляется несколько выше уровня шумов внешней среды и внутренних шумов АРИД. Как только один из отсчетов на выходе АЦП выйдет за пороговое значение, начинается формирование кадра данных. Микроконтроллер обеспечивает запись на карту памяти данных из кольцевого буфера, т.е. сигналов, характеризующих предысторию возмущения, и определенное количество данных с выхода АЦП с момента превышения порогового уровня, описывающих непосредственно импульс давления. Далее микроконтроллер снимает показания часов (4) и записывает их на карту памяти (6) вместе с массивом данных измерения величины импульсного давления. Таким образом, каждый сохраненный на карте памяти массив данных измеренного импульсного давления имеет привязку к астрономическому времени момента измерения, что необходимо для последующей синхронизации при обработке результатов измерений. Такой порядок работы АРИД гарантирует запись профиля импульсных давлений в среде с высоким разрешением по времени, в течение длительного срока, на модуль памяти сравнительно небольшого объема. По окончании измерений корпус изделия вскрывается и с использованием коммуникационного кабеля производится считывание данных с карты памяти (6) АРИД в ПЭВМ. Возможен альтернативный вариант переноса результатов измерений с карты памяти в ПЭВМ с применением стандартных устройств чтения карт памяти формата microSD. Корпус (8) АРИД выполнен из цветного металла и имеет достаточно большую толщину, чтобы обеспечить эффективную защиту от воздействия мощных электромагнитных помех и давлений среды.
Питание АРИД в процессе измерений осуществляется от встроенного неотделяемого перезаряжаемого автономного источника (2). Зарядное устройство автономного источника питания входит в состав АРИД. Для заряда перезаряжаемого автономного источника питания требуется внешний источник постоянного тока.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Бескаравайный Н.М., Поздеев В.А. Теоретические основы измерения импульсных давлений в жидких средах. Киев, «Наукова думка», 1981, с. 97-105.
2. Щербаков Г.Н., Сахнов Е.Н. Использование электрогидравлического эффекта в средствах противодействия подводному терроризму. Специальная техника, 2013. №2, с. 2-6.
3. Щербаков Т.Н. и др. Разработка средств борьбы с роботами-разведчиками и противодесантными минами. Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы. 2013, №1, с. 10-14.
4. Мясников Л.Л. и др. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике. Ленинград, 1974, с. 115-186.
5. Аббясов 3. и др. Устройство для измерения уровней давления гидроакустических полей плавсредства. Патент РФ №2141740, МПК H04R, дата публикации 20.11.1998.
6. Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. Перевод с английского. Техносфера. М., 2006, с. 163-166, 169-171.