Что измеряет абсолютный лаг
Судовые лаги, их классификации Погрешности лагов и учет их в судовождении.
Судовые лаги служат для измерения скорости судна и пройденного расстояния. Лаги бывают:
К относительным причисляют лаги, которые измеряют скорость судна относительные воды.
Если лагом измеряют только продольную составляющую скорости судна, то его называют однокомпонентным. Если же лаг измеряет и поперечную составляющую скорости, то он называется двухкомпонентным или лагом-дрейфометром. В зависимости от физического закона, положенного в принцип работы лага, различают:
1. Гидродинамические лаги
2. Индукционные лаги.
3. Гидроакустические доплеровские лаги.
4. Гидроакустические корреляционные лаги.
1. Гидродинамические лаги используют зависимость гидродинамического давления от скорости судна, которая имеет следующую зависимость:
В данном типе лагов с помощью трубки Пито выделяется гидродинамическое давление набегающего потока воды, который возникает при движении судна.
По величине этого давления находят скорость судна.
Данный тип является относительным и однокомпонентным.
3. Принцип работы гидроакустического доплеровского лага основан на эффекте Доплера.
В доплеровском лаге гидроакустическая антенна А излучает электро-звуковые импульсы с опорной частотой f 
, которые направлены в сторону дна. Отражаясь от дна импульсы опять поступают на гидродинамическую антенну А, однако их частота f 
из-за эффекта Доплера > f . Разность этих частот ( 
) называется доплеровским сдвигом частоты, который зависит от скорости судна. Измеряя , в лаге рассчитывается скорость судна.
Данный лаг является абсолютным и двухкомпонентным, т.е изменяет как продольную, так и поперечную составляющую скорости судна.
Для повышения точности измерения скорости судна определение каждой составляющей производится с помощью 2-х лучевой системы. Импульсы посылаются как по направлению, так и в противоположную сторону.
4. Гидроакустический корреляционный лаг с помощью носовой и кормовой гидроакустической антенной зондирует дно под судном.
.
Данный лаг является абсолютным и двухкомпонентным. Оба гидроакустических лага измеряют скорость судна относительно грунта на глубинах до 400 м. При больших глубинах они работают в режиме относительного лага.
Для относительных лагов существуют 3 погрешности:
1. Постоянная погрешность, не зависящая от скорости судна.
2. Линейно-зависящая от скорости судна.
3. Нелинейно-зависящая от скорости судна.
Для компенсации данных погрешностей в схеме лага вырабатывают соответствующие поправки.
Как на судах измеряют скорость
Суда занимают важнейшее место в жизни общества — они основная составляющая развития торговли. Поэтому важнейшим развитием для человечества стало, развитие морского транспорта. Из-за отсутствия видимости берегов в море конструктора и изобретатели стремились создать устройство помогающее определять скорость движения судна по морской глади. Скорость необходима для расчётов местоположения.
Как определяли скорость
Солнце и звёзды дали возможность определения путёвого угла, часы отмеряют время, но как же определить скорость? Людям помогла смекалка, которая закрепила за морской скоростью такое понятие, как узел. Раньше моряки использовали доску, служащей плавучим якорем, к ней привязывался линь, на котором отмечались на равном расстоянии узелки. Принцип действия такого ручного лага сводился к следующему: доска сбрасывалась в воду, из-за противодействия воды она оставалась на месте, а судно в это время шло дальше, но разматывая верёвку с узелками вслед за остающейся доской. Тем самым за определённый период уходило определённое количество узелков в воду. Рассчитывая соотношение ушедших узелков и время получали скорость судна в узлах. Принято считать 1 узел равен 1 морской миле за 1 час преодоления судном. Так и появился относительный, ручной или секторный лаг, ставший прародителям целой плеяды сложнейших лагов.
Какие лаги бывают
Они классифицируются на относительные и абсолютные, те в свою очередь на индукционные и гидродинамические лаги, а также на гидроакустические доплеровские лаги, спутниковый лаг и корреляционные соответственно.
Относительные лаги
Он обеспечивает измерение пройденного расстояния и скорости относительно воды. Тем самым скрывая в себе первоначально ошибку в измерениях скорости, ведь вода накладывает ошибку на измерения, добавляя составляющие своего вектора движения. Таким образом, относительные лаги являются менее точными для судовождения.
Индукционный лаг
Имеют в основе, скрытое в классификации электромагнитное явление под названием индукция. Оно формируется на базе перемещения проводящего элемента внутри электромагнитного поля, тем самым возникает электродвижущая сила внутри проводника. Его вектор замеряется, и путём исчислений получается вектор движения судна. Электромагнитное поле возникает в воде под действием датчика, имеющего в своём составе магнит, и вода, являясь проводником, начинает создавать внутри себя электродвижущую силу, параметры которой и снимаются датчиком. Большой недостаток такого лага — нарастающие на дно биоорганизмы. Они сильно уменьшают создание магнитного поля и чувствительность приёмника. Ярким представителем таких типов лагов является ЛЭМ2-1М, производства «Электроприбор» в Санкт-Петербурге. Он имеет три различные версии в зависимости от установки приёмного устройства ЛЭМ2-1МН, ЛЭМ2-1МВ и ЛЭМ2-1МК.
Гидродинамический лаг
Вторым по популярности относительный лаг. Он основан на измерении давлении воды на датчик либо катушку. Давление создаётся благодаря гидродинамическим показателям набегающей воды. К данному вектору присоединяется масса ошибок, таких как качка, снос, дифферент и обрастание. Поэтому такие лаги чаще всего показывают ошибочные данные, но при этом довольно просты в изготовлении. Так что являются самыми бюджетными и часто используемыми на судах не поднадзорных сертификационным обществам. Популярными в данном виде является линейка лагов от производителя морской навионики Raymarina T111, T121 и Т915. Маломерные суда также используют гидродинамические лаги Lowrance, Furuno и Simrad.
Абсолютные лаги
Это следующий вид классификации морских лагов. Под термином абсолютный лаг понимают лаги, которые измеряют скорость судна относительно грунта.
Гидроакустический доплеровский лаг
Его работа основана на эффекте Доплера — при одинаковом излучении волн, объект, движущийся на источник излучения будет принимать волны быстрее, относительно своей скорости. Судно излучая прямо по курсу волны, посредством гидроакустического излучателя, принимает их отражёнными. Частота приёма увеличивается пропорционально скорости движения судна. Проведя подсчёт, получается расчётная скорость как по направлению движения судна, так и его смещение по оси У. Погрешность измерений в данном случае довольно мала, до 0,1%. Так достигается точность порядка 0,015 узла, что является довольно хорошим показателем в современных условиях, и развития морской электротехники.
Если доплеровские лаги доработать несколькими антеннами, возможно получить скорость смещения более точно по осям Х и У. Для крупнотоннажных судов это помогает контролировать движение. Данная функция также вносит облегчение швартовки. Но работает такой лаг при небольших глубинах, максимум 350 метров, что для глубоководных переходов является критичным. При увеличении глубины гидроакустическая волна начинает отражаться от более плотных слоёв воды на глубине порядка 320 метров, и принимается как абсолютная, но по факту являющаяся относительной.
Датчики доплеровских лагов являются критичными элементами системы, и поэтому убираются в клинкеты и танки, для защиты их ото льда, топляка и иных опасных предметов. Так как механическое повреждение антенны приведёт за собой дорогостоящие работы по его восстановлению. Увеличить ошибку замеров могут погрешность измерений частоты, появление вертикальной составляющей и наклон датчиков. Совместно это может увеличивать ошибку с 0,1 до 0,5 процента. Доплеровских лаги производят компании JRC модели JLN-550, JLN-652, JLN-205, JLN-740 и Furuno модели DS-80, DS-60 и DS-85.
Спутниковый лаг
Следующим абсолютным лагом является спутниковый тип лагов. Он работает так же, как и обыкновенные приёмники сигналов ГНСС. Рассчитывает своё местоположение благодаря альманаху спутников. Для этого достаточно трёх спутников. Определяя своё местоположение, лаг считает скорость относительно спутников, но так как они дают местоположение относительно земли, то и скорость рассчитывается относительно Земли. Поэтому лаги классифицируются как абсолютные. В зависимости от спутниковой системы используются ГЛОНАСС лаги, GPS лаги и другие. Ошибкой расчётов может стать только погрешности часов, находящихся в приёмниках лага, и время расчёта сигнала. Поэтому точность достигает порой до 0,01%, что является одним из лучших в классе. Непогода, сильное волнение, туман и прочие метеоусловия могут значительно отклонить точность показаний. Спутниковые лаги представлены японскими моделями JRC JLN-720 и Furuno GS-100.
Гидроакустические корреляционный лаг
Третий тип абсолютных лагов. Их принцип действия основан на временном прохождении одинаковыми акустическими сигналами, направленными в сторону дна от двух антенн, находящихся на разных расстояниях относительно центра корабля. То есть сигнал, отражённый от одной и той же точки в разное время, придёт в различные интервалы до первого и второго приёмника, тем самым возможно будет высчитать скорость относительно двух сигналов. Такой принцип действия зарекомендовал себя лучше, чем доплеровский принцип. Потому что у него отсутствует погрешность от скорости распространения звука в воде и компенсации качки. Но как и доплеровский лаг на больших глубинах, а в данном случае это более 200 метров, он становится относительным — сигнал отражается от воды в более плотных слоях. Яркими представителями данных лагов являются производитель Consillium и его станции SAL t2 и SAL R1a.
Судовые лаги, их классификация. Погрешности лагов и учет их в судовождении.
Относительные лаги.
В настоящее время на судах морского транспортного флота применяются индукционные, гидродинамические и радиодоплеровские лаги, измеряющие скорость относительно воды.
Индукционные лаги. Их действие основано на свойстве электромагнитной индукции. Согласно этому свойству при перемещении проводника в магнитном поле в проводнике индуктируется э. д. с., пропорциональная скорости его перемещения.
С помощью специального магнита под днищем судна создается магнитное поле. Объем воды под днищем, на который воздействует магнитное поле лага, можно рассматривать как множество элементарных проводников электрического тока, в которых индуктируется э. д. с.: значение такой э. д. с. позволяет судить о скорости перемещения судна.
Индукционный лаг, независимо от конструктивного решения его узлов, включает:
электромагнит, токосъемные контакты (электроды) для съема наведенного в воде сигнала; измерительное устройство для измерения сигнала на электродах и преобразования его в скорость; корректирующее устройство, исключающее методическую погрешность измеряемой скорости; счетно-решающее устройство для выработки пройденного судном расстояния; трансляционное устройство для передачи данных о скорости и пройденном расстоянии на репитеры и в судовую автоматику.
Эксплуатируемые на судах морского флота индукционные лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М построены по одинаковой схеме:
они измеряют только продольную составляющую относительной скорости; выступающих за корпус судна частей нет. Вся измерительная и счетно-решающая часть лагов ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М выполнена на полупроводниковых элементах с максимальным использованием интегральных микросхем. Блочно-функциональный принцип построения обеспечивает быстрое отыскание неисправностей и их устранение путем замены отдельных узлов (плат) без последующей регулировки лага. Лаг ИЭЛ-2М является модернизацией лага ИЭЛ-2. Серийно изготовляется в настоящее время только лаг ИЭЛ-2М. Лаг ИЭЛ-2 снят с производства в 1980 г. Лаг ИЭЛ-2М может устанавливаться на всех морских судах, включая ледоколы и суда на подводных крыльях.
Рекомендации по эксплуатации заключаются в следующем. С обрастанием корпуса судна лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М начинают давать заниженные показания. При этом проверка «рабочего нуля», нуля измерительной схемы и масштаба никаких изменений не показывает. Для исключения погрешности за счет обрастания корпуса необходимо установить новый масштаб. Значение нового масштаба:
,
где М — первоначально установленный масштаб;
Vл — наблюдаемая скорость по лагу;
Vи — действительная скорость судна относительно поды в момент наблюдения.
После вычисления нового масштаба необходимо перевести лаг в режим масштабирования (переключатель рода работы в приборе 6 перевести в положение «Масштаб») и с помощью потенциометров «Масштаб грубо» и «Масштаб точно» установить новое значение масштаба. После этого вернуть лаг в рабочий режим. Новое значение масштаба записать в формуляр лага и на карту в приборе 6. Установку нового масштаба можно производить как на ходу, так и при стоянке судна у причала и на якоре.
Гидродинамические лаги. Принцип действия основан на измерении гидродинамического давления, создаваемого скоростным напором набегающего потока воды при движении судна.
Поправка гидродинамического лага, как правило, нестабильна. Основными причинами, обусловливающими ее изменения во время плавания, являются дрейф судна, дифферент, обрастание корпуса, качка и изменение плотности морской воды с изменением района плавания.
Рассчитать изменение поправки лага от влияния первых трех причин не представляется возможным.
Практика показывает, что наибольшую погрешность в измерении скорости вызывает дрейф судна. При больших углах дрейфа погрешность может достигать 3-4%. От изменения дифферента и обрастания корпуса погрешность не превышает 1-2%. При использовании штевневого приёмного устройства погрешность от обрастания корпуса судна вообще не возникает.
Погрешности от дрейфа, дифферента и обрастания корпуса носят систематический характер. Поэтому, будучи определены из наблюдений, они могут учитываться в дальнейшем при счислении.
Погрешность лага за счет качки носит периодический характер. При выработке пройденного расстояния эта погрешность интегрируется и в случае симметричной качки обращается в ноль.
Погрешность (в %) лага от изменения плотности морской воды с изменением района плавания может быть рассчитана по формуле
,
2. Абсолютные лаги.
Под абсолютными понимаются лаги, измеряющие скорость судна относительно грунта. Разработанные в настоящее время абсолютные лаги являются гидроакустическими и делятся на доплеровские и корреляционные.
Гидроакустические доплеровские лаги (ГДЛ). Принцип работы ГДЛ заключается в измерении доплеровского сдвига частоты высокочастотного гидроакустического сигнала, посылаемого с судна и отраженного от поверхности дна.
Результирующей информацией являются продольная и поперечная составляющие путевой скорости. ГДЛ позволяет измерять их с погрешностью до 0,1%, Разрешающая способность высокоточных ГДЛ составляет 0,01— 0,02 уз.
Для измерения только продольной составляющей путевой скорости ГДЛ должен иметь двухлучевую антенну А1 (на рис. 4.1 лучи 1 и 3). Для измерения продольной и поперечной составляющих антенна должна быть четырехлучевой, Лучи 2 и 4 используются в этом случае для измерения поперечной составляющей путевой скорости. На основании измеряемых продольной и поперечной составляющих путевой скорости гидроакустический доплеровский лаг позволяет определять вектор путевой скорости судна в каждый момент времени и снос судна под влиянием ветра и течения.
При установке дополнительной двухлучевой антенны A2 (см. рис. 4.1) ГДЛ позволяет контролировать перемещение относительно грунта носа и кормы, что облегчает управление крупнотоннажным судном при плавании по каналам, в узкостях и при выполнении швартовных операций.
Большинство существующих ГДЛ обеспечивают измерение абсолютной скорости при глубинах под килём до 200-300 м. При больших глубинах лаг перестаёт работать или переходит в режим измерения относительной скорости, т. е. начинает работать от некоторого слоя воды как относительный лаг.
Антенны ГДЛ не выступают за корпус судна. Для обеспечения их заменыбез докования судна они устанавливаются в клинкетах.
В качестве электроакустических преобразователей в антеннах доплеровских лагов используются пьезокерамические элементы.
Источниками погрешности ГДЛ могут быть: погрешность измерения доплеровской частоты; изменение скорости звука в морской воде; изменение углов наклона лучей антенны; наличие вертикальной составляющей скорости судна. Суммарная погрешность по этим причинам у современных лагов не превышает 0,5%.
Корреляционные лаги. Принцип действия гидроакустического корреляционного лага (ГКЛ) заключается в измерении временного сдвига между отраженным от грунта акустическим сигналом, принятым на разнесенные по корпусу судна антенны (рис. 4.2). Сигнал U2(t), принятый задней приемной антенной, повторяет форму сигнала U1(t), принятого передней антенной со сдвигом по времени t, равным:
,
где l — расстояние между антеннами;
Определение временного сдвига производится путем корреляционной обработки принятых сигналов. Для этой цели в тракт сигнала передней антенны вводится переменная временная задержка, производится вычисление взаимнокорреляционной функции огибающих сигналов разнесенных антенн и отслеживаются ее максимальные значения.
На глубинах до 200 м ГКЛ измеряет скорость относительно грунта и одновременно указывает глубину под килем. На больших глубинах он автоматически переходит на работу относительно воды.
Достоинствами ГКЛ по отношению к ГДЛ являются независимость показаний от скорости распространения звука в воде и более надежная работа на качке.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Относительные лаги.
В настоящее время на судах морского транспортного флота применяются индукционные, гидродинамические и радиодоплеровские лаги, измеряющие скорость относительно воды.
Индукционные лаги. Их действие основано на свойстве электромагнитной индукции. Согласно этому свойству при перемещении проводника в магнитном поле в проводнике индуктируется э. д. с., пропорциональная скорости его перемещения.
С помощью специального магнита под днищем судна создается магнитное поле. Объем воды под днищем, на который воздействует магнитное поле лага, можно рассматривать как множество элементарных проводников электрического тока, в которых индуктируется э. д. с.: значение такой э. д. с. позволяет судить о скорости перемещения судна.
Индукционный лаг, независимо от конструктивного решения его узлов, включает:
электромагнит, токосъемные контакты (электроды) для съема наведенного в воде сигнала; измерительное устройство для измерения сигнала на электродах и преобразования его в скорость; корректирующее устройство, исключающее методическую погрешность измеряемой скорости; счетно-решающее устройство для выработки пройденного судном расстояния; трансляционное устройство для передачи данных о скорости и пройденном расстоянии на репитеры и в судовую автоматику.
Эксплуатируемые на судах морского флота индукционные лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М построены по одинаковой схеме:
они измеряют только продольную составляющую относительной скорости; выступающих за корпус судна частей нет. Вся измерительная и счетно-решающая часть лагов ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М выполнена на полупроводниковых элементах с максимальным использованием интегральных микросхем. Блочно-функциональный принцип построения обеспечивает быстрое отыскание неисправностей и их устранение путем замены отдельных узлов (плат) без последующей регулировки лага. Лаг ИЭЛ-2М является модернизацией лага ИЭЛ-2. Серийно изготовляется в настоящее время только лаг ИЭЛ-2М. Лаг ИЭЛ-2 снят с производства в 1980 г. Лаг ИЭЛ-2М может устанавливаться на всех морских судах, включая ледоколы и суда на подводных крыльях.
Рекомендации по эксплуатации заключаются в следующем. С обрастанием корпуса судна лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М начинают давать заниженные показания. При этом проверка «рабочего нуля», нуля измерительной схемы и масштаба никаких изменений не показывает. Для исключения погрешности за счет обрастания корпуса необходимо установить новый масштаб. Значение нового масштаба:
,
где М — первоначально установленный масштаб;
Vл — наблюдаемая скорость по лагу;
Vи — действительная скорость судна относительно поды в момент наблюдения.
После вычисления нового масштаба необходимо перевести лаг в режим масштабирования (переключатель рода работы в приборе 6 перевести в положение «Масштаб») и с помощью потенциометров «Масштаб грубо» и «Масштаб точно» установить новое значение масштаба. После этого вернуть лаг в рабочий режим. Новое значение масштаба записать в формуляр лага и на карту в приборе 6. Установку нового масштаба можно производить как на ходу, так и при стоянке судна у причала и на якоре.
Гидродинамические лаги. Принцип действия основан на измерении гидродинамического давления, создаваемого скоростным напором набегающего потока воды при движении судна.
Поправка гидродинамического лага, как правило, нестабильна. Основными причинами, обусловливающими ее изменения во время плавания, являются дрейф судна, дифферент, обрастание корпуса, качка и изменение плотности морской воды с изменением района плавания.
Рассчитать изменение поправки лага от влияния первых трех причин не представляется возможным.
Практика показывает, что наибольшую погрешность в измерении скорости вызывает дрейф судна. При больших углах дрейфа погрешность может достигать 3-4%. От изменения дифферента и обрастания корпуса погрешность не превышает 1-2%. При использовании штевневого приёмного устройства погрешность от обрастания корпуса судна вообще не возникает.
Погрешности от дрейфа, дифферента и обрастания корпуса носят систематический характер. Поэтому, будучи определены из наблюдений, они могут учитываться в дальнейшем при счислении.
Погрешность лага за счет качки носит периодический характер. При выработке пройденного расстояния эта погрешность интегрируется и в случае симметричной качки обращается в ноль.
Погрешность (в %) лага от изменения плотности морской воды с изменением района плавания может быть рассчитана по формуле
,
2. Абсолютные лаги.
Под абсолютными понимаются лаги, измеряющие скорость судна относительно грунта. Разработанные в настоящее время абсолютные лаги являются гидроакустическими и делятся на доплеровские и корреляционные.
Гидроакустические доплеровские лаги (ГДЛ). Принцип работы ГДЛ заключается в измерении доплеровского сдвига частоты высокочастотного гидроакустического сигнала, посылаемого с судна и отраженного от поверхности дна.
Результирующей информацией являются продольная и поперечная составляющие путевой скорости. ГДЛ позволяет измерять их с погрешностью до 0,1%, Разрешающая способность высокоточных ГДЛ составляет 0,01— 0,02 уз.
Для измерения только продольной составляющей путевой скорости ГДЛ должен иметь двухлучевую антенну А1 (на рис. 4.1 лучи 1 и 3). Для измерения продольной и поперечной составляющих антенна должна быть четырехлучевой, Лучи 2 и 4 используются в этом случае для измерения поперечной составляющей путевой скорости. На основании измеряемых продольной и поперечной составляющих путевой скорости гидроакустический доплеровский лаг позволяет определять вектор путевой скорости судна в каждый момент времени и снос судна под влиянием ветра и течения.
При установке дополнительной двухлучевой антенны A2 (см. рис. 4.1) ГДЛ позволяет контролировать перемещение относительно грунта носа и кормы, что облегчает управление крупнотоннажным судном при плавании по каналам, в узкостях и при выполнении швартовных операций.
Большинство существующих ГДЛ обеспечивают измерение абсолютной скорости при глубинах под килём до 200-300 м. При больших глубинах лаг перестаёт работать или переходит в режим измерения относительной скорости, т. е. начинает работать от некоторого слоя воды как относительный лаг.
Антенны ГДЛ не выступают за корпус судна. Для обеспечения их заменыбез докования судна они устанавливаются в клинкетах.
В качестве электроакустических преобразователей в антеннах доплеровских лагов используются пьезокерамические элементы.
Источниками погрешности ГДЛ могут быть: погрешность измерения доплеровской частоты; изменение скорости звука в морской воде; изменение углов наклона лучей антенны; наличие вертикальной составляющей скорости судна. Суммарная погрешность по этим причинам у современных лагов не превышает 0,5%.
Корреляционные лаги. Принцип действия гидроакустического корреляционного лага (ГКЛ) заключается в измерении временного сдвига между отраженным от грунта акустическим сигналом, принятым на разнесенные по корпусу судна антенны (рис. 4.2). Сигнал U2(t), принятый задней приемной антенной, повторяет форму сигнала U1(t), принятого передней антенной со сдвигом по времени t, равным:
,
где l — расстояние между антеннами;
Определение временного сдвига производится путем корреляционной обработки принятых сигналов. Для этой цели в тракт сигнала передней антенны вводится переменная временная задержка, производится вычисление взаимно-корреляционной функции огибающих сигналов разнесенных антенн и отслеживаются ее максимальные значения.
На глубинах до 200 м ГКЛ измеряет скорость относительно грунта и одновременно указывает глубину под килем. На больших глубинах он автоматически переходит на работу относительно воды.
Достоинствами ГКЛ по отношению к ГДЛ являются независимость показаний от скорости распространения звука в воде и более надежная работа на качке.
Дата добавления: 2015-02-05 ; просмотров: 3360 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ