УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БУЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АКВАТОРИЙ, ПОКРЫТЫХ ЛЬДОМ

Техническое решение относится к технике морских исследований посредством буйковых станций и может быть использовано для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий, покрытых льдом.
Специфика постановки буйковых станций на акваториях, покрытых льдом, рассмотрена в известных технических решениях [2, 3, 5, 6]. Конструкция буйковых станций, которые могут быть использованы в ледовых условиях в качестве подповерхностных модулей описана в [1, 4, 7-9].
Однако, ограниченность функциональных возможностей, обусловленная спецификой назначения и применения ряда известных устройств [2, 3, 5, 6] препятствует их адекватному использованию для мониторинга покрытых льдом акваторий. Так, в [6] возможность использования буйковых станций в арктических ледовых условиях только декларируется, в [5] рассмотрен арктический буй для связи с подводными лодками. В [3] дано общее описание принципа мониторинга акваторий, покрытых льдом, но функциональные возможности аппаратуры [3] ограничены, в основном, измерением температуры, солености и давления. Устройство [2]предназначено, в основном, для мониторинга надповерхностных параметров атмосферы над льдом, а подповерхностный модуль не раскрывается, поэтому его промышленная применимость для эффективного комплексного мониторинга затруднена.
При модификации известных устройств [1, 4, 7-9] они могут быть использованы на акваториях, покрытых льдом.
Конструкция известной автономной буйковой придонной станции по патенту RU 2344962 C1, 27.01.2009 [1] представляется наиболее рациональной из известных технических решений и принята за прототип.
Буй [1] для мониторинга акваторий содержит подповерхностный и может содержать поверхностный модули, причем подповерхностный модуль включает герметичный корпус-контейнер с верхней и нижней крышками, в котором установлены блок электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры, блок управления, блок приема-передачи информации и блок электропитания, а также соединенные с блоком электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры блок измерителей параметров воды, включающий датчики электропроводности и температуры, электрохимический детектор из ионоселективных датчиков и импульсный детектор радиационного анализа, корпус посредством буйрепа соединен с грузом и снабжен герморазъемом.
Однако, функциональные возможности известного устройства [1] ограничены, хотя могут быть расширены как в плане расширения состава и рациональной модификации конструкций, так и увеличения категорий назначения и использования.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании буя для мониторинга покрытых льдом акваторий, обладающего универсальностью буйковой станции, которая может быть использована как в качестве автономной донной станции (АДС), так и донной станции кабельной (ДСК), а также при взаимодействии с подводными аппаратами (ПА).
Основной технический результат - повышение информативности измерений параметров мониторинга при расширении функциональных возможностей и арсенала устройств для мониторинга акваторий посредством использования буя как в автономном варианте, так и в варианте кабельного соединения с поверхностной плавучестью и/или подводным кабелем. Достоинством предлагаемого буя является также возможность взаимодействия с ПА и/или кабельными донными конструкциями посредством радиомодема.
Технический результат достигается следующим образом.
Обозначения на чертеже приведены ниже.
Буй для мониторинга акваторий, покрытых льдом, содержит подповерхностный и поверхностный модули 1 и 2, причем подповерхностный модуль включает герметичный корпус-контейнер 3 с верхней и нижней крышками 4 и 5, в котором установлены блок электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры, блок управления, блок приема-передачи информации и блок электропитания, а также соединенные с блоком электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры блок 6 измерителей параметров воды, включающий датчики электропроводности и температуры, электрохимический детектор из ионоселективных датчиков 7 и импульсный детектор 8 радиационного анализа. Корпус посредством буйрепа 9 соединен с грузом 10 и снабжен герморазъемом 11.
Отличительная особенность буя заключается в том, что на корпусе подповерхностного модуля буя закреплена платформа 12 с установленными на ней блоком измерителей параметров воды, измерителем 13 скорости течения, входы-выходы которых подключены к входам-выходам блока электронных модулей измерительной аппаратуры. Поверхностный модуль буя включает вмороженный в ледяной покров 14 поплавок 15, на котором на стойках 16 закреплен приемопередающий блок 17 с радиоантенной 18 и антенной 19 спутниковой связи. Верхняя крышка корпуса подповерхностного модуля буя крепится тросом 20 к поплавку поверхностного модуля, а приемопередающий блок поверхностного модуля посредством кабеля 21 подключен к блоку электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры подповерхностного модуля буя.
В конкретных случаях реализации буя в качестве блока измерителей параметров воды, включающего датчики электропроводности, температуры и глубины, может быть использован модуль марки CTD (Conductivity, Temperature, Depth).
В качестве измерителя скорости течения может быть использован модуль модели AQUADOPP 3000М фирмы NORTEK.
В качестве антенны радиосвязи может быть использована антенна спутниковой связи марки IRIDIUM.
Буй также отличается тем, что корпус-контейнер снабжен верхним и нижним ограждениями 22 и 23, закрепленными соответственно на верхней и нижней крышках корпуса.
Кроме того, буй отличается тем, что на платформе дополнительно установлена антенна приемопередатчика радиомодема, вход-выход которой подключен к входу-выходу блока электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры.
На чертеже показана общая конструктивная схема универсального буя для мониторинга акваторий, покрытых льдом, где приняты следующие обозначения:
1 - подповерхностный модуль;
2 - поверхностный модуль;
3 - корпус-контейнер подповерхностного модуля;
4, 5 - верхняя и нижняя крышки корпуса;
6 - блок измерителей параметров воды, модуль марки CTD;
7 - ионоселективные датчики электрохимического детектора;
8 - импульсный детектор радиационного анализа;
9 - буйреп;
10 - груз;
11 - герморазъем;
12 - платформа;
13 - измеритель скорости течения, модуль модели AQUADOPP;
14 - ледяной покров;
15 - поплавок поверхностного модуля;
16 - стойки поверхностного модуля;
17 - приемопередающий блок;
18 - радиоантенна;
19 - антенна спутниковой связи (IRIDIUM);
20 - трос;
21 - кабель;
22, 23 - верхнее и нижнее ограждения корпуса.
Работа универсального буя для мониторинга акваторий, покрытых льдом, заключается в следующем.
Буй в составе подповерхностного и поверхностного модулей 1 и 2, в корпусе-контейнере 3 поверхностного модуля 1 которого установлены блок электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры, блок управления, блок приема-передачи информации и блок электропитания (на чертеже не показаны), устанавливается в заданном районе акватории. После постановки буя начинаются измерения параметров водной среды: блок 6 (в качестве которого использован модуль марки CTD [10]) измеряет электропроводность, температуру и глубину, посредством ионоселективных датчиков 7 проводится электрохимический контроль водной среды, импульсный детектор 8 осуществляет радиационный анализ. Для измерения скорости течения служит модуль 13 модели AQUADOPP [11]. Блок 6, датчики 7, детектор 8 и модуль 13 рационально размещены на платформе 12, закрепленной на корпусе 3.
Данные измерений регистрируются и хранятся в блоке электронных модулей, размещенных в корпусе 3. Управление работой аппаратуры буя, размещенной в корпусе-контейнере 3, осуществляют программно-вычислительные блоки, структура и работа которых известны и приведены, например в RU 28778 U1, 10.04.2003, RU 2229146 C1, 20.05.2004, [9].
В рабочем положении подповерхностный модуль 1 крепится к грузу 10 с помощью буйрепа 9. К верхней крышке 4 посредством троса 20 крепится поплавок 15 поверхностного модуля 2, на котором на стойках 16 закреплен приемопередающий блок 17. После постановки в заданном районе поплавок 15 вмораживается в ледяной покров 14. Измеренные параметры водной среды посредством кабеля 21 передаются с подповерхностного модуля 1 на приемопередающий блок 17 поверхностного модуля 2 и далее посредством антенн 18 и 19 - в эфир. В качестве антенны 19 может быть использована антенна спутниковой связи Iridium+GPS [12]. Герморазъем 11 обеспечивает кабельную связь между подповерхностным и поверхностным модулями 1 и 2.
На платформе 12 может быть дополнительно установлена антенна приемопередатчика радиомодема (на чертеже не показана), вход-выход которой подключен к входу-выходу блока электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Антенна радиомодема (структура и работа которого известны, см. например [13]) позволяет принимать команды и передавать данные по радиоканалу (на расстояния до 5-10 м) без подъема буя на поверхность, например, осуществлять обмен командами и данными с автономным необитаемым ПА (АНПА).
Для защиты от механических повреждений корпус-контейнер 3 с размещенной на нем аппаратурой может быть снабжен верхним и нижним ограждениями 22 и 23, закрепленными соответственно на верхней 4 и нижней 5 крышках корпуса 3.
Таким образом, предложенное техническое решение расширяет арсенал устройств данного назначения за счет создания буя для мониторинга акваторий, покрытых льдом, обладающего универсальностью буйковой станции, которая может быть использована как в качестве АДС, так и ДСК, а также при взаимодействии с подводными аппаратами ПА. При этом достигается технический результат - повышение информативности измерений при расширении арсенала устройств данного назначения, - который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 2344962 С1, 27.01.2009 (прототип).
2. WO 2009029129 (A1), 05.03.2009 (аналог).
3. US 4924698 (А), 15.05.1990 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 2096247 C1, 20.11.1997.
5. US 5319376 (А), 07.06.1994.
6. US 2002035870 (A1), 28.03.2002.
7. US 2009269709 (A1), 29.10.2009.
8. KR 100946942 (B1), 09.03.2010.
9. RU 2012124198 A, 10.10.2012.
10. http://www.seabird.com
11. http://www.nortek-as.com
12. http://www.iridium.com
13. http://www.wfs-tech.com