ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная работа является результатом опытно-конструкторской работы Специального конструкторского бюро САМИ ДВО РАН г. Южно-Сахалинск.

Автономная донная сейсмическая станция позволяет уменьшить вероятность потери информации с помощью записи с выходов сейсмодатчика на три отдельные канала накопителя информации, уменьшить межканальные фазовые искажения с использованием четырехканального аналого-цифрового преобразователя, при помощи адаптивного порогового устройства с использованием регистра памяти уменьшить избыточность накапливаемой информации, с помощью специально разработанной в качестве системы жесткого придонения треноги-балласта устранить возможное слипание станции с балластом.

С целью регистрации и накопления сигналов от подводного землетрясения в сейсмической станции применены специально разработанные адаптивные пороговые устройства.

В АДСС используются независимые дублирующие команды, вырабатываемые от программного устройства, прибора срочности, датчика давления, датчика герметичности, датчика наклона и блока гидроакустической связи, с целью увеличения надежности срабатывания размыкателя (возвращения станции). Для дублирования исполнительного механизма размыкателя используется электрохимический размыкатель (магниевый болт).

Автономная донная сейсмическая станция (АДСС) представляет собой глубоководный (рабочая глубина 6000 м) носитель аппаратуры (НА), состоящий из двух сферических полусфер, стянутых болтами на фланцах, для обеспечения герметичности на специальных канавках, прорезанных по кругу, проложены два уплотнительных резиновых кольца.

Внутри НА установлены: на верхней полусфере блок системы ориентации, бортовой вычислительный узел (БВУ), устанавливаемый с помощью приборного кольца; на нижней полусфере источник питания, датчик герметичности, трехкомпонентный сейсмодатчик, прибор срочности (ПС) и размыкатель (исполнительная часть вынесена наружу на специальную площадку нижней полусферы). Снаружи на верхней полусфере, на площадке, установлены низкочастотный гидрофон, ресивер высокочастотный (приемопередающий гидроакустический датчик), предназначенный для гидроакустической связи, датчик давления (ДД), определяющий текущую глубину погружения станции, антенна радиолокационного отражателя и радиопередатчика, проблесковый маяк (ПМ), антенна спутниковой радионавигационной системы (СРНС). За нижнюю полусферу крепится тренога, изготовленная из металлических труб, жестко стянутая с помощью исполнительной части размыкателя и болта - электрохимического размыкателя, который затягивается гайкой, на подошву треноги крепятся башмаки-балласты. При этом часть треноги возвращается со станцией, а башмаки-балласты остаются на дне.

Блок системы ориентации состоит из компасного устройства и датчика наклона. Показания с датчика наклона и с компасного устройства заносятся на локальную память и по команде могут быть переданы на блок гидроакустической связи в бортовом вычислительном узле.

Источник питания собран из литиевых аккумуляторных батарей, обеспечивающих в настоящее время максимальную емкость на условную единицу весогабаритных характеристик батарей. Источник питания установлен таким образом, чтобы центр тяжести собранной станции располагался на нижней полусфере для обеспечения устойчивости станции на поверхности моря.

Датчик герметичности представляет два контакта, которые при взаимодействии с морской водой замыкают цепь. Датчик герметичности располагается на нижней точке нижней полусферы, обеспечивая таким образом, контроль за герметичностью станции (при обнаружении течи станции замыкается цепь, давая тем самым команду на блок управления исполнительным механизмом размыкателя).

Автономный прибор срочности представляет собой электронный таймер с автономным источником питания для непосредственного приведения в действие исполнительного механизма размыкателя в действие.

Исполнительный механизм размыкателя электромагнитного типа при подаче импульса тока на обмотку электромагнита втягивает сердечник в стакан, при этом сердечник освобождает хвостовик крюка и последний под действием силы растяжения проворачивается вокруг своей оси, освобождая серьгу. Винт и гайка предназначены для выборки люфта между всплывающей частью треноги и частью, остающейся на дне, что способствует лучшей передаче сейсмических колебаний из грунта на сейсмодатчики.

Бортовой вычислительный узел (БВУ) включает в себе следующие блоки: четырехканальный блок фильтрации и усиления (ФУ), блок четырехканального аналого-цифрового преобразователя (ЧАЦП), таймер, накопитель информации (НИ).

Четырехканальный блок фильтрации и усиления (ФУ) обеспечивает фильтрацию сигналов с выходов трехкомпонентных сейсмодатчиков и низкочастотного гидрофона в полосе 1-60 Гц и усиления сигналов для их передачи на вход блока ЧАЦП.

Блок ЧАЦП состоит из четырех 14-разрядных АЦП и имеет четыре выхода; выходы ЧАЦП по отдельности подаются на входные каналы формирователя, где из сигналов с датчиков и гидрофона формируется массив отдельной выборки с длиной в шестнадцатиразрядное слово. Для каждого информационного канала формируется файл длиной 250 КБайт (из расчета, что частота квантования равна 200 Гц и при длине реализации 10 мин, объем реализации составляет 240 КБайт, на остальные 10 КБайт записываются наименование файла, свободные ячейки забиваются нулями, причем эти 10 Кбайт формируют начало каждого файла). Ввод информации осуществляется по команде с адаптивного порогового устройства (режим «пороговый») или по команде с ПУ (режим «непрерывный»).

Запускающие импульсы ЧАЦП формируются в таймере. Таймер представляет цифровой блок, где в качестве тактового генератора использован высокостабильный кварц типа «Гиацинт», с помощью которого формируются временной код с точностью 0,005 сек и запускающие импульсы с частотой 200 Гц для ЧАЦП.

Накопитель информации (НИ) представляет собой твердотельную (флэш) память с емкостью порядка 2 Гбайт. Запуск НИ осуществляется с помощью порогового устройства (режим «пороговый») или с программного устройства (ПУ) (режим «непрерывный»).

В БВУ располагаются, кроме выше указанного программного устройства, блок управления исполнительным механизмом размыкателя(УИМ), блок гидроакустической связи (ГАС), блок космической навигации (КН)JPS, блок пеленгации и локации (ПЛ).

Программное устройство представляет собой микроконтроллер, который управляет всеми устройствами АДСС по заданной программе или по команде полученной по гидроакустическому каналу связи либо радиоканалу (на поверхности).

По сигналу с датчика давления в надводном положении ПУ включает проблесковый маяк, блок пеленга и локации (ПЛ), блок КН. Блок пеленга и локации через антенну периодически излучает непрерывный тональный сигнал на частоте стандартного пеленгатора, прерываемый кодированным сообщением, содержащим условный номер станции, одновременно готов отразить локационный сигнал со стандартного судового радиолокатора, позволяющий четко отметить местоположение станции. В подводном положении по сигналу с датчика давления ПУ отключает выше указанные блоки (ПЛ и КН) и включает блок ГАС.

Блок КН с помощью антенны СРНС позволяет обеспечивающему судну, осуществляющему поиск станции, с помощью спутниковой радионавигационной системыJPSопределять местонахождение станции.

ПУ по программе включает или выключает блок гидроакустической связи (ГАС), исполняет все команды, получаемые с помощью блока ГАС, и при необходимости передает через блок ГАС с помощью ресивера запрашиваемую информацию. Кроме этого ПУ управляет режимами регистрации НИ по заданной программе.

Работа АДСС заключается в следующем.

На борту обеспечивающего судна перед постановкой АДСС проходит полный цикл подготовки, включающий в себя включение и тестирование различных узлов и блоков, занесение программы работы станции в программное устройство, задание времени срабатывания исполнительного механизма на приборе срочности. После цикла подготовки АДСС опускается с обеспечивающего судна за борт с помощью выносного крана. С этого момента АДСС начинает погружение со средней скоростью 1,5-1,6 м/с. АДСС производит придонение на треногу - балласт. Через определенное время по команде из ПУ в блоке системы ориентации фиксируется показания компасного устройства и датчика наклона, которые заносятся в локальную память блока системы ориентации. Прием сейсмических сигналов производится с помощью низкочастотного гидрофона и с трех сейсмоприемников, ориентированных по трем ортогональным направлениям Х, У,Z. При регистрации сигналов (режим "пороговый") от подводных землетрясений, включается адаптивное пороговое устройство, которое обеспечивает с малой вероятностью пропуска регистрацию этих сигналов. По команде с порогового устройства запись сигналов осуществляется на четыре канала НИ с длительностью в 10 мин. Каждая реализация имеет файловую структуру, причем наименование файлов соответствует времени вступления сигналов от подводного землетрясения (по каналуZ). При режиме работы "непрерывный" регистрация сигналов осуществляется независимо от порогового устройства.

При приеме с обеспечивающего судна команд на блок ГАС по гидроакустическому каналу связи команды исполняются ПУ. После завершения программы работ, заложенной в ПУ, программное устройство дает команду УИМ на отдачу балласта. В случае непрохождения команды, команда на сброс может быть продублирована с автономного прибора срочности. В случае непрохождения и этой команды, через некоторое время срабатывает электрохимический размыкатель. Экстренное всплытие АДСС может быть осушествлено в случае затекания станции по сигналу от датчика герметичности, в случае превышения АДСС глубины погружения 6000 м по сигналу от датчика давления, в случае превышения величины 30 градусов в датчике наклона блока ориентации и по команде по гидроакустическому каналу связи через блок ГАС.

В момент отдачи балласта начинает разворачиваться поплавок, закрепленный прямо на треноге. Поплавок с намотанным пропиленовым фалом (длина фала 15 метров) предназначен для выборки станции на борт обеспечивающего судна. После всплытия станция включает проблесковый маяк (в ночное время), начинает передавать радиосигнал пеленга через антенну радиолокационного отражателя и радиопередатчика и кодированный сигнал через антенну СРНС. В случае приема сигнала от судового радиолокатора, антенна начинает работу и в режиме активного отражателя. Обнаруженную станцию выбирают на борт судна, используя поплавок с выборочным фалом. После выборки станции производят серию послепостановочных тестов, далее открывают станцию и осуществляют выемку НИ с целью проведения обработки данных.

Принято положительное решение о выдаче патента РФ на Автономную донную сейсмическую станцию.