АВТОНОМНЫЙ РЕГИСТРАТОР ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к океанологии, а именно к информационно-измерительной технике, и может быть использована для гидрофизических исследований в морях и океанах.
Одним из методов мониторинга волновых процессов в прибрежных районах является использование приборов - регистраторов со встроенными либо выносными датчиками гидростатического давления. Такой подход позволяет синхронно регистрировать флуктуации уровня моря в нескольких точках прибрежной зоны. При этом одновременно требуется производить синхронную регистрацию показаний температуры и давления атмосферы, иметь возможность дистанционного управления и передачи данных. Данная проблема особенно актуальна при использовании выносных кабельных датчиков гидростатического давления.
Известна автономная станция гидроакустического наблюдения, гидроакустический антенный модуль которой содержит несколько конструктивно объединенных гидроакустических регистраторов со встроенными в них предварительными усилителями, общие для всех гидроакустических регистраторов систему единого времени и систему определения ориентации, выходы которых соединены с входами процессоров гидроакустических регистраторов. Каждый гидроакустический регистратор выполнен в виде последовательно соединенных гидроакустического приемника давления, усилителя с фильтром, аналого-цифрового преобразователя, процессора и накопителя цифровой информации, источника питания (патент РФ №24890 U1, опубл. 27.08.2002).
Недостатком известного аналога является ограниченная область его применения, а именно отсутствие дополнительных датчиков параметров измеряемой среды, что не позволяет проводить всю номенклатуру проводимых исследований.
Известна морская автономная донная станция, решающая технические задачи регистратора, выполненная в виде установленного на дне акватории глубоководного самовсплывающего носителя геофизической аппаратуры (патент РФ №2572046 С1, опубл. 27.12.2015). Станция включает размещенные в герметичном контейнере блок регистрации, блок синхронизации, блок гидроакустического канала, блок питания, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута и устройство хранения информации.
Недостатком известного аналога является ограниченная область его применения, а именно использование станции только в варианте постановки на дно и отсутствие возможности измерения атмосферной температуры, атмосферного давления, а также поля гидростатического давления, что сужает круг решаемых ею задач.
Наиболее близким к заявляемому является Автономный регистратор гидрофизических полей (полезная модель RU №171967 U1, по заявке 2017109315, опубликовано: 22.06.2017 Бюл. №18).
В ближайшем аналоге, включающем гидроизолированный корпус, в котором расположены блок питания, термостатированный кварцевый генератор тактовой частоты, соединенный последовательным синхронным интерфейсом с микроконтроллерным блоком управления и блоком энергонезависимой твердотельной SD-памяти, а также параллельно подключенные к блоку управления каналы регистрации гидроакустического поля в составе гидрофона, масштабирующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя, регистрации поля гидростатического давления в составе тензометрического датчика гидростатического давления, согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя, регистрации поля температуры в составе цифрового датчика температуры и канала записи параметров изменения положения в пространстве в составе трехкомпонентного акселерометра, при этом все электронные компоненты и акселерометр расположены на единой плате, а датчики гидростатического и гидроакустического давления и температуры установлены на внешней стороне корпуса в непосредственной близости друг от друга.
Недостатком ближайшего аналога является ограниченная область его применения. Поскольку он не позволяет учитывать атмосферную температуру и атмосферное давление, так как полностью погружен в воду. Кроме этого, погруженность измерительного блока в воду не позволяет осуществлять дистанционное управление его работой, а также использовать результаты измерений до поднятия его на поверхность.
Задачей полезной модели является расширение области ее использования, позволяющей учитывать атмосферную температуру и атмосферное давление, а также осуществлять дистанционное управление его работой, и использовать результаты измерений до поднятия его на поверхность.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по проведению измерений.
Технический результат достигается за счет того, что в автономный регистратор гидростатического давления, включающий гидроизолированный корпус, в котором расположены блок питания, термостатированный кварцевый генератор тактовой частоты, соединенный последовательным синхронным интерфейсом с микроконтроллерным блоком управления, блок энергонезависимой твердотельной SD-памяти, а также параллельно подключенные к блоку управления канал регистрации поля гидростатического давления в составе датчика гидростатического давления, канал регистрации поля температуры в составе цифрового датчика температуры, при этом все электронные компоненты расположены на единой плате, а датчик гидростатического давления и температуры установлены на внешней стороне корпуса, дополнительно введены модуль часов реального времени, GSM/GPRS-модуль дистанционного управления и передачи данных, соединенные последовательным синхронным интерфейсом с микроконтроллерным блоком, а в канал регистрации поля гидростатического давления дополнительно введен триггер Шмидта, вход которого соединен с выходом датчика гидростатического давления, и выход триггера Шмидта является входом канала регистрации поля гидростатического давления, причем в водную среду погружают только датчик гидростатического давления, соединенный с триггером Шмидта посредством коаксиального грузонесущего кабеля, а канал регистрации поля температуры используют для измерения атмосферной температуры и атмосферного давления.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном устройстве происходит расширение области его применения за счет дополнительного использования модуля часов реального времени, цифрового датчика атмосферной температуры и атмосферного давления, GSM/GPRS-модуля дистанционного управления и передачи данных, триггера Шмидта, а также датчика гидростатического давления, соединенного с триггером Шмидта посредством коаксиального грузонесущего кабеля для обеспечения его автономного использования, достигается заявляемый технический результат.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема автономного регистратора гидростатического давления:
1 - Микроконтроллерный блок управления;
2 - Модуль часов реального времени;
3 - Термостатированный кварцевый генератор;
4 - Триггер Шмидта;
5 - Датчик гидростатического давления;
6 - GSM/GPRS-модуль дистанционного управления и передачи данных;
7 - Цифровой датчик атмосферного давления и атмосферной температуры;
8 - Блок энергонезависимой твердотельной SD-памяти;
Заявленное устройство, показанное на фиг. 1, состоит из микроконтроллерного блока управления 1, имеющего шесть входов - к входу 1.1 подключен модуль часов реального времени 2, к входу 1.2 подключен термостатированный кварцевый генератор 3, к входу 1.3 подключен триггер Шмидта 4, вход которого 4.1 является выходом датчика гидростатического давления 5, к входу 1.4 микроконтроллерного блока управления подключен GSM/GPRS-модуль дистанционного управления и передачи данных 6, к входу 1.5 подключен цифровой датчик атмосферного давления и атмосферной температуры 7, к входу 1.6 подключен блок энергонезависимой твердотельной SD-памяти 8.
Блоки, входящие в общую схему устройства, имеют следующее назначение.
Микроконтроллерный блок управления 1 предназначен для управления блоками, а также сбором и обработкой данных, поступающих с внешних датчиков. В качестве микроконтроллерного блока управления можно использовать микроконтроллер семейства STM32 (патент RU №2723005, Опубликовано: 08.06.2020 Бюл. №16).
Модуль часов реального времени 2 предназначен для передачи текущей даты и текущего значения времени в микроконтроллерный блок управления 1. В качестве модуля часов реального времени может быть использована микросхема DS1307 (патент RU №205258, Опубликовано: 06.07.2021 Бюл. №19).
Термостатированный кварцевый генератор 3 предназначен для генерации высокостабильных значений тактовой частоты, которая необходима для работы микроконтроллерного блока управления. В качестве термостатированного кварцевого генератора можно использовать аналогичное устройство, описанное в изобретении (патент RU №2207704, Опубликовано: 27.06.2003 Бюл. №18).
Триггер Шмидта 4 предназначен для преобразования аналогового сигнала поступающего с датчика гидростатического давления 5 в микроконтроллерный блок управления 1 в цифровой сигнал в виде двухуровневой импульсной последовательности. В качестве триггера Шмидта можно использовать аналогичный блок из состава полезной модели (патент RU №58759, Опубликовано: 27.11.2006 Бюл. №33).
Датчик гидростатического давления 5 предназначен для измерения гидростатического давления после его погружения в воду на глубину. В качестве датчика гидростатического давления можно использовать микроэлектронный скважинный датчик абсолютного давления, описанный в изобретении (патент RU №2726908, Опубликовано: 16.07.2020 Бюл. №20).
GSM/GPRS-модуль дистанционного управления и передачи данных 6 предназначен для дистанционного управления режимами работы устройства в целом и передачи данных измерения на удаленный сервер. В качестве GSM/GPRS-модуля дистанционного управления и передачи данных можно использовать аналогичное устройство из состава изобретения (патент RU №2753831, Опубликовано: 23.08.2021 Бюл. №24).
Цифровой датчик атмосферного давления и атмосферной температуры 7 предназначен для измерения атмосферного давления и атмосферной температуры. В качестве цифрового датчика атмосферного давления и атмосферной температуры можно использовать датчик атмосферного давления и температуры BMP 180. Такой датчик является аналогичным блоком из состава полезной модели(патент RU №181710, Опубликовано: 26.07.2018 Бюл. №21).
Блок энергонезависимой твердотельной SD-памяти предназначен для долгосрочного хранения данных в энергонезависимой памяти. В качестве блока энергонезависимой твердотельной SD-памяти можно использовать аналогичный блок из состава полезной модели (патент RU №176198, Опубликовано: 12.01.2018 Бюл. №2).
Заявленное устройство работает следующим образом.
Гидроизолированный корпус автономного регистратора гидростатического давления устанавливают в прибрежной зоне исследуемого водоема, а датчик гидростатического давления (см. блок 5 на фиг. 1) погружают в воду на необходимую глубину. При этом электрический контакт с датчиком обеспечивается при помощи коаксиального грузонесущего кабеля.
Включение питания в микроконтроллерном блоке управления (см. блок 1 на фиг. 1) обеспечивает работу устройства. Термостатированный кварцевый генератор (см. блок 3 на фиг. 1) тактирует микроконтроллерный блок управления.
Далее, датчик гидростатического давления, через коаксиальный грузонесущий кабель формирует сигнал с данными об измеренном давлении, который поступает на вход триггера Шмидта (см. блок 4 на фиг. 1). Принимаемый сигнал представляет собой сглаженную последовательность импульсов, частота следования которых соответствует значению номинала измеренного давления.
В триггере Шмидта поступивший сигнал преобразуется к виду, необходимому для работы микроконтроллерного блока управления.
Затем, сигнал с выхода триггера Шмидта поступает на микроконтроллерный блок управления, где частота следования импульсов преобразуется в номинал измеренного гидростатического давления.
Параллельно с этим, микроконтроллерный блок управления производит считывание данных с датчика атмосферного давления и атмосферной температуры (см. блок 6 на фиг. 1) по последовательной шине связи. Кроме того микроконтроллерный блок управления производит считывание показаний времени с модуля часов реального времени (см. блок 2 на фиг. 1) по последовательной шине связи.
Сформированный пакет данных, содержащий показания датчика гидростатического давления и датчика атмосферной температуры и атмосферного давления, синхронизированного по времени из модуля часов реального времени, записывается в блок энергонезависимой твердотельной памяти SD (см. блок 8 на фиг. 1) по последовательной шине связи.
Кроме того, по последовательной шине связи, используя функциональные возможности GSM/GPRS-модуля, сформированные пакеты данных отправляют на удаленный сервер по радиоканалу GSM.
Путем использования функциональных возможностей GSM/GPRS-модуля в ходе работы производят удаленные операции настройки или остановки устройства, в соответствии с алгоритмом работы.
Компоненты формулы представленной полезной модели соединяются между собой сборочными операциями и находятся в функционально-конструктивном единстве.