ПОДВОДНАЯ СТАНЦИЯ
UNDERWATER STATION

Изобретение относится к подводным техническим средствам для научно-исследовательских, геологических и других подводных работ.
Известна автономная донная сейсмическая станция по патенту RU 2229146, МПК G01V 1/38, публикация 20.05.2004, которая содержит глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры, размещенный в герметичном сферическом контейнере, устройство постановки и снятия носителя с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателей в нижней части носителя геофизической аппаратуры.
Известна подводная станция со съемным электропитанием по патенту US 4780863, МПК G01V 1/38, публикация 25.10.1988. Подводная станция содержит блок с измерительной аппаратурой, размещенный в контейнере, размыкательное устройство и якорное устройство, в котором размещается блок сменного электропитания. Данное устройство позволяет заменять батареи, а также позволяет извлечь батареи после окончания работы станции и всплытия блока с измерительной аппаратурой.
Известна подводная сейсмостанция по патенту US 6951138, МПК G01V 1/38, публикация 04.10.2005. Станция размещена в контейнере и содержит измерительный блок и отделяемое якорное устройство. Она снабжена двигательным устройством и устройством управления движением станции при погружении и всплытии. Данное устройство автономно запускается с корабля и, планируя в заданную точку, устанавливается на грунте. По команде всплывающий модуль отделяется от якоря и при всплытии также направляется двигательным устройством в необходимую точку.
Известные подводные станции достаточно сложны в изготовлении и эксплуатации. Подводные станции, особенно предназначенные для работы на больших глубинах, должны содержать один или несколько прочных разъемных корпусов, выполненных из прочного материала, стекла, титана или композитных материалов, которые являются дорогими в исполнении и требуют сложных разъемных соединений. Для проверки и настройки аппаратуры на корпуса устанавливаются герметичные глубоководные вводы.
Станции требуют замены или зарядки энергией блоков питания аппаратуры. Поэтому все корпуса станций являются разъемными.
Заявляемая подводная станция не имеет указанных недостатков, проста в изготовлении и эксплуатации.
Подводная станция содержит всплывающий блок измерительной аппаратуры и якорное устройство. Всплывающий блок измерительной аппаратуры и якорное устройство выполнены в виде монолитных модулей. Модуль измерительной аппаратуры установлен на модуль якорного устройства и соединен с последним размыкающим устройством. Модуль якорного устройства содержит источник питания. Модуль якорного устройства и модуль измерительной аппаратуры включают элементы устройства для бесконтактной передачи энергии от модуля якорного устройства в модуль измерительной аппаратуры.
Такая конструкция подводной станции не предполагает корпуса станции, так как модуль измерительной аппаратуры и модуль якорного устройства выполнены в виде монолитных модулей. В частности, они могут быть выполнены путем заливки и отвержения пластической массы, при этом в качестве таких веществ могут использоваться форполимеры. Модули не требуют обслуживания в процессе всего срока эксплуатации.
Особенность конструкции заключается в том, что модуль якорного устройства содержит источник питания, при этом питание передается в модуль измерительной аппаратуры посредством устройства для бесконтактной передачи энергии.
За счет такой конструкции станции снижается эксплутационные расходы на ее обслуживание. Время на подготовку станции, в том числе на корабле, значительно экономится за счет отсутствия операций по размыканию прочного корпуса, разъемов и т.д. Станция быстрее извлекается из воды и перемещается по кораблю, что позволяет также сэкономить корабельное время.
В частном случае выполнения блок измерительной аппаратуры включает положительную плавучесть в виде поплавка, выполненного из пластмассы/пластика с микросферами.
Модуль измерительной аппаратуры может включать аккумуляторы, например электрические аккумуляторы, для того чтобы обеспечивать работу станции после ее отделения от модуля якорного устройства.
Модуль измерительной аппаратуры может дополнительно включать гидроакустический приемопередатчик для связи станции с надводным или подводным средством, с которого могут отдаваться команды. Кроме того, модуль может включать приемник GPS для определения местоположения станции в надводном положении и маяк для облегчения ее поиска в темное время после всплытия.
Для передачи данных из модуля измерительной аппаратуры он может дополнительно включать приемопередатчик беспроводной связи, с помощью которого данные передаются с измерительной аппаратуры станции для дальнейшего использования. В этом случае на модуле нет необходимости устанавливать выходные разъемы.
Модуль якорного устройства в качестве источника питания модуля измерительной аппаратуры может включать электрические батареи.
Устройство для бесконтактной передачи энергии от модуля якорного устройства в модуль измерительной аппаратуры может быть выполнено в виде устройства бесконтактной передачи электрической энергии, при этом модуль якорного устройства содержит передатчик электрической энергии, а модуль измерительной аппаратуры содержит приемник электрической энергии.
Технология изготовления модулей ранее не применялась для изготовления модулей подводных станций.
Несмотря на кажущуюся простоту изготовления модулей, использование данной конструкции придает модулям станции новые и неизвестные ранее технические свойства. Например, такая конструкция обеспечивает пространственно распределенный теплоотвод, позволяющий достичь крайне высокой интеграции элементов на единицу площади печатной платы, что дает возможность, с одной стороны, выполнять модули простыми и дешевыми в изготовлении, с другой стороны, делать аппаратуру модулей сколь угодно сложной, выполняющей любые необходимые задачи.
При этом модули просты в эксплуатации и не могут нарушить экологию района, даже при их оставлении на поверхности или морском дне, так как могут быть выполнены из материалов, например форполимеров, которые практически не разлагаются и сохранят начинку модулей от контакта с внешней средой.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 приведен общий вид подводной станции в сборе, на фиг.2 показан модуль якорного устройства, а на фиг.3 приведена конструкция модуля измерительной аппаратуры.
Подводная станция содержит модуль 1 измерительной аппаратуры, модуль 2 якорного устройства (фиг.1). На модуле 1 измерительного устройства установлена положительная плавучесть в виде поплавка 5. В положении, когда модули 1 и 2 установлены один на другом, они соединены между собой через размыкающее устройство 3 с соединителями 4, например, резиновыми лентами, закрепленными в отверстиях 13 фланца модуля 1 измерительного устройства (фиг.1, фиг.3).
Модуль 2 якорного устройства (фиг.2) включает источник питания 10, состоящий, например, из батарей 14. В качестве источника питания могут использоваться электрохимические источники, работающие путем электролиза морской воды, топливные элементы, или другие источники электрического питания.
Модуль 2 якорного устройства включает передатчик 8 электрической энергии, а модуль 1 измерительной аппаратуры включает приемник 9 электрической энергии (фиг.3), которые составляют устройство бесконтактной передачи энергии, работающее на основе индукционного метода передачи электрической энергии.
Модуль 1 измерительной аппаратуры включает также гидроакустический приемопередатчик 6, приемопередатчик 7 связи с подводной станцией, блок 11 измерительной и управляющей аппаратуры, который комплектуется в зависимости от назначения подводной станции. Например, в случае станции, применяемой для сейсмических измерений, он включает в качестве датчиков сейсмоприемники. В модуле 1 устанавливаются также аккумуляторы 12, необходимые для работы аппаратуры. В модуле 1 устанавливается также приемопередатчик беспроводной связи (не показан) для передачи данных из измерительного блока 11. Вместо приемопередатчика беспроводной связи для передачи данных из модуля на его корпусе может быть установлен разъем или разъемы.
Модули 1 и 2 станции изготавливаются монолитными путем заливки пластической массой элементов модулей и последующего отвержения. В качестве пластической массы могут использоваться форполимеры. В качестве пластической массы, составляющей монолит модулей, могут использоваться любые вещества, известные уровня техники.
Поплавок 5 может быть изготовлен из пластмассы или пластика с микросферами, содержащими полости.
Изготовленная таким образом станция может эксплуатироваться в большом диапазоне глубин, от мелководья до предельных глубин мирового океана.
Подводная станция работает следующим образом.
Аккумуляторы 12, необходимые для работы аппаратуры всплывающего модуля 1, могут быть предварительно бесконтактно заряжены от зарядного устройства, на фигурах не показанного, находящегося на корабле.
Всплывающий модуль 1 измерительной аппаратуры устанавливается на модуль 2 якорного устройства и пристегивается к размыкателям 3 соединителями 4, резиновыми лентами. После установки модуля 1 начинается передача энергии из модуля 2 якорного устройства в модуль 1 измерительной аппаратуры.
Входящий в состав подводной станции GPS приемник устанавливает координаты и синхронизирует время таймеров в процессоре блока 11 измерительной и управляющей аппаратуры в соответствии с глобальным временем UTC. Подводная станция переходит в режим измерения.
Подводная станция погружается в воду и опускается на дно. Благодаря центровке станции модуль 2 якорного устройства размещается на дне, а гидроакустический приемопередатчик 6 "смотрит" вверх. Время погружения контролируется аппаратурой станции с помощью акселерометра и GPS. Считая началом погружения момент, когда будет потерян сигнал GPS, антенна станции погрузится под воду. Время, когда погружение закончится, определяется по фиксации акселерометром скачка отрицательного ускорения, который произойдет при касании станцией поверхности дна. В заданное, исходя из известной глубины в точке установки, время записываются показания измерительной аппаратуры приемной станции, например сейсмодатчиков. Последние из записанных показаний упомянутых датчиков и координаты GPS в момент пропадания сигнала со спутника (т.е. погружения в воду) после надлежащей обработки позволят определить точное местоположение станции на дне.
По завершении времени, заданного одним из таймеров процессора или по получении сигнала от гидроакустического приемопередатчика 6, модуль 1 измерительной аппаратуры активирует размыкатели 3 в модуле 2 якорного устройства, которые, в свою очередь, освобождают резиновые ленты, стягивающие всплывающую станцию и энергетический блок. Активация размыкателей 3 может производиться посредством устройства бесконтактной передачи энергии, с помощью приемника 9 и передатчика 8. Сигнал из приемника 9 может передаваться в передатчик 8, которые связаны между собой трансформаторной связью для передачи электрической энергии, на другой частоте, чем та, которая используется для передачи электрической энергии. Соответственно, в приемнике 9 размещается электронная схема для формирования такого сигнала, а в передатчике 8 схема для расшифровки этого сигнала и передачи команды на активацию размыкателей.
Измерения сейсмоакустических данных прекращаются и начинается всплытие модуля 1 измерительной аппаратуры. Во время всплытия и далее до момента подъема на борт корабля всплывающая станция использует встроенные аккумуляторы 12, заряжаемые в ходе ее работы на дне от источника питания 10.
После активации размыкателей 3 модуль 1 измерительной аппаратуры активирует GPS приемник и определяет координаты, что произойдет по достижении станцией поверхности.
После получения достоверного сигнала GPS определяет и фиксирует в памяти информацию. Затем передает свои координаты в радиоэфир через приемопередатчик 7 и включает проблесковый маяк. Корабль, получив координаты о местонахождении модуля 1 станции, перемещается к нему и модуль 1 извлекается из воды.
На борту корабля из модуля 1 измерительной аппаратуры подводной станции через приемопередатчик беспроводной связи извлекаются данные, после чего всплывающая станция может быть установлена на новый модуль 2 якорного блока. После этого станцию снова можно использовать.
Модуль якорного блока с источником питания из батарей остается на дне, но не может нанести вред окружающей среде, так как является монолитом, и батареи, содержащие вредные вещества, в течение очень долгого времени не будут контактировать с водой.
Подводная станция является простой в изготовлении, надежной и эффективной в эксплуатации и может использоваться отдельно или для построения измерительной сети из множества станций. Под измерительной сетью понимается группа станций, расположенных равномерно или по заданной сетке на донной или земной поверхности.