ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ВОДНОЙ

СРЕДЫ ''АКВАТОРИЯ – СЕГ''

Судовой гидрохимикофизический информационно-измерительный комплекс ''Акватория – СЕГ'' (далее комплекс) предназначен для контроля гидрохимикофизи ‑ ческих параметров придонного слоя воды в местах отбора проб (воды и грунта) в зоне прокладки СЕГ, привязки к географическим координатам и обработки получаемой информации с использованием геоинформационной системы.

5.1 Задачи, решаемые комплексом

В планируемых точках выполнения инженерно-геологических изысканий осуществляется:

- отбор проб воды с заданных горизонтов для проведения в береговой лаборатории анализа на содержание ЗВ;

- отбор проб грунта для проведения в береговой лаборатории детального анализа на содержание ЗВ;

- измерение гидрохимикофизических параметров воды в придонном слое;

- ультразвуковое зондирование толщи воды для определения глубины места, регистрации профиля дна и обнаруженных на дне объектов;

- определение географических координат места нахождения судна с высокой точностью;

- сбор, обобщение, обработка и архивирование информации от всех контрольно-измерительных средств комплекса с привязкой результатов контроля и измерений к месту и времени их проведения;

- нанесение результатов контроля и измерений на электронную карту с отображением на дисплее ПЭВМ в удобной для оператора форме (пространственно-временная обработка информации);

- создание базы данных проводимых измерений.

5.2 Состав комплекса

В состав комплекса входят:

1. зонд гидрохимикофизических измерений;

2. аппаратура ультразвукового зондирования толщи воды;

3. вычислительная система;

4. аппаратура спутниковой навигации (GPS навигатор);

5. геоинформационная система (ГИС) эколога;

6. источники бесперебойного электропитания аппаратуры;

7. устройства отбора проб (грунта, воды);

8. комплект вспомогательного оборудования.

5.3. Назначение и технические характеристики составных частей комплекса

5.3.1 Зонд гидрохимикофизических измерений

Зонд гидрохимикофизических измерений предназначен для измерения в придонном слое воды температуры (Т), удельной электропроводности (УЭП), водородного показателя (рН), окислительно-восстановительного потенциала (Еh), массовой концентрации растворенного кислорода (О₂).

В состав зонда входят:

-преобразователь ГХФП (рис.5.1);

-блок питания БПСП (рис.5.2), обеспечивающий питание преобразователя ГХФП;

Рисунок 5.1 ‑ Преобразователь ГХФП

Рисунок 5.2 ‑ Блок питания БПСП

-ПЭВМ-ВЦ (из состава вычислительной системы) с интерфейсом RS-485, обеспечивающая обмен данными с преобразователем ГХФП, обработку получаемых данных, визуализацию обработанных результатов измерения, архивирование и документирование информации (рис. 5.3);

Рисунок 5.3 – ПЭВМ-ВЦ

-линия связи (рис.5.4), обеспечивающая герметичное сопряжение преобразова‑ теля ГХФП, устанавливаемого в водную среду, с источником питания и ПЭВМ-ВЦ;

Рисунок 5.4 ‑ Линия связи.

-защитное ограждение преобразователя ГХФП (рис.5.5);

Рисунок 5.5 ‑ Защитное ограждение преобразователя

Основные параметры каналов измерения преобразователя ГХФП приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Параметры каналов

Измеряемая величина	Диапазон измерений	Пределы допускаемых значений погрешности
		Абсолютная погрешность	Относительная погрешность
Удельная электрическая проводимость, См/м	От 0,005 до 6,5		± 3% от теку-щего значения
Температура, °С	От 0 до плюс 35	± 0,1	-
Водородный показатель, ед. рН	От 2 до 12	± 0,1	-
Окислительно-восстановительный потенциал, мВ	От минус 700 до плюс 1200	± 10	-
Массовая концентрация растворенного кислорода, мг/л	От 0 до 16	± 0,4	-

Датчики преобразователя ГХФП являются датчиками контактного типа и поэтому для измерения значений гидрохимикофизических параметров преобразователь ГХФП должен быть погружен в водную среду.

В качестве чувствительного элемента датчика температуры (Т) использована медная проволока. Корпус датчика и его защита выполнены из титана.

Датчик удельной электрической проводимости (УЭП) представляет собой четырехэлектродную ячейку открытой конструкции в форме осесимметричного тела.

В качестве датчика глубины (Н) использован тензорезисторный датчик давления, работающий на основе полупроводниковых структур ''кремний на сапфире'', не имеющий подвижных узлов, а работающий при малых перемещениях упругих элементов.

Измерение концентрации ионов водорода осуществляется двухэлектродной ячейкой датчика pH. При этом индикаторный электрод представляет собой стеклянный электрод, мембрана которого выполнена из специального литиево – силикатного стекла, а вспомогательный – хлорсеребряный электрод.

Датчик измерения значения окислительно-восстановительного потенциала (Eh) аналогичен датчику pH за исключением того, что мембрана индикаторного электрода выполнена из специального силикатного стекла с электродной проводимостью.

Датчики pH и Eh имеют единый электрод сравнения.

Концентрация растворённого в водной среде кислорода измеряется датчиком полярографического типа, в основу которого положена классическая ''ячейка Кларка''. Она представляет собой двухэлектродную ячейку, состоящую из катода и анода, изолированную от внешней среды фторопластовой мембраной.

Измерение параметров осуществляется с помощью измерительных каналов преобразователя ГХФП: УЭП, Т, рН, Eh, О₂. Первичными измерительными преобразователями каналов являются соответствующие датчики преобразователя ГХФП, подключенные к аналого-цифровому преобразователю с контроллером интерфейса RS-485, расположенные в корпусе преобразователя ГХФП. Электрические сигналы, пропорциональные измеряемым гидрохимикофизическим параметрам соответствующих датчиков, поступают на вход платы АЦП для преобразования в цифровую форму и передачи данных измерения по интерфейсу RS-485 в ПЭВМ-ВЦ. В зонде имеется автоматическая температурная компенсация, учитывающая температуру контролируемой водной среды в алгоритмах обработки информации.

ПЭВМ-ВЦ с соответствующим программным обеспечением выполняет функцию вычислительного компонента зонда и позволяет:

• автоматически опрашивать плату АЦП преобразователя ГХФП, получать данные измерительных каналов по линии интерфейса RS-485, производить расчет гидрохимикофизических параметров;

• наблюдать графики изменения измеряемых гидрохимикофизических параметров в зависимости от времени и глубины погружения зонда;

• оперативно изменять внешний вид, масштаб, состав и другие параметры графиков, получать точные численные значения параметров в любой точке графиков;

• автоматически сравнивать значения измеренных гидрохимикофизических параметров с заданным пороговым значением;

• производить точную привязку результатов измерений к географическим координатам местоположения судна на момент работы;

• наблюдать точки проведения измерений и местоположение судна на электронной карте-схеме;

• осуществлять автоматическое архивирование принимаемой от преобразователя ГХФП информации на жестком диске ПЭВМ;

• обеспечивать оперативный просмотр архивной информации;

• осуществлять оперативный вывод информации на принтер.

В качестве источника электропитания преобразователей ГХФП применен блок питания БПСП.

Технические данные блока питания БПСП:

• номинальное входное напряжение - 50 Гц 220 В;

• допустимые пределы изменения входного напряжения - от 180 до 245 В;

• потребляемый ток на входе блока при минимальном входном напряжении и максимальной нагрузке на выходе - не более 0,5 А;

• число выходов - 2;

• ВЫХОД 24/20 В-I с напряжением на выходе (24  1) В или (20  0,8) В;

• ВЫХОД 24/20 В-II с напряжением на выходе (24  1) В или (20  0,8) В.

По ВЫХОДУ 24/20 В-I и ВЫХОДУ 24/20 В-II блок обеспечивает защиту от превышения нагрузкой максимально допустимого тока потребления, при этом максимально допустимый ток может быть установлен в диапазоне от 0,1 до 1,0 А, а также защиту нагрузки при изменении выходного напряжения, более чем на 7 %.

Включение блока, установка выходного напряжения 24 В или 20 В, установка предельного тока осуществляются вручную.

5.3.2. Аппаратура ультразвукового зондирования придонного слоя воды и поверхностного слоя грунта

Аппаратура ультразвукового зондирования придонного слоя воды и поверхностного слоя грунта предназначена для определения глубины и регистрации профиля дна в точке выполнения работ.

В состав аппаратуры ультразвукового зондирования (рис.5.6) входят:

• эхолот ETR-6/10N с совмещенной антенной 520-5PSD;

• плоттер GD-1920C;

блок питания PS-613.

Эхолот ETR-6/10N предназначен для определения расстояния между антенной эхолота и звукорассеивающими слоями с аномальными характеристиками, вызванными грязевыми линзами и другими биологическими и механическими сбросовыми компонентами, в диапазоне глубин от 5 до 200 м, а также для измерения глубины под килем судна.

Рисунок 5.6 ‑ Аппаратура ультразвукового зондирования.

Совмещенная двухчастотная антенна 520-5PSD эхолота предназначена для излучения акустической энергии в водное пространство (вертикально вниз от днища судна) и приема объемной реверберации от звукорассеивающих слоев с аномальными характеристиками.

В составе совмещенной антенны имеются две антенны - 50 и 200 кГц, подключенные к приемопередатчику эхолота: одна - на ВЧ-тракт (200 кГц), а другая - на НЧ-тракт (50 кГц).

Технические данные эхолота:

• частота зондирующего импульса ВЧ-тракта 200 кГц, а НЧ-тракта - 50 кГц;

• ширина диаграммы направленности 46 (50 кГц), 10 (200 кГц);

• длительность зондирующего импульса - от 0,1 до 2,0 мс (зависит от выбранного диапазона глубины);

• диапазон глубин - 5, 10, 20, 40, 80, 150, 300, 500 м;

• напряжение питания постоянного тока - 12 В;

• потребляемая мощность - 45 Вт.

Эхолот определяет расстояние между антенной и звукорассеивающими слоями, подводными объектами или дном и отображает результаты на плоттере GD-1920C.

Ультразвуковая волна, посылаемая через воду, распространяется с почти постоянной скоростью (1500 м/с). Если звуковая волна встречает подводный объект, то часть звуковой волны отражается и возвращается к излучателю (источнику). Таким образом, по разнице во времени между излучением звуковой волны и приемом отраженной волны может быть определена глубина нахождения объекта.

Отображение объекта может быть восьмицветное или шестнадцатицветное в зависимости от выбранного оператором режима.

Эхолот обеспечивает:

- отображение на экране дисплея:

- панорамы сигнала ультразвукового зондирования на высоких и низких частотах;

- части панорамы реверберационного сигнала ультразвукового зондирования в увеличенном масштабе;

- эхограммы отраженного сигнала ВЧ и НЧ зондирования;

- выдачу сигналов (синхросигнал и сигнал зондирования) в ПЭВМ-УЗК для обработки и архивирования информации;

- выдачу значений глубины места в формате NMEA 0183.

ПЭВМ-УЗК (из состава вычислительной системы), подключенная к эхолоту, позволяет:

- представлять оператору в удобном для наблюдения виде гидроакустическую информацию о состоянии толщи воды, в том числе и о слоях с аномальными звукорассеивающими характеристиками;

- обеспечивать вывод на экран дисплея, как в совмещенном виде, так и в отдельности панорам, принимаемых от эхолота сигналов ультразвукового зондирования, и результатов их пространственной обработки в выбранном диапазоне глубин;

- обеспечивать возможность детального просмотра выбранного слоя панорамы сигналов ультразвукового зондирования в режиме "Лупа";

- обеспечивать возможность вывода результатов текущего зондирования в осциллографическом режиме;

- обеспечивать одновременное архивирование принимаемой от эхолота гидроакустической информации;

- обеспечивать оперативную работу с архивом гидроакустической информации, в том числе просмотр панорам записанных сигналов ультразвукового зондирования воды с одновременной их пространственной обработкой и возможностью оперативной корректировки оператором текущих параметров обработки;

- осуществлять оперативный вывод гидроакустической информации, в том числе и при работе с архивом, на цветной принтер.

Для электропитания эхолота применен блок питания PS-103, который преобразовывает напряжение 50Гц 220В в напряжение плюс 12В.

Габаритные размеры блока 170х95х185 мм. Масса блока - не более 4,5 кг.