Приборы и техника эксперимента, 2019, № 3, стр. 116-119

ВВЕДЕНИЕ

Автономная приемная система с использованием комбинированного приемника (к.п.) разработана в ТОИ ДВО РАН. Она состоит из трехкомпонентного векторного приемника колебательного ускорения соколеблющегося типа с чувствительностью 150–180 мкВ/Па и распределенного по его поверхности гидрофона, а также снабжена датчиками положения системы в пространстве (крен, тангаж, азимут, глубина). Система предназначена для проведения исследований векторно-скалярной структуры звуковых полей в условиях мелкого моря, с глубиной постановки до 100 м. Она может быть оперативно развернута в заданных точках района работ, причем массогабаритные характеристики и состав системы допускают ее использование как в заякоренном варианте, так и в дрейфе или движении на носителе, а постановка и выборка могут осуществляться с помощью маломерных плавсредств.

Формирование и накопление пакетов информации от к.п. и датчиков ориентации и глубины осуществляются автономным цифровым блоком регистрации с записью на SD-карту с последующей распаковкой информации после извлечения карты и преобразованием в стандартные звуковой и текстовый форматы данных.

СОСТАВ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕМНОЙ СИСТЕМЫ

Внешний вид к.п. в защитном ограждении-клети с герметичными контейнерами приемного тракта показан на рис. 1.

Рис. 1.

Внешний вид приемной системы.

Устройство содержит:

– к.п., объединяющий в общей конструкции с единым фазовым центром трехкомпонентный векторный приемник и приемники звукового давления, расположенные симметрично вокруг воспринимающего элемента векторного приемника;

– систему подвеса векторного приемника и приемника звукового давления в защитной клети, включающую эластичные лонжи и элементы крепления;

– жесткую клеть для установки в нее к.п. с целью ориентации в пространстве и механической защиты;

– обтекатель на клеть для снижения воздействия гидродинамической помехи;

– герметичные контейнеры с электроникой и блоком электропитания;

– систему постановки клети с к.п. на якоре с элементами защиты от структурной помехи и возможностью изменения глубины постановки.

Система постановки (рис. 2) содержит: фал диаметром 8 мм, груз массой 40 кг, плавучести (пластиковые кухтыли), выборочный конец с проблесковым маячком. На фале с помощью быстросъемных зажимов крепится клеть с к.п., на которую перед спуском за борт надевается чехол из ткани для снижения воздействия на к.п. гидродинамических помех. Глубина постановки задается установкой клети по разметке на фале. Изменение заглубления осуществляется после подъема клети на борт плавсредства ослаблением зажимов и перемещением по фалу всей конструкции. Натяжку фала обеспечивают груз и две притопленные на глубину 5–10 м плавучести, которые крепятся к фалу также быстросъемными зажимами.

Рис. 2.

Схема постановки приемной системы.

Притопленность обеспечивает защиту фала и клети с к.п. от вибрации под воздействием поверхностного волнения. К притопленным плавучестям крепится выборочный фал длиной 30 м с поверхностным буйком, оснащенным проблесковым маячком. Фал пропускается через блок грузоподъемной стрелы плавсредства при постановке и подъеме системы. Все элементы системы крепятся к фалу быстросъемными зажимами во время постановки и демонтируются при подъеме.

Электронная часть устройства, находящаяся в герметичных контейнерах, включает в себя (рис. 3) 4-канальный тракт усиления сигналов комбинированного приемника с аналоговыми фильтрами низких и высоких частот, 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь (а.ц.п.), микроконтроллер STM32F103, модули определения заглубления и углового положения, накопитель данных на основе SD-карты и два блока электропитания, поддерживающие автономную работу устройства в течение 3 сут. Блок питания № 1 обеспечивает питанием цифровую часть устройства, а блок питания № 2 – аналоговую. Такое разделение необходимо для снижения влияния помех цифровой части на аналоговую. Также для уменьшения помех блок усилителей с источником питания вынесен в отдельный герметичный контейнер (на схеме не показан).

Рис. 3.

Структурная схема электронной части системы: STM32 – микроконтроллер STM32F103RC; SD-карта – Secure Digital Memory Card.

Структурная схема электронной части приемной системы представлена на рис. 3. Использовались 16-разрядный а.ц.п. (акустические каналы – ADS8332, канал глубины – ADS1110), микроконтроллер STM32F103RC и Li-Ion аккумуляторы типоразмера 18650 в качестве блока питания. Регистрацию ориентации осей к.п. в пространстве осуществляли с помощью электронного компаса и кренометра LSM303 с разрешающей способностью по углам вращения 1°. Выходные значения азимута приняты за угол между направлением оси Х и севером (0° – север; 90° – восток и т.д.). Датчик глубины – тензопреобразователь D2.5-T, обеспечивающий точность определения заглубления системы до 1 м.

Тракт усиления акустических сигналов с полосовой фильтрацией выполнен на операционном усилителе OPA2353, имеет коэффициент усиления в рабочей полосе частот 2000. В области ≤60 Гц и ≥800 Гц – спад 6 дБ/октаву.

На рис. 4 показано расположение электронных узлов на рамке, помещаемой в герметичный контейнер.

Рис. 4.

Внешний вид электронной части системы.

Данные с акустических каналов к.п. и датчиков ориентации сохраняются на SD-карту. Из измеряемых значений формируется пакет (рис. 5).

Рис. 5.

Структура пакета данных.

Частота дискретизации каждого акустического канала 6 кГц. Разрядность а.ц.п. 16 бит. В структуре пакета акустическая информация занимает 99.86% объема, заголовок – 0.07%, данные ориентации – 0.07%. После изъятия SD-карты из устройства и копирования на жесткий диск компьютера программа-распаковщик разделяет пакетную информацию в отдельные файлы: акустические каналы – в стандартные монофонические WAV-файлы с названиями, соответствующими каналам (X, Y, Z, P), а данные ориентации – в текстовый формат в виде таблицы в десятичном представлении значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Испытания автономной приемной системы с использованием к.п. продемонстрировали ее функциональность и работоспособность [1, 2]. В натурных условиях при многократных постановках системы на глубины от 3 до 88 м с временами постановки до 3 сут при непрерывной записи информации на SD-карту объемом 32 Гбайт система отработала непосредственно в морской среде в общей сложности не менее 180 ч. Приемные тракты системы и устройства постановки к.п. на заданную глубину показали свою функциональность и стабильность работы.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов ДВО РАН 15-II-1-045, 15-I-1-012 о., ПФИ гос. акад. наук на 2013–2020 гг. (п/п 12, Тема 1).