АВТОНОМНАЯ БУЙКОВАЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Техническое решение относится к конструктивному выполнению средств гидрофизических исследований и может быть использовано, например, при реализации систем экологического мониторинга, а также систем сбора стандартной гидрофизической информации.
При проведении экологического мониторинга широко используются различные средства гидрофизического наблюдения, в том числе автономные буйковые гидрофизические станции. В отечественной практике широко применялись и применяются автономные буйковые станции «АЦИТ». Эти станции предназначены для измерения стандартных гидрофизических параметров: соленость, температура, давление (глубина заглубления датчиков). В задачах регистрации большого числа гидрофизических параметров и на различных глубинах необходим многожильный кабель. Количество жил кабеля растет пропорционально количеству измеряемых гидрофизических параметров и количества горизонтов (фиксированных глубин). Данный фактор ограничивает количество измеряемых гидрофизических параметров.
В работе [Doug Bennett. Real time data gathering with inductive modems., International ocean systems, september/october 2001, pp.l2-15] вместо многожильного кабеля применяется одножильный кабель с использованием индуктивного модема.
Предлагаемая полезная модель автономной гидрофизической буйковой станции (АГБС), предназначена для проведения долговременных наблюдений в океане. Такие буи могут устанавливаться на тросе с помощью якоря в прибрежных океанах и в открытом океане или дрейфовать в океане. Оснащенные комплексом океанологических и метеорологических приборов АГБС регулярно измеряют и передают полученные данные на центр обработки данных (ЦОД) по радиоканалу, в том числе по спутниковому каналу связи. Для дрейфующей АГБС предусмотрена спутниковая навигационная система. Гидрофизическая информация в цифровом виде по
трехжильному кабелю передается в блок управления АБГС. Предлагаемая АБГС оснащена «гирляндой» гидрофизических измерительных модулей (ГИМ). Их в предлагаемой модели АБГС - восемь. В состав ГИМ могут входить датчики давления, температур, электрической проводимости и т.д., фильтры, усилители, АЦП, адаптеры связи, коммутаторы, контроллеры и т.д. Предлагаемая полезная модель автономной буйковой гидрофизической станции предназначена для измерения, регистрации и передачи накопленной информации по радиоканалу, в том числе и по спутниковому каналу связи в центр обработки данных (ЦОД).
АБГС состоит (фиг.1) из герметичного цилиндрического аппаратурного модуля АБГС 1 в составе блока управления 3, источника питания 4. На внешнюю сторону вынесены под радиопрозрачным колпаком 5 совмещенная антенна 6 спутниковой системы связи «Гонец» и навигации «Глонасс» с абонентным пунктом 7, проблесковый световой маяк 8 и радиоантенна 9, которые установлены на поплавке 10, изготовленного из синтактического материала. Сигнальный кабель 11 заведен в аппаратурный модуль 1 с помощью гермоввода 12, для страховки сигнального кабеля от рывков применяются страховочные фалы 13, которые крепятся к сигнальному кабелю 11 с помощью специальных зажимов 14. За сигнальный кабель последовательно подключаются все восемь элементов «гирлянды» ГИМ 2. Восьмиэлементная «гирлянда» ГИМ (фиг.2) состоит из восьми секции. Секция представляет собой ГИМ и отрезок измерительного кабеля 2. ГИМ представляет собой аппаратурный модуль 2-9 в виде прочного цилиндрического корпуса, на плоские поверхности вынесены восемь герморазъемов для подключения датчиков 2-1 и два герморазъема 2-2 для ввода сигнальных кабелей 2-3 (по 4 для датчиков и по 1 для кабеля на каждой поверхности), кабель 2-3 закрепляется зажимом 2-8 к ограждению 2-7, для исключения возможности разрыва сигнального кабеля 2-3 проложены два страховочных фала 2-5, страховочные фалы и сигнальный кабель закрепляются друг с другом при помощи зажимов 2-6 и с аппаратурным модулем 2-9 специальным зажимом 2-4. Для придания отдельной секции отрицательной плавучести порядка 5 Н аппаратурный
модуль 2-9 опоясывается поплавком 2-10. Верхний (первый) аппаратурный модуль (фиг.3) 2-9 соединен с помощью кабеля 11 и страховочных фалов 13 с аппаратурным модулем АБГС 1. Расстояние между отдельными ГИМ можно скорректировать в сторону уменьшения, укорачивая с помощью зажимов 2-6, длину страховочных фалов. ГИМ можно использовать как локальный центр сбора информации, например, термодатчиков, оснащенных кабелями различной длины которые заведены в ГИМ с помощью гермовводов 2-1. Таким образом, можно произвольно разместить 8 датчиков между соседними ГИМ. На фиг.3А представлен модель дрейфующего варианта АБГС, на фиг.3В - модель заякоренного, с помощью балласта 16, варианта АБГС.
Источник питания 4 собран из литиевых батарей МРЛ-200, который обеспечивает непрерывную работу АБГС не менее 100 суток
Поплавок 10, изготовленный из синтактических материалов с плотностью 500 кг/м3, обеспечивает АБГС положительную плавучесть, порядка 200 Н, АБГС.
Абонентский пункт спутниковой системы связи «Гонец» 7 с помощью антенны 6 осуществляет передачу гидрофизической и служебной информации в центр обработки данных (ЦОД), а навигационная система «Глонасс» производит определение места АБГС.
Световой маяк (СМ) включается в темное время (включение осуществляется с помощью светодиода) суток и работает в цикличном режиме с периодичностью 30 сек.
С помощью радиоантенны 9 осуществляется радиообмен между АБГС и обеспечивающим судном. Одновременно радиоантенна играет роль активного радиолокационного ответчика.
Блок управления (БУ) 3 представляет собой микроконтроллер, который управляет всеми устройствами АБГС по заданной программе или по команде полученной радиоканалу.
БУ 3 (фиг.4) включает (выключает) по программе световой маяк (СМ) 8, блок локации (БЛ) 17, абонентский блок спутниковой системы связи и навигации (СССН) 7. БЛ 17 через антенну 9 готов отразить локационный
сигнал со стандартного радиолокатора, позволяющий четко отметить местоположение станции на поверхности моря.
Накопитель информации (НИ) 18 (фиг.5), входящий в состав блока управления 3 (фиг.4) предназначен, прежде всего, для накопления зарегистрированной гидрофизической информации:
- предварительной обработки зарегистрированной информации фильтром-усилителем 19, 20;
- аналого-цифрового преобразования информации 21;
- усреднения оцифрованной информации, запоминания информации в буферной памяти ОЗУ 22, затем в энергонезависимом запоминающем устройстве CF 23 и HDD 24.
Система накопления зарегистрированных данных построена на базе одноплатного микрокомпьютера Persior CF-1. CF-1 построен на микроконтроллере МС68СК338 фирмы Motorola, и включает 1Mb flash памяти для данных и программ, а также 250 Kb статического ОЗУ 22.
Для энергонезависимого хранения данных используется карта Compact Flash (CF) 23 объемом от 16 Mb (в предлагаемой полезной модели 256 Mb). CF-1 поставляется с собственной операционной системой Pico DOS, которая позволяет создать на карте Compact Flash файловую систему, совместимую с MS DOS. Для разработки целевых программ использован компилятор Metrowerks Code Warrior Pro C/C++.
В качестве устройства хранения данных используется 2.5 HDD 24 емкостью 18 Гбайт, который подключается к CF-1 через плату расширения Persistor Big IDEA.
Программное обеспечение системы накопления данных представляет собой набор трех независимых программ. Они располагаются на трех различных участках флэш-памяти и используются для различных целей. Программа установки параметров накопления Settings позволяет просматривать и устанавливать такие параметры регистрации, как количество каналов (до 64 каналов), частота дискретизации (частота дискретизации в данной полезной модели установлена в 1 Гц), размеров буферов данных, режимы диагностики без перекомпиляции и перезагрузки программы накопления. Длительность
регистрации для 64 канального (8 ГИМ × 8 датчиков = 64 каналов) непрерывного режима записи при частоте дискретизации 1 Гц достигает до 6 месяцев. В целях снижения энергопотребления в процессе накопления используется трехступенчатый буфер. Данные из АЦП 21 накапливаются в буфере ОЗУ 22. После заполнения этого буфера все его содержимое переносится в буфер большего размера, который расположен в специальном разделе Compact Flash 23. Когда заполнится буфер, расположенный в Compact Flash, включается контроллер HDD 24 и содержимое буфера переносится в файл. После записи файла HDD отключается. Такой цикл автономной станцией повторяется многократно до момента завершения работы.
Работа с АБГС выполняется следующим образом. После выполнения предпостановочных мероприятий производится постановка комплекса в следующей последовательности. Сначала за борт обеспечивающего судна выносится АБГС (фиг.2), затем ставятся последовательно ГИМ 2, стравливая кабель 11 со страховочным фалом 13, и последним за борт выносят балласт (только в случае якорной постановки). Выборку гидрофизического комплекса производится в той же последовательности, как и постановку. Сначала выбирается РБ, затем последовательно поплавок и донная гидрофизическая станция.