УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БУЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АКВАТОРИЙ

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.
Известны конструкции буев и буйковых станций [1-12]. Общим недостатком известных устройств является ограниченность функциональных возможностей, обусловленная спецификой их назначения и применения. Так, устройства [3, 5-8] предназначены только для автономной донной постановки, буи [9-12] выполнены в виде донных кабельных станций, а станции [4, 13] мониторинга позволяют проводить измерения только поверхностных параметров акваторий. В ряде случаев, состав и размещение узлов аппаратуры в известных устройствах [3-13] нельзя считать рациональными и, тем более, оптимальными.
В известной автономной позиционной станции [2] основное внимание уделено системе всплытия-погружения буя, поэтому ее реализация для адекватного решения задач мониторинга акваторий является ограниченной.
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 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, блок электропитания, и систему всплытия-погружения с якорем, соединенным посредством буйрепа с корпусом, причем буй содержит 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, система всплытия-погружения включает закрепленную на корпусе поплавковую конструкцию, якорный размыкатель, установленный на нижней крышке корпуса и соединенный механически через буйреп с якорем и электрически с блоком управления. При этом буй снабжен герморазъемом и оснащен системой оповещения, состоящей из электрически соединенных с блоком управления блоков радио- и акустической связи, антенны которых установлены на верхней крышке корпуса, и проблескового маяка.
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 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 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 включает герметичный корпус-контейнер 1 с верхней и нижней крышками 2 и 3, в котором установлены блок электронных модулей измерительной и регистрирующей аппаратуры, блок управления, блок приема-передачи информации, блок электропитания, и систему всплытия-погружения с якорем 4, соединенным посредством буйрепа 5 с корпусом, причем буй содержит 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, система всплытия-погружения включает закрепленную на корпусе поплавковую конструкцию 9, якорный размыкатель 10, установленный на нижней крышке корпуса и соединенный механически через буйреп с якорем и электрически с блоком управления. При этом буй снабжен герморазъемом 11 и оснащен системой оповещения, состоящей из электрически соединенных с блоком управления блоков радио- и акустической связи, антенны которых 12 и 13 установлены на верхней крышке корпуса, и проблескового маяка 14.
Отличительной особенностью буя является то, что на корпусе закреплена платформа 15 с установленными на ней блоком измерителей параметров воды, измерителем 16 скорости течения и антенной 17 приемопередатчика радиомодема для радиообмена командами и данными с подводными аппаратами (ПА), например с автономным необитаемым ПА, причем входы-выходы блока измерителей параметров воды, входы-выходы измерителя скорости течения и антенна приемопередатчика радиомодема подключены к входам-выходам блока электронных модулей измерительной аппаратуры. При этом буй выполнен универсальным в виде буйковой станции, которая может быть использована как в качестве автономной донной станции (АДС), так и донной станции кабельной (ДСК), а также при взаимодействии с ПА.
В конкретном случае 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.
Отличием буя также является то, что корпус-контейнер снабжен верхним и нижним ограждениями 18 и 19, закрепленными соответственно на верхней и нижней крышках корпуса.
Буй снабжен датчиком затекания, подключенным к блоку управления и размещенным на нижней крышке внутри корпуса.
На чертеже показана общая конструктивная схема универсального буя для мониторинга акваторий, где приняты следующие обозначения:
1 - корпус-контейнер;
2, 3 - верхняя и нижняя крышки корпуса;
4 - якорь;
5 - буйреп;
6 - блок измерителей параметров воды, модуль марки CTD;
7 - ионоселективные датчики электрохимического детектора;
8 - импульсный детектор радиационного анализа;
9 - поплавковая конструкция;
10 - якорный размыкатель;
11 - герморазъем;
12 - радиоантенна связи IRIDIUM;
13 - антенна акустической связи;
14 - проблесковый маяк;
15 - платформа;
16 - измеритель скорости течения, модуль модели AQUADOPP;
17 - антенна приемопередатчика радиомодема;
18, 19 - верхнее и нижнее ограждения корпуса.
Работа универсального буя для мониторинга акваторий заключается в следующем.
Буй, в корпусе-контейнере 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 [16]) 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 16 модели AQUADOPP [17]. Блок 6, датчики 7, детектор 8 и модуль 16 рационально размещены на платформе 15, закрепленной на корпусе 1.
Данные измерений регистрируются и хранятся в блоке электронных модулей, размещенных в корпусе 1. Управление работой аппаратуры буя, размещенной в корпусе-контейнере 1, осуществляют программно-вычислительные блоки, структура и работа которых известны и приведены, например в RU28778 U1, 10.04.2003, RU 2229146 C1, 20.05.2004, [14].
Всплытие-погружение буя обеспечивается поплавковой конструкцией 9 и якорным размыкателем 10, установленным на нижней крышке 3 корпуса 1 и соединенным механически через буйреп 5 с якорем 4 и электрически с блоком управления. В качестве якорного размыкателя 10 может быть использовано, например, устройство [15], разработанное ООО» Ситекрим». Антенна 13 используется для приема команд по гидроакустическому каналу при погруженном буе.
После всплытия буя срабатывает система оповещения: включается проблесковый маяк 14 и начинается определение координат и передача данных с помощью модема через антенну 12, размещенную на верхней крышке 2 корпуса, в качестве которой может быть использована антенна спутниковой связи и навигации марки Iridium + GPS [18]. Герморазъем 11 обеспечивает тестирование, программирование и считывание данных из памяти буя после его подъема на поверхность акватории или перед его установкой.
Антенна 17 радиомодема (структура и работа которого известны, см. например [19]) 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 1 с размещенной на нем аппаратурой может быть снабжен верхним и нижним ограждениями 18 и 19, закрепленными соответственно на верхней 2 и нижней 3 крышках корпуса 1, а для сигнализации о нарушении герметичности корпуса 1 - датчиком затекания, подключенным через блок управления к системе всплытия-погружения и размещенным на нижней крышке 3 внутри корпуса.
Таким образом, предложенное техническое решение расширяет арсенал устройств данного назначения за счет создания буя для мониторинга акваторий, 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. RU 2096247 С1, 20.11.1997 (аналог).
3. RU 2331876 С2, 20.08.2008 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 2443001 Cl, 20.02.2012.
5. KR 20120069300 (А), 28.06.2012.
6. KR 20110100970 (А), 15.09.2011.
7. KR 100946942(В1), 09.03.2010.
8. JP 2010285072 (А), 24.12.2010.
9. US 2009269709 (A1), 29.10.2009.
10. US 2002035870 A1, 28.03.2002.
11. FR 2298088, 13.08.1976.
12. US 3889307 (A), 17.06.1975.
13. RU 110068 U1, 10.11.2011.
14. RU 2012124198 A, 10.10.2012.
15. RU 120071 U1, 10.09.2012.
16. www.seabird.com
17. www.nortek-as.com
18. www.iridium.com
19. www.wfs-tech.com