Устройство для измерения параметров ориентации троса геофизического прибора

Устройство для измерения параметров ориентации троса геофизического прибора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к геофизике и м.б. использовано в океанографии . Цель изобретения - повышение точности измеренийпараметров. В устр-ве на кран-балке 1 установлен шкив 6 со щеками, связанными через шарнир и водило 13 с. кареткой. На внутреннем кольце первого карданного подвеса размещен первичный преобразователь 9 угла крена блока. Первичный преобразователь 11 угла отклонения продольной оси троса от вертикали установлен на внутреннем кольце второго карданового подвеса, внешнее кольцо которого жестко связано с вра- .щающимися направляющими роликами 12, охватывающими трос. 4 ил. SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 С 01 С 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДBTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3998474/24-10 (22) 02. 12. 85 (46) 07. 11.88. Бюп. ¹ 41 (71) Морской гидрофизический институт

АН УССР и Специальное конструкторско технологическое бюро Морского гидрофизического института AH УССР (72) Ю.Н.Колтаков, В.N.Êóøíèð, В.Г.Анблагов и И.О.Воронежский (53) 528.284(088.8) (56) Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 85-86.

Кушнир В.М., Ремчуков В.И. Колебания самописцев в течении на автономных буйковых станциях и их влияние на измерение параметров. течений.—

Океанология, 1982, т. 22, вып. 2, с. 329-335.

„„SU „„1435940 A 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОРИЕНТАЦИИ ТРОСА ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ПРИБОРА (57) Изобретение относится к геофизике и м.б. использовано в океанографии. Цель изобретения — повышение точности измерений. параметров. В устр-ве на кран-балке 1 установлен шкив 6 со щеками, связанными через шарнир и водило 13 с кареткой. На внутреннем кольце первого карданного подвеса размещен первичный преобразователь 9 угла крена блока. Первичный преобразователь il угла отклонения продольной оси троса от вертикали установлен на внутреннем кольце второго карданового подвеса, внешнее кольцо которого жестко связано с вра.щающимися направляющими роликами 12, охватывающими трос. 4 ил.

1435940

Изобретение относится к измери-тельной технике в области геофизики, в частности океанографии, и может использоваться на научно-исследовательских судах в комплексах аппаратуры

5 зондирования гидрологических, гидрооптических, гидрохимических, гидробиологических элеменfoB а также течений с целью определения пространственного положения погружаемого устройства в воде.

Целью изобретения является повышение точности измерения„

На фиг.1 показаны углы ориентации троса гидрофизического прибора относительно судовой системы координат

ОХ У 7. и географической системы координат ONEZ; на фиг.2 — схема устройства для измерения параметров ори- 20 ентации троса; на фиг.3 — взаимное положение измеряемых углов в измерителе, на фиг.4 — системы координат, 1 используемые в измерителе.

Для определения параметров прост- 25 ранственной ориентации коренного конца троса наряду с измерением его углаотклонения от вертикали 6 необходима информация об азимутальном pI о положении относительно некоторой системы координат, связанной с Землей.

На фиг.1 показаны углы 9, 8, подлежащие измерению, а также географическая система координат ONEZ — правая декартова система, у которой плоскость NÎE горизонтальна, направление

35 ос.и OZ совпадает с направлением силы тяжести, ось ОИ направлена на Север, ОŠ— на Восток, 9 — угол между вертикалью места и продольной осью троса, Ф вЂ” угол между горизонтальной продольной оси троса и направлением на Север. Принятые положительные направления углов 9, q отмечены стрелками.

Схема предлагаемого измерителя представлена на фиг.2. Он подвешен к кран-балке 1, жестко связанной с судном, посредством трех кинематически связанных осей 2-4, установленных в соответствующих опорах. Ось 2 крепления подвеса к кран-балке перпендикулярна условно вертикальной оси 3 подвеса, а последняя, в свою очередь, перпендикулярна оси 4, которая параллельна оси 5 вращения грузонесущего шкива Ь. Такой подвес обеспечивает три угловых степени свободы грузойесущего шкива относительно кран-балки (судна) . На оси 3 укреплен первичный преобразователь 7 угла поворота блока грузонесущего шкива 6 относительно его условно вертикальной оси.

Параллельно оси 5 вращения грузонесущего шкива Ь установлена ось 8 внешнего кольца первого карданова подвеса, на внутреннем кольце которого размещен первичный преобразователь 9 угла крена блока. Физический маятник в первом кардановом подвесе вместе с первичным преобразователем

9 составляет измеритель угла крена блока.

Ось,О внешнего кольца второго карданового подвеса параллельна продольной оси груэонесушего троса. На внутреннем кольце второго карданового подвеса установлен первичный преобразователь 11 угла отклонения продольной оси троса от вертикали. Физический маятник, заключенный в кардановый подвес, вместе с первичным преобразователем 11 образуют измеритель угла отклонения продольной оси троса от вертикали. Внешнее кольцо карданова подвеса измерителя угла отклонения продольной оси троса от вертикали жестко связано с четырьмя вращающимися в соответствующих осях на1 правляющими роликами 12, охватывающими трос, чем обеспечивается параллельность внешней оси 10 карданового подвеса продольной оси троса. Карданов поднес с направляющими роликами посредством водила 13, имеющего шарниры 14 и 15, крепится к условно вертикальной оси подвеса блока 3, Трос, к которому крепится гидрофизический прибор и угловая ориентация которого измеряется, в рабочем положении проходит через направляющие ролики 12, шкив 6 грузонесущего блока, дополнительный шкив 16 и подается на барабан гидрофизической лебедки (не показана).

Измеритель 7 угла разворота грузонесущего шкива относительно условно вертикальной оси выполнен на основе прецизионного потенциометра, движок которого жестко соединен с условно вертикальной осью 3, а потенциометр с боковыми поверхностями блока, на которых установлена ось 5 груэонесущего шкива 6.

Измерители угловых отклонений представляют собой физические маятники, укрепленные в кардановых под1435940 весах, причем чувствительные элементы измерителей, например, на основе датчиков Холла, индукционных преобразователей или прецизионных потенциометров располагаются в опорах

5 внутреннего и внешнего кольца карданового подвеса. Резонансная частота колебаний маятников значительно отличается от периода качки судна, благо- 1О даря чему последняя практически не влияет на показания измерителя.

Для пояснения принципа работы устройства введем следующие системы координат. !5

ОХУ7. — связанная с судном правая декартова система координат, у которой плоскость Х ОУ параллельна плоскости ватерлинии судна Х О И в диаметральная плоскость судна. Продольная ось ОХ направлена от кормы судна к носу, OY — от диаметральной плоскости к правому борту судна, (фиг.1) .

ОХ У ь — связанная с кран-балкой правая декартова система координат, у которой плоскость Х ОУО параллельна плоскости ватерлинии судна, ось ОХ параллельна оси 2 крепления подвеса блока к кран-балке (фиг.2) и направ30 лена влево, если смотреть от основания кран-балки в сторону ее вылета.

Ось OZС, направлена условно вниз.

ОХ У7. — связанная с блоком правая декартова система координат, у которой плоскость X

OX Y Z — связанная с осями 2 и 3 .подвеся блока правая декартова систе„45 ма координат, у которой ось ОХ, совпадает с осью OX а ось OZ< направлена вдоль оси 3 подвеса в сторону от оси 2 к грузонесущему шкиву 6 (фиг.2).

ОХ Y 7. — связанная с измерителем

7 угла поворота грузонесущего шкива относительно его условно вертикальной оси подвеса правая декартова система координат, у которой плоскость изме- 55 рения упомянутого угла Х<ОУ перпендикулярна условно вертикальной оси 3 подвеса, ось ОУ коллинеарна оси ОУя, 1 а ось OZ< совпадает с осью 07., (фиг.2).

ОХ У Z — связанная с горизонтальной площадкой измерителя угла крена блока правая декартова система координат, начало которой расположено в точке пересечения осей карданова подвеса, плоскость Х ОУз горизонтальна, ось ОХ> совпадает с осью внутреннего кольца карданова подвеса и в отсутствии крена и дифферента блока и судна ее направление совпадает с направлением оси ОХ . Направление оси OZ совпадает с направлением rèëí тяжести.

Введем необходимые обозначения углов: 8 — угол отклонения коренного конца троса от вертикали — угол между вертикалью места и продольной осью троса, измеренной на участке от грузонесущего шкива 6 блока до точки входа троса в воду, К вЂ” курс судна— угол между горизонтальной проекцией продольной оси ОХ .судна и направлением на Север ON; ш — угол крена блока — угол между вертикалью места и плоскостью Х 07.< системы координат, связанной с блоком, % — начальный угол установки кран-балки, 1 относительно судна — угол между проекцией оси ОХ, на плоскость Х OY и осью с

ОХ, К вЂ” угол отклонения условно вертикальной оси 3 подвеса блока (оси OZ ) от оси OZ ; (— угол поворота блока вокруг условно вертикальной оси 3 (OZ<) подвеса — угол между осями ОХ, и ОХ систем ОХ,У,>

ОХ Y Z соответственно, P, — угоп между проекцией оси ОХ на плоскость X OY и осью ОХ„, (— угол между проекцией оси ОХ на плоскость Х ОХ и проекцией продольной оси троса на зту же плоскость.

Взаимное расположение описанных систем координат показано на фиг.3.

Примем положительные направления вращений блока и кран-балки 1 относительно судна, а также судна относительно географической системы координат, отмеченные на фиг.1-3 стрелками.

При выполнении зондирований гидрофизическим прибором, прикрепленным к грузонесущему Тросу, дрейф судна и меняющиеся по глубине течения воздействуют на трос, имеющий конечное гидродинамическое сопротивление. В результате трос отклоняется от вертикали и движется в определенном нап5 143 равлении относительно судна, которое соответствует равнодействующей всех сил. В реальных условиях угол наклона троса 8 может изменяться (фиг.1) от нуля до ЬО и 70, а угол 9 от -(70...

80) до +(70...80)

Таким образом, при опускании гидрофизического прибора трос занимает в пространстве положение некоторой линии, параметры ориентации которой относительно судовой системы координат характеризуется углами 8 и 9 так как плоскость кран-балки 1 занимает определенное и жестко зафиксированное положение относительной осей ОХ<У Х . Вследствие натяжения коренного конца троса под действием, веса гидрофизического прибора и отрезка троса, находящегося в воде, плоскость грузонесущего шкива 6 ориентируется таким образом, что она совпадает с плоскостью ОХ К<, в которой лежат участки троса от точки его погружения в воду до грузонесущего шкива 6 и от шкива 16 промежуточного блока до шкива 6. При этом происходит соответствующий разворот измерителей

7, 9 и 11 углов и регистрируются соответственно углы 8, р и (,, которые используются в вычислителе при определении угла Ъ . Величина угла Ф, предварительно измеряется и вводится в вычислитель на судне, к которому подключается также указатель курса судна К, связанный с судовым гирокомпасом (не показано).

Искомый угол определяют по формуле:

5940 при (=+-, га1

arctg(- -) + р, где = (— ь signai(, ар=1при(o (4) (5) (6) 10

p = 0 при — — (2 2

cos <

I (7)

cosP . Подставляя (7) в (5) и учитывая, что диапазон изменения есть — я (7, получим: (зпЯ вЂ” arctg(.) ! к

20 сов - sin p

+ р ° « ° sign(. (8)

Итак, используя данные измерений углов К, 8 p, (, no соотношениям (1), (3), (5), (6) и (8) определяется искомый угол % . Пусть углы К, р, 9 измеряются с погрешностями ДК, Ь%„b(, 5р, b8, тогда суммарная погрешность определения угла ф равна:

3% 39 З%

)a, (Э ) (эу) о

XG(+ (— ) bр + (— ) be=- дК +650 +

ЭЗ 3% ар Р ао

+д +

b,P

35 cos р tg  + tg р

2tp м b9

ЪФ

sin2e

0 f! (2 (1)

Если положение троса относительно кран-балки и судна соответствует фиг.3 и 4. (О О, -7/? (P Г/2), угол может быть найден по данным измерений углов 8 и р:

= агсз п(гор/г.86) ° (2)

Более общее соотношение, учитывающее возможность отрицательных знацений 8: (= arcsin(tgpg/tg8) + пн, (3) где п 0 при 9 0 и n = 1 при

8 0.

При 8 = 0 направление g не опре"< деленно (направление коренного конца троса совпадает с направлением силы тяжести).

Ввиду описанного ранее взаимного расположения систем координат угол 1 может быть вычислен по соотношениям:

40 Пример. Известно, что bK =

0,3, 6% = 1, b(= 0,5, 9 =0,5, 9 = 45, (0 = 10 . Тогда погрешность определения угла b% будет равна

2,56 . Это составляет значительное

45 повышение точности по сравнению, например, с компасом, девиационная погрешность которых может достигать десятков градусов.

50Формула из обр ет ения

Устройство для измерения параметров ориентации троса геофизического прибора, содержащее шкив со щеками, 55 установленный на кран-балке, и карданный подвес с измерителем угла поворота шкива, о т л и ч а ю m, е е с я

I тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно снабжено кареткой

143594 с опорными роликами, связ аннои со щеками шкива через шарнир и водило, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения шкива, первым измерителем угла наклона, установленным на каретке, и вторым измерителем угла наклона, связанным со щеками шкива.

1435940

z (z 1

Уу

Составитель И.Власов

Техред Л. Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Редактор С.Пекарь

Заказ 5Ь34/39

Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н(-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. !1роектная, 4