ЖУРНАЛ СТА 3/2012

мальные габариты и масса системы, так как, чтобы исключить погрешность из- мерения высоты волны, обусловленную близким расположением судна к изме- ряемому участку водной поверхности, измерительную систему необходимо вынести перед носом судна. С учётом изложенных требований разрабатывае- мая система была основана на ультра- звуковом (УЗ) измерении дальности до объекта. Было выбрано как более на- дёжное неподвижное крепление приё- моизлучающей системы относительно борта судна. В данном случае УЗ-датчик используется для измерения расстоя- ния от борта судна, на котором он за- креплён, до поверхности воды. Однако чтобы преобразовать показания даль- номера в мгновенные оценки профиля волны, необходимо учесть эволюцию УЗ-датчика в пространстве. Для этой цели дальномер объединён в единую систему с трёхосевым измерителем уг- ловой скорости и трёхосевым акселеро- метром. С учётом анализа подходов к созданию существующих методов изме- рения параметров морского поверх- ностного волнения с летательных аппа- ратов на плаву [10], а также современ- ных инерциальных навигационных си- стем, которые устанавливаются непо- средственно на борту транспортного средства и используются для определе- ния его местоположения в простран- стве, был разработан и запатентован способ измерения высоты морских волн с борта движущегося судна [11]. Для подтверждения принципиальной возможности реализации разработанно- го способа и создания автоматизирован- ной системы регистрации параметров волнения, основанной на бесконтакт- ном зондировании волновой поверхно- сти с борта движущегося судна, была создана модель такой системы и прове- дены её испытания в опытовом бассей- не Волжской государственной академии водного транспорта и на Горьковском водохранилище. В качестве ультразву- кового датчика для модельных испыта- ний был использован датчик фирмы SICK UM30-13113, диапазон ска- нирования которого составляет 200…1300 мм (максимальная дальность 2000 мм), выход датчика – аналоговый 4…20 мА или 0…10 В, степень защиты IP65, диапазон рабочих температур –20…+70°C, вес 260 г. В качестве гиро- скопа был использован датчик фирмы Analog Devices ADIS16355AMLZ вместе с отладочной платой ADISUSBZ. В дат- чик встроены трёхосевой акселерометр, трёхосевой измеритель угловой скоро- сти, термодатчик, дополнительные ана- лого-цифровой (АЦП) и цифро-анало- говый (ЦАП) преобразователи, цифро- вой интерфейс (SPI) с внешними уст- ройствами. Вес датчика 16 г. Выходной сигнал ультразвукового датчика пода- вался на вход дополнительного АЦП ги- роскопа. С помощью отладочной платы гироскоп был связан с компьютером че- рез USB-интерфейс. Незначительные габаритные размеры и вес датчиков UM30-13113 и ADIS16355AMLZ позво- лили разместить их на модели судна в бассейне (рис. 3), а также на носу само- ходной яхты (рис. 4). Регистрируемые данные с датчиков поступали в персо- нальный компьютер, где с помощью программного обеспечения, поставляе- мого с отладочной платой ADISUSBZ, записывались в файл. Данные из этого файла преобразовывались с помощью специально разработанного программ- ного обеспечения с использованием па- кета MatLab в интересующие нас дан- ные: положение датчиков в простран- стве по шести степеням свободы, реги- стрируемые расстояния до водной по- верхности и высоты волн. Измерение параметров волнения контактным спо- собом осуществлялось в бассейне с по- мощью специального поплавкового вол- номера (рис. 3), в котором поплавок присоединялся к потенциометру МУ- 614 (волнение в бассейне создавалось волнопродуктором), а на Горьковском водохранилище – с помощью волномер- ного буя «Волга», изготовленного на ка- федре сопротивления материалов, кон- струкции корпуса и строительной меха- ники корабля (СМ, КК и СМК) ВГАВТ. Записи волновых процессов, получен- ные в процессе испытаний контактным и предлагаемым бесконтактным спосо- бом, хорошо коррелированы друг с дру- гом. На основании проведённых иссле- дований был сделан вывод о приемлемой точности работы созданной системы ре- гистрации параметров волнения и о принципиальной возможности исполь- зования такой системы на судах [12]. Первый этап работы был ориентиро- ван на скорейшее получение способа бесконтактного зондирования водной поверхности и апробацию его в опыто- вом бассейне на уменьшенной модели судна. Данная цель была достигнута, но, чтобы перейти от модели к реально- му судну, необходимо было существен- но переработать систему регистрации параметров волнения. Прежде всего, масштаб модели и волн составлял 1:50, и для этого масштаба дальности дей- ствия ультразвукового датчика было вполне достаточно. Для реального суд- на требуется регистрировать дистанции до 6…8 м, при этом необходимо учиты- 76 СТА 3/2012 РАЗ РА БОТ КИ / С УДОВОЕ ОБОР УДОВ АНИЕ www.cta.ru Рис. 3. Размещение ультразвукового датчика на выносной консоли, закреплённой на носу модели, и поплавкового волномера Рис. 4. Размещение ультразвукового датчика на выносной консоли, закреплённой на носу яхты © СТА-ПРЕСС