7.Методы натурных измерений электромагнитных полей морских объектов

7.1.Основные этапы развития электромагнитных полигонов

Этапы развития средств натурных измерений электромагнитных полей морских объектов удобно проследить на примере контрольно измерительных магнитных стендов (КИМС).

Первое поколение КИМС включали цепочку однокомпонентных (вертикальных) датчиков, установленных на морском дне ортогонально курсу измеряемого объекта. Выходные сигналы в аналоговом виде подавались на самописцы, число которых равно числу датчиков. Контроль прохождения носа и кормы объекта измерения выполнялся визуально посредством установки оптического устройства, расположенного на одной линии с датчиками магнитного поля (рис.7.1).

Рис.7.1

Второе поколение КИМС содержали уже набор трехкомпонентных датчиков, сигналы с которых посредством АЦП превращались в цифровую форму. Береговая часть КИМС содержала станцию слежения для автоматической привязки проходных характеристик к объекту. С использованием данных измерений посредством специального математического обеспечения рассчитывались ампер - витки обмоток размагничивания. Полученная информация передавалась на объект.

Рис.7.2

Третье поколение КИМС является уже не стационарным, а легко транспортируемым. Количество датчиков сокращено до двух. Все оборудование включая соединительные кабели датчики и буи и рабочее место операторов размещается в стандартном транспортном контейнере.

Датчики не требуют точной установки на морское дно. Вертикальность обеспечивается специальной подвеской, а ориентация горизонтальных компонент вдоль главных магнитных курсов электронная. Рабочая глубина до 50 метров. Информация с измерительных датчиков поступает на телеметрический буй и по радиоканалу на расстояние до 6 км на береговой центр управления. Лазерная система слежения позволяет определять положение носа и кормы с точностью 1м.

Программное обеспечение позволяет пересчитывать данные измерений на любые глубины.

Рис.7.3

7.2.Методы проведения натурных измерений

Если средства точной привязки корабля к измерительным датчикам отсутствуют, то используют не менее 5 донных датчиков (рис. 7.4) и одного компенсационного.

Для кораблей водоизмещением до 2000 т может применяться система измерения электромагнитных полей на стопе (рис.7.5), которая состоит из специальной немагнитной и непроводящей рамы 2, которая содержит набор датчиков (не менее 3-х) магнитного или электрического типа, и опускается вручную с бортов измеряемого корабля 1 с помощью канатов 3.

Компенсационный датчик

Измерительные датчики

Береговой пост управления

Р ис.7.4

Рис.7.5

В процессе измерений оба каната 3 одновременно перемещаются вдоль бортов измеряемого корабля с остановками у палубных указателей шпангоутов.

В случае измерения потенциала постоянного электрического поля корабля в схеме рис.7.5 присутствует также дополнительный «нулевой» датчик, относительно которого и определяется распределение потенциала, создаваемого кораблем. «Нулевой» датчик располагается на значительном удалении от измерительных датчиков. Аналогичная картина наблюдается и в некоторых методах измерения магнитного поля корабля, когда для компенсации магнитного поля Земли используется дополнительный датчик, который располагается на значительном удалении от измерительных датчиков (на рис.7.4 не показан).

На современных измерительных полигонах магнитное поле Земли компенсируется электронным образом. Для этого перед началом измерений в отсутствии объекта измерительные датчики измеряют магнитное поле Земли. Полученные значения запоминаются и вычитаются из показаний соответствующих датчиков.

Другой разновидностью контрольно измерительных станций является совмещение датчиков различных полей на одном полигоне. Измерительная линия, перпендикулярно которой проходит измеряемое судно, содержит датчики для измерения постоянных и переменных магнитных и электрических полей, акустические датчики и датчики давления. При этом датчики разного типа могут устанавливаться независимо друг от друга или в одном контейнере.

Примером контрольно измерительного морского стенда с размещением датчиков разного типа в одном контейнере является датчик английской фирмы Ultra Electronics (рис.7.6).

Информация с комбинированного датчика поступает в соединительный бокс, где выполняется предварительное усиление измеренных данных и преобразования их из аналоговой в цифровую форму с последующей передачей на береговой пункт регистрации. На рис.7.7. представлен общий вид комбинированного датчика.

Рис.7.6

Типы первичных преобразователей, которые содержаться в комбинированном датчике представлены в табл.7.1.

Таблица 7.1

Тип преобразователя	Частотный диапазон
Постоянное магнитное поле	0Гц-10Гц
Постоянное электрическое поле	0Гц-10Гц
Переменное магнитное поле	1Гц-3Гц
Переменное электрическое поле	1Гц-3Гц
Давление	0Гц-10Гц
Акустическое поле	5Гц-100кГц
Сейсмическое поле	1Гц-100Гц

Другим примером комбинированного датчика для измерения физполей кораблей и других параметров воды является датчик немецкой фирмы ЕММS (рис.7.9). Параметры датчиков физполей, входящих в одно устройство представлены в табл. 7.2.

Рис.7.7

Другим примером может служить комбинированный датчик EMMS немецкой фирмы STL (рис.7.8). Датчик содержит набор первичных преобразователей не только для измерения физполей кораблей, но и для стандартного контроля параметров окружающей среды.

Рис.7.8

Таблица 7.2

Комбинированный датчик EMMS немецкой фирмы STL

Компонент	Наименование	Значения
Датчики	Для измерения полей объектов морской техники	Электрический Магнитный Акустический Давления
	Для параметров окружающей среды	Температура Скорость течения Электропроводимости
Магнитный датчик (Феррозондовый трехкомпонентный)	Уровень помех	<10нТл/Гц@1Гц
	Полевой диапазон	80000Тл
	Частотный диапазон	0-3кГц
	Разрешение	0.2нТл
	Точность	<0.1%
Электрический датчик	Тип чувствительного элемента	Карбон
	Количество электродов	6
	Уровень помех	<10нВ/м/Гц@1Гц
	Полевой диапазон	50мВ/Тл
	Частотный диапазон	0-3кГц
	Разрешение	100нВ/м
	Точность	0.1%
Акустический датчик	Динамический диапазон	100дБл
	Частотный диапазон	1Гц-20кГц
	Уровень помех	<200 дБл В/мкПа
	Направленность	Всенаправленный
Температурный датчик	Диапазон	-5400С
	Разрешение	<0.20С
	Точность	0.5%
Датчик давления	Диапазон	500кПа
	Разрешение	<500мПа
	Точность	0.5%
	Частотный диапазон	0-250Гц
Датчик скорости течения	Динамический диапазон	3м/с
	Разрешение	1мм/с
	Точность	0.5%
Датчик электропроводимости	Динамический диапазон	0.0110См/м

Пример выполнения измерений электрического потенциала без дополнительного «нулевого» электрода приведен на рис.7.9 [22], где 1-5 контейнеры, содержащие трехкомпонентный датчик магнитной индукции и датчик (в верхней части контейнера) электрического потенциала, 6 – соединительный кабель, 7 преобразовательный блок, содержащий 5 малошумных дифференциальных усилителя, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, 8 – береговая станция сбора и обработки информации. На выходе блока 8 сформированы сигналы, пропорциональные , , , и .

Рис.7.9. Измерительная система без дополнительного компенсационного датчика