Размещено на http://allbest.ru

Курсовая работа

Исследование работы и эксплуатационных характеристик дистанционных компасов

ВВЕДЕНИЕ

компас дистанционный девиация

В соответствии с правилами по конвенционному оборудованию, все суда должны быть снабжены магнитным компасом, независимо от наличия на них других навигационных приборов.

На судах морского флота установлены магнитные компасы, у которых чувствительный элемент представляет собой систему магнитных стрелок. В последнее время также находят все более широкое применение магнитные компасы с индукционным (бесстрелочным) чувствительным элементом. В таких магнитных компасах используются электронные устройства, автоматически компенсирующие девиацию после выполнения одной полной циркуляции судна.

В соответствии с международными и национальными требованиями конструкция магнитного компаса должна, во-первых, обеспечивать необходимую точность указания курса и, во-вторых, иметь устройства для компенсации полукруговой, четвертной, креновой и широтной девиации. Эти требования изложены в Резолюции ИМО А.382 (10) от 14 ноября 1977 г., в Резолюции MSC.116(73) от 01 декабря 2000 г., а также в документах Российского морского регистра судоходства.

Морские магнитные компасы постепенно совершенствуются в соответствии с требованиями ИМО. Некоторые современные магнитные компасы могут обеспечивать дистанционную передачу данных с электронным цифровым отсчетом курса. [1]

Целью данной курсовой работы является:

1) исследование принципа работы индукционного компаса;

2) изучение эксплуатационных характеристик индукционного компаса;

3) классификация и изучение систем дистанционной передачи информации на примере магнитного компаса "КМ 145-8";

4) определение достоинств и недостатков индукционного компаса;

5) овладение навыками подготовки прибора к рейсу, правилами технической эксплуатации и устранения девиации компаса.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ КОМПАСОВ

Наряду с развитием теории девиации совершенствовался и сам прибор. Были разработаны МК для различного типа судов, которые отличались друг от друга типом чувствительного элемента, точностными характеристиками, компенсаторами его девиации и устройствами отображения информации. Исторически сложилось так, что на морском флоте преимущественное распространение получили МК с подвижным чувствительным элементом (картушкой), которые нередко называют стрелочными компасами. Их несомненным достоинством является то, что наличие картушки, самостоятельно устанавливающейся в меридиан, позволяет снимать значение курса судна непосредственно с ее шкалы, что обеспечивает возможность ориентации даже при отсутствии электропитания. Относительная простота конструкции такого МК обеспечивают высокую надежность курсоуказания.

В последнее время на судах стали применять индукционные МК, которые не имеют картушки. Вместо нее используются специальные датчики для получения информации о курсе судна, определенным образом сориентированные относительно диаметральной плоскости и неподвижны относительно нее. Эти компасы являются дистанционными, имеют меньшие габариты чувствительного элемента, допускают большую свободу в выборе места их установки. Однако, они требуют электропитания и наличия специальных указателей курса, которые называются репитерами.

Современные магнитные компасы с картушкой, предназначенные для использования на судах дальнего плавания, также снабжаются устройствами для дистанционной передачи информации. Эти устройства могут быть оптическими, электромеханическими или электронными (цифровыми). Информация о курсе, поступающая от них, может отображаться как в аналоговом, так и в цифровом виде и, как правило, на нескольких указателях курса (репитерах).

Различают главные и путевые МК. Главный магнитный компас устанавливается на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна или, как исключение, вблизи неё и может использоваться для пеленгования различных ориентиров. Информация с главного МК может сниматься непосредственно с его картушки или, при наличии системы дистанционной передачи информации, в ходовой рубке. Если главный компас не имеет дистанционной передачи, то в ходовой рубке устанавливается путевой МК.

При размещении на судне МК любого типа необходимо обеспечить легкий доступ к их информации, минимальное влияние на их работу качки судна и судового магнитного поля, позаботиться о строгой ориентации корпуса МК относительно диаметральной плоскости.

На рис. 1.1. в графическом виде приведена классификация МК. Здесь под смешанными дистанционными передачами понимаются такие, в которых обеспечивается выработка как цифровых так и аналоговых сигналов о курсе судна. Под цифроаналоговыми репитерами понимаются репитеры, отображающие информацию как в аналоговом виде, так и в цифровом. [2]

Рис. 1.1 Классификация компасов

2. ТРЕБОВАНИЯ К РАЗМЕЩЕНИЮ МАГНИТНЫХ КОМПАСОВ

Основные требования к размещению магнитных компасов изложены в рекомендациях ISO 694 "Размещение магнитных компасов на борту судна”. Они разработаны исходя из того, чтобы в процессе эксплуатации МК:

• был обеспечен свободный доступ к устройствам отображения информации о курсе судна;

• имелась возможность пеленгования различных объектов, расположенных вне судна;

• имелась возможность проведения девиационных работ;

• влияние судового магнитного поля на работу компаса было минимальным.

Степень влияния на компас судового магнитного поля существенно зависит от расстояния его чувствительного элемента до различных ферромагнитных элементов конструкции судна. В таблице 2.1 приведены рекомендуемые минимальные значения этих расстояний. Однако может случиться так, что при выполнении рекомендаций, приведенных в таблице, степень влияния судового железа все-таки оказывается недопустимо большой. В этом случае следует увеличить удаление компаса от источников магнитных полей или выбрать другое место расположения компаса. [2]

Таблица 2.1 Рекомендуемые расстояния от котелка компаса до магнитных материалов

Назначение компаса	Расстояние до неподвижных материалов, м	Расстояние до подвижных материалов и материалов с изменяющимся магнитным полем, м
	Наибольшая длина судна
	до 30	от 40 до 80	83 и более	до 30	от 40 до 110	120 и более
Главный	1.5	1,75-2.9	3,0	2,0	2,2-3,7	4,0
Путевой главного поста	1,0	1,2-1,9	2,0	1,3	1,5-2,4	2,6
Путевой запасного поста	1,0	1,0-1,5	1,5	1,0	1,1-1,9	2,0

3. СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

3.1 Оптическая система

Оптическая система (рис. 3.1) передает изображение шкалы картушки, поэтому рулевой видит светлые деления на темном фоне. В ночное время картушка подсвечивается снизу лампами, и рулевой видит на светлом фоне темное изображение делений картушки.

Труба оптического тракта состоит из трех секций: неподвижной и двух выдвижных. Неподвижная секция крепится болтами к основанию нактоуза. Верхняя выдвижная секция может перемещаться вверх и вниз, а нижняя - также и разворачиваться вокруг оси.

При установке компаса на судне нактоуз размещается на верхнем мостике. Труба оптической системы через отверстие в палубном настиле и подволоке пропускается в рубку. Компас имеет прибор питания для его освещения и обогрева.

Оптическая схема системы представлена на рис. 1. Она состоит из осветительной лампы 2, защитного стекла 3, двух линз (верхняя 4, нижняя 6) обогреваемого стекла 7 и зеркала 9. Некоторые из перечисленных деталей расположены в нактоузе 5, а некоторые - в металлической трубе под ним.

Как показано на рисунке, на зеркало проектируется световой пучок от освещенного лампочкой сектора нижней стороны картушки 1. Поэтому изображение шкалы в зеркале отражается в наиболее удобном для наблюдателя виде - значения градусных делений и оцифровка читаются слева направо.

3.2 Электромеханические системы

Электромеханические системы дистанционной передачи (рис. 3.2) включают в себя:

— индукционный датчик ИД, который вырабатывает электрический сигнал, характеризующий угловую ориентацию картушки Кт компаса;

— приемное устройство ПУ этого сигнала, в качестве которого могут использоваться сельсины или вращающиеся трансформаторы;

— усилитель У, усиливающий сигнал рассогласования по напряжению и мощности;

— исполнительный двигатель Д, вращающий ротор ПУ вслед за поворотом картушки компаса Кт;

— сельсин-датчик СД, транслирующий информацию о курсе судна на репитеры;

— корректор К для введения поправок в показания прибора.

Размещено на http://allbest.ru

При изменении курса судна изменяется сигнал ИД, а вместе с ним и выходной сигнал сельсина-приемника ПУ. Этот сигнал, после усиления в усилителе У поступает на исполнительный двигатель Д, который начинает работать и поворачивает ротор ПУ до тех пор, пока его сигнал не станет равным нулю. Это произойдет тогда, когда ротор ПУ займет положение, соответствующее новому значению курса судна. Одновременно двигатель вращает ротор сельсина датчика СД, который связан с сельсином-приемником репитеров. Изменение выходного сигнала СД будет изменять показания репитеров.

МК обычно имеют шкалы грубого и точного отсчета, связанные непосредственно с исполнительным двигателем.

3.3 Системы дистанционной передачи магнитного компаса "КМ 145-8"

Основным элементом компаса является картушка, обеспечивающая непосредственное и дистанционное курсоуказание. Круговая шкала картушки даёт возможность считывать курс судна непосредственно.

Осветительное устройство 8 (рис.3.3) с конденсорными линзами 7 позволяет осуществлять дистанционную оптическую передачу изображения картушки на матовое стекло 1 прибора 54, установленного в ходовой рубке. Световые лучи, пройдя по трубе 6, фокусируются объективом 5 на торцевой части гибкого волоконного светопровода 4, проникают через второй объектив 3, отражаются в зеркале 2 и дают изображение на матовом стекле 1.

Датчиком дистанционной электрической передачи курса является индукционный чувствительный элемент В1 (рис. 3.3, б), состоящий из двух ортогонально расположенных феррозондов. Датчик В1 закреплен в нижней части котелка (вмонтирован в груз, под действием которого котелок занимает отвесное положение).



Феррозонд имеет два пермаллоевых сердечника и две обмотки. Одна обмотка подключена к источнику переменного тока напряжением 4 В, частотой 400 Гц и служит для подмагничивания сердечников. Она намотана на каждый сердечник в отдельности и образует встречно-последовательную цепь. Другая обмотка, охватывающая оба сердечника, является сигнальной. В ней возникает сигнальное напряжение удвоенной частоты (800 Гц), амплитуда которого определяется углом ориентации стержней феррозонда относительно вектора индукции магнитного поля, создаваемого картушкой в пространстве, где находится феррозонд. Таким образом сигнал зависит от курса судна К (рис. 3.3, в).

Датчик В1, имеющий два феррозонда, выдает два сигнала: U₁ и U₂, причем один пропорционален синусу курса судна, а другой - косинусу. Указанные сигналы подаются на статорные обмотки вращающегося трансформатора В2, где они суммируются. Результирующий сигнал U_c поступает в усилитель А1, где он предварительно усиливается и преобразуется в напряжение частотой 400 Гц. Далее в блоке А2 происходит окончательное усиление сигнала (по мощности).

С выхода усилителя А2 напряжение U_вых подается на управляющую обмотку исполнительного двигателя M1 (к основной обмотке этого двигателя подводится питающий ток частотой 400 Гц, напряжением 40 В от прибора ЗБ). Вращение двигателя M1 через редуктор передается на ротор трансформатора В2. Отработка следящей системы продолжается до тех пор, пока сигнал U_c не станет равным нулю.

Любое изменение курса судна вызывает появление сигнала U_c, который после усиления вызывает вращение двигателя M1 и поворот ротора В2 на угол, пропорциональный изменению курса судна.

Одновременно с ротором трансформатора В2 поворачивается ротор сельсина-датчика В3, который передает это вращение на сельсины-приемники репитерной системы.

В приборе 50 предусмотрен ручной ввод общей поправки магнитного компаса, равной сумме склонения d и девиации . Значение общей поправки (для данного курса) вводится через дифференциал Е1, после этого на репитерах компаса устанавливается отсчет истинного курса. В тех случаях, когда поправка не вводится, ее следует учитывать обычным образом, складывая алгебраически ее значение с отсчетом курса (пеленга), снятого с репитера.

Для исключения инструментальной ошибки, обусловленной неточной работой феррозондов, в схеме предусмотрен индукционный корректор A3, который по заранее составленной программе формирует дополнительное напряжение ~ U_KOР, подаваемое на выход усилителя А2. Программа корректора реализуется от механизма следящей системы при отработке двигателя M1.

Автоколебания в репитерной системе гасятся посредством введения сигнала ~ U_ос обратной связи. Этот сигнал создается генератором G1 только при вращении двигателя M1. Потенциометром R3 выполняется регулировка сигнала обратной связи, уровень которого должен быть достаточным для обеспечения нормальной колебательности шкалы репитера. Установку регулятора R3 выполняют в порту.

4. ИНДУКЦИОННЫЙ МАГНИТНЫЙ КОМПАС

4.1 Варианты построения индукционного магнитного компаса

Наряду со стрелочными МК для морских судов стали разрабатываться индукционные компасы. Основными их достоинствами являются:

— отсутствие картушки и, как следствие, ошибки из-за наличия углов её застоя;

— отсутствие погрешности, обусловленной увлечением картушки поддерживающей жидкостью, заполняющей котелок МК;

— меньшие величины динамических погрешностей МК;

— отсутствие необходимости устанавливать магнитный датчик прибора в громоздком нактоузе, что позволяет размещать его в наиболее благоприятных в магнитном отношении местах на судне;

— малые габариты магнитного датчика и компактное девиационное устройство или его отсутствие.

Чувствительным элементом рассматриваемого МК является индукционный датчик (ИД), содержащий, как и в электромеханической системе дистанционной передачи информации, два или три магнитных зонда, каждый из которых позволяет определить составляющую напряжённости магнитного поля вдоль его собственной оси. Только теперь измеряется судовое магнитное поле, основу которого составляет магнитное поле Земли. Совместное использование сигналов этих зондов даёт возможность определить направление вектора горизонтальной составляющей судового магнитного поля относительно диаметральной плоскости и, как следствие, курс судна. В последнее время вместо стержневых феррозондов стали применяться кольцевые, имеющие одну обмотку возбуждения 2 и одну или несколько сигнальных обмоток 1. Это обусловлено наличием у последних ряда преимуществ, к числу которых можно отнести:

- однородность механических и магнитных параметров сердечника, а также параметров цепи возбуждения, что обеспечивает низкий уровень шума и более высокую стабильность «нуля» феррозонда;

- симметричная форма сердечника позволяет использовать несколько сигнальных обмоток, охватывающих сердечник и имеющих разные направления относительно вектора измеряемого поля, что исключается для стержневых феррозондов;

- размеры кольцевых сердечников могут быть значительно уменьшены по сравнению со стержневыми;

- отсутствует необходимость подбора сердечников.

Размещено на http://allbest.ru

Отечественные кольцевые феррозонды для двухкомпонентных измерений имеют сердечники в виде набора шайб из листового материала. Две сигнальные обмотки располагаются ортогонально друг к другу, причем с целью обеспечения возможности точной относительной ориентации обмоток одна из них выполняется подвижной.

Феррозонды могут питаться синусоидальным или прямоугольным напряжениями. Второе предпочтительнее, так как позволяет получить более устойчивую работу датчика при значительных коэффициентах усиления его сигнала, дает возможность построить систему в удобном микромодульном исполнении, которое не требует существенной настройки. В обоих случаях выходные сигналы чувствительного элемента представляют собой напряжения постоянного тока, полученные в результате синхронного детектирования гармоник выходных сигналов феррозондов, пропорциональных напряженностям измеряемых магнитных полей.

Алгоритмы вычисления компасного курса судна зависят от способа установки ИД компаса. Здесь возможны 2 варианта:

Размещено на http://allbest.ru

А) В первом индукционный датчик 1 (рис.4.2) устанавливается в корпусе прибора 3 в кардановом подвесе таким образом, чтобы центр масс системы был ниже центра подвеса, совпадающего с точкой О. В этом случае из-за наличия маятниковости ИД располагается в плоскости горизонта и остается вблизи ее во время качки судна. Элементами карданового подвеса являются наружное кольцо 4 и внутреннее кольцо 2. Первое может поворачиваться в корпусе прибора вокруг оси OY, а второе относительно кольца 4 вокруг оси OX. Корпус прибора заполняется жидкостью, обеспечивающей демпфирование колебаний индукционного датчика при воздействии внешних возмущающих факторов. Таким образом, в случае использования двухкомпонентного индукционного датчика его выходные напряжения будут определять составляющие Х' и Y' напряженности судового магнитного поля, направленные вдоль диаметральной плоскости и плоскости шпангоутов, соответственно. Эти составляющие связаны с вектором Н' горизонтальной составляющей судового магнитного поля следующими равенствами (рис.4.3)



, (1) (1)

Размещено на http://allbest.ru

Текущий компасный курс КК судна определяется путем вычисления отношения выходных сигналов:

(2)

Значение курса рассчитывается в пределах от 0° до 90° для того квадранта, в котором он находится. Номер квадранта устанавливается по знакам X' и Y', которые соответствуют приведенным в таблице 1.

Таблица 1.

Для того чтобы исключить появление в знаменателе выражения (2) величин, близких к нулю, значения курсов, лежащих в пределах от 0° до 45°, рассчитываются в соответствие с равенством (2), а при 45° < КК < 90° для расчета используется обратное отношение

(3)

Указанный способ определения текущего курса судна не является единственно возможным, однако его несомненным достоинством является то, что он исключает влияние на полученный результат таких факторов, как вариации напряжения питания феррозондов, нестабильность их характеристик, колебания температуры окружающей среды и т.п. Это происходит потому, что названные факторы оказывают влияние одновременно как на X', так и на Y'.

Структурная схема, в соответствие с которой вырабатывается информация о курсе судна, представлена на рис. 4.4

Рис.4.4 Схема индукционного компаса в кардановом подвесе

Феррозонды с ортогональным расположением осей чувствительности, входящие в комплект ИД 1, выдают значения X'и Y'в виде напряжений постоянного тока, которые через коммутатор 2 последовательно подключаются к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3. После их преобразования в цифровые коды последние поступают в вычислитель 4. В вычислителе рассчитывается значение КК и одновременно модуль вектора



(4)

Значения Н' используются для определения поправок МК, знание которых позволяет вычислить магнитный курс (МК) судна:

(5)

Компас может указывать и истинный курс ИК судна, измеренный относительно географического меридиана. Для этого в него следует ввести информацию о текущем значении магнитного склонения d, снятую с карты:

(6)

Выходные сигналы отображаются устройствами индикации курса 6. Генератор 5 вырабатывает напряжение возбуждения феррозондов и формирует тактовые импульсы для вычислителя.

Одним из существенных недостатков индукционных компасов рассматриваемого типа является наличие значительных погрешностей, возникающих в результате отклонения осей ИД от плоскости горизонта, которое имеет место в процессе качки судна. Поэтому эти компасы рекомендуется применять только на динамически устойчивых судах.

Б) Во втором варианте выполнения индукционных компасов, как правило, используются трехкомпонентные ИД, которые монтируются в корпус без карданового подвеса и остаются все время неподвижными относительно него. Это упрощает конструкцию датчика, но для определения курса судна требуется информация о пространственной его ориентации. Указанная информация получается с помощью трех акселерометров с взаимно ортогональными осями чувствительности. В то время как ИД вырабатывает информацию о компонентах X', Y' и Z' судового магнитного поля, акселерометры измеряют проекции g_x, g_y и g_z вектора ускорения силы тяжести Земли на судовые оси.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют выходные напряжения ИД и акселерометров в цифровой код, используя который вычислитель В в соответствии с выражением (7) рассчитывает компасный курс КК судна.

(7)

Рис.4.5 Схема бескарданового индукционного компаса

Как и в кардановом индукционном компасе имеется возможность для оценки поправок ДY и ДХ и последующего вычисления магнитного курса МК судна, используя следующее равенство:

(8)

Можно также учесть магнитное склонение и вычислить истинный курс ИК судна. Достоинством рассмотренной схемы прибора является относительно малая зависимость его показаний от условий плавания.

4.2 Краткая характеристика индукционных компасов

В настоящее время индукционные компасы должны соответствовать стандарту ISO 11606 "Суда и морская технология. Морские электромагнитные компасы”. Основные требования этого стандарта сводятся к необходимости обеспечения погрешности измерения курса судна, не превышающей 0,5°, отображению информации на индикаторах, аналогичных по виду шкале картушки стрелочного компаса и к обеспечению выдачи текущих значений курса другим потребителям.

4.3 Основные технические параметры индукционных компасов

Основные технические характеристики некоторых образцов индукционных компасов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Технический параметр	Аврал	ДС-83 Горизонт	VDO Navpack (Великобрит.)	MagTronic Ritchie (США)
Состав чувствительного элемента: Феррозондов Акселерометров	3 нет	3 3	1 кольцевой нет	3 3
Установка индукционного датчика	Карданов подвес	бескардановая	Карданов подвес	бескардановая
Погрешность определения курса (град)	2 -5	1 - 5	1	0,2
Диапазон регистрации отклонений от заданного курса (град)	нет	±15	±5	±15
Диапазон измерения углов качки судна (град)	нет	45	нет	_
Погрешность измерения углов качки судна (град)	нет	0,8 - 7	нет	_
Диапазон компенсации полукруговой девиации (град)	±60 Н=9,6А/м	Учет девиации	Учет девиации ±45	Учет девиации
Диапазон компенсации креновой девиации (град)	±60	Осреднением показаний	Осреднением показаний	Осреднением показаний
Диапазон компенсации четвертной девиации (град)	±2	Учет девиации	Учет девиации	Учет девиации
Отображение информации	Цифровой дисплей	Цифровое, аналоговое	Цифровой дисплей	Цифровое, аналоговое
Дискретность отсчета (град)	0,1	1
Напряжение питания	_	220/110В 50Гц; =24 В	=12 В	=12, 24 В

4.4 Магнитный индукционный компас "Аврал"

Отечественный компас "Аврал” включает в свой комплект датчик курса индукционный (ДКИ), прибор измерительный (ПИ), прибор вычисления и индикации (ВИ) и цифровой выносной репитер (ЦВР). В приборе ДКИ содержатся три ортогональных линейных феррозонда, два из которых горизонтируются физическим маятником, помещенным в карданов подвес. Прибор снабжен компенсаторами девиации, состоящими из трех пар ортогональных квадратных катушек Гельмгольца и двух подвижных компенсаторов, выполненных в виде прямоугольного и цилиндрического брусков из магнитомягких материалов.

В приборе ПИ находится усилитель сигналов феррозондов и фильтр для выделения полезной гармонической составляющей сигналов. Структурная схема каждого из трех датчиков, образуемых при поочередном подключении феррозондов к усилителю и фильтру, соответствует рис. 2.4.

Прибор ВИ выполняет следующие функции:

• вырабатывает команды для поочередного подключения феррозондов к аналого-цифровому преобразователю;

• преобразует полезные сигналы из аналогового вида в цифровой;

• выполняет расчет компасного курса;

• вычисляет параметры остаточной девиации и вводит поправки в значения компасного курса судна, т.е. вырабатывает магнитный курс;

• формирует питающие напряжения для прибора ПИ;

• формирует токи питания обмоток ЭМК;

• индицирует рассчитанные значения курса на цифровом табло (на этом же табло могут индицироваться значения Хґ, Уґ, Zґ составляющих индукции внешнего поля в области прибора ДКИ значения вводимого склонения);

• содержит встроенный аккумулятор для обеспечения компаса электропитанием в аварийной ситуации при отсутствии питания от судовой сети;

• при наличии на судне навигационного комплекса (НК) обеспечивает обмен информацией с НК, получая от него эталонное значение истинного курса и передавая в НК значение истинного курса, вырабатываемого компасом, в случае отказов гирокурсоуказателей, входящих в НК.

Четырехзначное табло прибора ЦБР повторяет информацию, индицируемую на табло прибора ВИ. При обработке информации в приборе ВИ может быть осуществлено осреднение показаний компаса.

Недостатком компаса является отображение информации прибором ЦБР в цифровой, а не в аналоговой форме, что не соответствует стандарту ISO 11606. [2]

4.5 Магнитный индукционный компас ДС-83 "Горизонт"

Магнитный индукционный горизонткомпас ДС-83 («Горизонт») разработан и выпускается Чебоксарским приборостроительным заводом «Элара». Прибор ДС-83 представляет собой цифровой магнитный горизонткомпас с индукционным (бесстрелочным) чувствительным элементом. Предназначен для установки на морских судах.

В блоке управления и индикации этого горизонткомпаса находится микропроцессор, который вычисляет компасный курс и углы качки. Компенсация девиации (калибровка) осуществляется автоматически в процессе одной замкнутой циркуляции судна. С учетом вводимого магнитного склонения можно получить истинный курс судна. Кроме того, вычисляются и высвечиваются значения угла крена и угла дифферента судна.

Основные технические характеристики компаса:

масса блока датчиков4,6 кг;

масса блока управления и индикации1,7 кг;

диапазоны измерений:

магнитного курса 0...360⁰;

угла кренаот -45 до+45°;

угла дифферентаот -45 до+45°;

пределы вводимого магнитного склонения .... от -180 до+180° ;

погрешность измерения:

— курса:

при углах качки 0°±1,0°;

при углах качки 22,5°±5,0°.

— крена и дифферента:

в диапазоне 0 ± 10° ...................................................±0,8°

в диапазоне 10±22,5° ................................................±2,0°

в диапазоне 22,5±45° ................................................±7,0°

Состав комплекта горизонткомпаса ДС-83

В комплект компаса ДС-83 входят (рис.4.6):

- измерительный прибор

(блок датчиков) 1;

- блок управления и индикации 2;

- указатель курса 3;

- указатель крена и дифферента судна 4.



В измерительном приборе установлены:

- трехосевой блок феррозондовых датчиков (тесламетров), который измеряет проекции вектора магнитной индукции поля Земли;

- три ортогональных акселерометра, которые измеряют проекции вектора ускорения силы тяжести и определяют (после пересчета) значения углов бортовой и килевой качки судна. [3]

Компас не имеет компенсаторов девиации.

К недостаткам прибора можно отнести:

• размещение в одном корпусе ИД и акселерометров, что приводит к повышенному влиянию на показания компаса ускорений, порождаемых качкой судна, в силу того, что измерительный прибор, как правило, располагается достаточно далеко от центра качаний;

• отсутствие компенсации и учета креновой девиации, что в определенных условиях может приводить к появлению недопустимых ошибок определения курса судна;

• отсутствие алгоритма адаптации компаса к изменению напряженности магнитного поля Земли, что затрудняет использование изделия в высоких широтах;

• отсутствие встроенного в прибор резервного источника питания, что исключает возможность использования компаса при отключении питания от бортовой сети. [2]

5. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МАГНИТНЫХ КОМПАСОВ

5.1 Состав проводимых работ

Точность определения курса с помощью МК, а также надежность работы прибора в значительной степени зависит от выполнения правил его эксплуатации, которые приводятся в сопровождающей данный прибор документации. Различные модели МК могут иметь специфические, присущие только им, эксплуатационные особенности, и это надо учитывать. Однако многие приемы работы с МК являются общими, что позволяет рассматривать их безотносительно к типу компаса.

Техническое обслуживание МК складывается:

> из оценки общего состояния прибора;

> из оценки текущих составляющих его инструментальной погрешности и приведения их значений в соответствие с требованиями технической документации на прибор;

> из работ, направленных на снижение влияния судового железа на показания компаса.

Основную нагрузку по обслуживанию МК берут на себя береговые специалисты. Однако, судовые специалисты должны:

> периодически определять поправку компаса и степень соответствия данных таблицы остаточной девиации реальным их значениям;

> при возникновении больших ошибок компаса определить причины, обусловившие их появление, и, при наличии технической возможности, устранить дефекты;

> в длительных рейсах, не реже одного раза в два - три месяца, проводить техническую проверку компаса, содержание которой определяется техническими условиями на прибор. [2]

5.2 Оценка технического состояния прибора

Оценка технического состояния прибора предусматривает:

> проведение внешнего осмотра прибора;

> проверку технического состояния котелка МК;

> проверку качества работы дистанционных систем передачи информации;

> проверку устройств для регистрации (записи) информации, получаемой с МК или с единой курсовой системы, включающей в себя МК. [2]

5.2.1 Внешний осмотр прибора

Для оценки общего состояния прибора необходимо, прежде всего, провести его внешний осмотр. Осмотр следует начать с места, где он установлен. Вблизи компаса не должны находиться посторонние предметы, особенно способные повлиять на его показания. После этого следует осмотреть сам компас, устранить имеющуюся коррозию, очистить его от грязи и отложившейся соли. Проверить состояние и крепление девиационных магнитов, разъемов и регуляторов электропитания, элементов оптической системы дистанционной передачи. Проверить освещение прибора. [2]

5.2.2 Проверка технического состояния котелка МК

Рассмотрим методику выполнения отдельных проверок и регулировок, которые можно проводить в судовых условиях.

Приступая к проверке котелка МК следует убедиться в отсутствии в нем пузырьков воздуха, которые могут затруднять съем информации. При их наличии удаление из котелка пузырьков воздуха, как правило, производится путем его поворота вокруг горизонтальной оси и покачивания с тем, чтобы эти пузырьки переместились в специальную полость, из которой они уже не смогут выйти обратно. В том случае, если размеры воздушного пузырька достаточно большие и его не удается удалить, то в котелок следует добавить некоторое количество компасной жидкости. Жидкость доливается с помощью специальной воронки через отверстие, имеющееся в корпусе прибора.

Проверка горизонтальности азимутального круга проводится с помощью пузырькового уровня, который накладывается на стекло котелка вначале параллельно диаметральной плоскости судна, а затем перпендикулярно ей. Если будет обнаружен наклон, необходимо вызвать береговых специалистов, которые устранят его. Устранение наклона обычно производится путем высверливания части балансировочного груза.

Далее следует осмотреть пеленгатор, обратив внимание на состояние нити предметной мишени. При наличии ее изгибов следует натянуть нить или заменить на новую. После этого необходимо провести проверку положения визирной плоскости пеленгатора. В судовых условиях она складывается из проверки положения предметной и глазной его мишеней. Нить предметной мишени и прорезь глазной должны располагаться в вертикальной плоскости. Проверку этих условий осуществляют путем пеленгования отвеса, удаленного на расстояние 3-4 метра от компаса. Для устранения обнаруженных отклонений под правую или левую лапки мишеней помещают прокладки из фольги.

Проверка картушки на застой. Как известно, угол застоя картушки зависит от ее магнитного момента, величины напряженности горизонтальной составляющей магнитного поля Земли в данной точке и от момента трения в опоре подвеса картушки. Поэтому в технических условиях на прибор оговариваются не только значение допустимого застоя, но и величина напряженности магнитного поля, при которой должны проводиться измерения. Требуемое значение напряженности может быть получено посредством использования дефлектора, с помощь которого можно усилить или ослабить судовое поле.

Если специальные требования к углу застоя картушки не оговариваются, его оценку можно проводить при существующей напряженности судового магнитного поля, принимая во внимание требования ИМО.

Для измерения величины застоя с помощью какого-либо не сильного магнита отклоняют картушку компаса от установившегося положения на угол, равный 2-3 градусам. После этого магнит убирают, дают картушке успокоиться и снимают ее показания. Измерения повторяют при отклонении картушки в противоположную сторону. Полуразность показаний определяет искомую величину. При обнаружении недопустимого застоя следует заменить шпильку МК. Порядок замены шпильки определяется конструктивными особенностями прибора и эту работу лучше поручить береговым специалистам.

О пригодности котелка к эксплуатации можно судить по результатам общей проверки, которая производится в береговых условиях в таком месте, где отсутствуют возмущающие магнитные поля, порождаемые близлежащими металлическими конструкциями и другими источниками постоянного магнитного поля. Критериями качества котелка являются вариации пеленга и курсового угла неподвижного ориентира, полученные в результате измерений, проведенных на восьми главных и четвертных курсах при последовательном приведении на них котелка, установленного на девиационной треноге. Вариации пеленга на ориентир определяют как разницу между магнитным пеленгом (или ОМП) и значением пеленга, полученного путем осреднения данных двух его измерений на данном курсе при подходе к нему с разных сторон. Аналогичным образом определяют вариации курсовых углов. Указанные параметры должны находиться в допустимых пределах. Если это не выполняется, котелок следует передать береговым службам для выяснения причин указанного несоответствия. [2]

5.2.3 Проверка качества работы дистанционных систем передачи информации

Качество электромеханических систем дистанционной передачи информации обычно проверяется по соответствию требованиям технической документации:

> ее порога чувствительности (минимального сигнала рассогласования, при котором система начинает работать);

> времени отработки заданного угла рассогласования следящей системы;

> количества колебаний, которое совершает система после отработки угла рассогласования.

Все указанные параметры взаимосвязаны и при исправных элементах контура следящей системы могут быть отрегулированы путем изменения коэффициента его усиления.

Значение порога чувствительности можно определить путем отклонения ротора центрального репитера от его равновесного положения на небольшой угол (2°ч3°). После этого следует дать системе возможность согласоваться. Зафиксировать показания центрального репитера. Провести те же операции при отклонении ротора в противоположную сторону. Порог чувствительности определяется как полуразность двух полученных отсчетов.

Для измерения времени отработки следящей системой заданного утла (обычно 90°) отклоняют ротор центрального репитера на этот или несколько больший угол. Затем включают следящую систему и производят необходимое измерение. После того как угол рассогласования будет отработан, считают количество колебаний, совершаемых системой до ее полного успокоения.

Наряду с указанным, следует проверить плавность изменения показаний репитерами. Для этого с помощью магнита следует медленно и равномерно повернуть картушку МК на 360° по часовой стрелке и против, наблюдая, при этом, за движением шкал репитеров. Направление их вращения должно совпадать с направлением вращения картушки, а само движение быть плавным, без рывков и остановок.

Состав проверки устройств для регистрации показаний МК зависит от типа этих устройств и оговаривается в технической документации на прибор. [2]

6. ОСОБЕННОСТИ УСТРАНЕНИЯ ДЕВИАЦИИ В ИНДУКЦИОННЫХ КОМПАСАХ

В отличие от стрелочных магнитных компасов индукционные МК могут быть установлены в местах, в которых влияние судового железа на их показания минимальны. Это позволяет упростить девиационное устройство компаса или вообще не использовать его, автоматизировать процесс уничтожения девиации, а при отсутствии компенсаторов ограничиться оценкой поправки компаса, позволяющей исключить влияние на его показания судового железа.

Для устранения влияния полукруговой, креновой и электромагнитной девиации, как правило, используются три пары катушек Гельмгольца с взаимно перпендикулярными осями, в поле которых находится индукционный датчик. Четвертная девиация устраняется с помощью компенсаторов, выполненных из магнитомягких материалов. Определение величины составляющих текущей девиации обычно осуществляется по данным измерений, полученных в результате циркуляции судна. Измеряются по пять значений напряженностей Хґ и Yґ судового магнитного поля на равноудаленных друг от друга курсах. Вычисление интересующих параметров производится процессором с использованием уравнений Пуассона:

X ' = X + aX + bY + cZ + P,

Y'= Y + dX + eY +fZ + Q,(6.1)

Z ' = Z + gX + hY + kZ + R,

Первые два из указанных уравнений могут быть записаны в следующем виде:

X' = X(1+ a)+bY + cZ + P

Y'=dX+Y(1+e)+ fZ+Q.(6.2)

Учитывая, что

Х = НcosМК, Y = -НsinМК,(6.3)

перепишем равенства (6.2) подставив вместо X и Y их выражения (6.3)

X' = H(l+ a)cosMK -bHsinMK + cZ + P

Y' = dHcosMK - Н (1+ e)sinMK + fZ + Q(6.4)

Для случая, когда девиация отсутствует

X'= HcosMK, Y'= HsinMK.(6.5)

Возводя левые и правые части каждого выражения (6.5) в квадрат и складывая их, получим уравнение, определяющее зависимость YґXґ:

(Xґ)І + (Yґ)І=HІ(6.6)

Нетрудно видеть, что это уравнение является уравнением окружности (рис.6.2), радиус которой равен горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

Если отсутствует только полукруговая девиация, то равенство (6.4) приобретает следующий вид:

X' = H(1- a)cosMK -bHsinMK,

Y'=dHcosMK -H(1+ e)sinMK(6.7)

На плоскости параметров Хґ, Yґ эти равенства определяют эллипс с полуосями

A=H(l+.a + d), B=H(l + b + e)(6.8)

В этом нетрудно убедиться, если вдоль горизонтальной оси (рис.6.3) изобразить зависимость Y'(МK), а вертикальной - Х'(МК) и для каждого МК? (i=1,2, ... , п) из области 0 - 360° на плоскости Хґ, Yґотметить точку с координатами Х? У?(точки 1,2, ... , п). Геометрическое место этих точек образует оговоренный выше эллипс.

Как видим, наличие четвертной девиации привело к преобразованию окружности в эллипс, причем в силу того, что четвертная девиация носит периодический характер, ее среднее значение за период равно нулю.

А это свидетельствует о том, что деформируя окружность значений Н, четвертная девиация оставляет ее площадь неизменной. Указанное обстоятельство позволяет определить значение напряженности Н земного магнитного поля, зная площадь эллипса, соответствующего вектору Нґ судового магнитного поля. Так, если длину полуосей эллипса обозначить через А и В, то Н=(6.9)

В этих условиях разница Х'-Н дает текущее значение четвертной девиации

?Х, a Y'-H - четвертную девиацию ?Y.

Полукруговая девиация, как это следует из выражения (6.4), смещает центр эллипса на величину, равную CZ+P вдоль оси оХґ и равную fZ+Q вдоль оси oYґ. В общем случае большая ось эллипса также может быть повернута относительно оси оХґ на некоторый угол а (рис.6.4).

Из всего сказанного вытекает, что для расчета параметров девиации или поправок компаса необходимо знать CZ+P, fZ+Q, А, В и а. Как уже отмечалось выше, для этого в процессе циркуляции судна измеряются значения Хґ и Yґ на пяти равноудаленных друг от друга курсах. Используя уравнения (6.4) и измеренные значения напряженностей судового магнитного поля, вычисляются интересующие нас поправки

?X=cZ+P+Xґ-H, ?Y=JZ+Q + Yґ-H(6.10)

Очевидно, что первые два слагаемых равенств (6.10) определяют влияние полукруговой девиации, а вторые два - четвертной.

Уничтожение креновой девиации в кардановых индукционных компасах осуществляется с помощью контуров с током по сигналам феррозонда с вертикальной осью чувствительности. Данный способ позволяет автоматически скомпенсировать креновую девиацию в любой широте в отличие от стрелочных МК, где ее уничтожение производится лишь для одного значения магнитного наклонения. В тех случаях, когда не используются компенсаторы креновой девиации, ее влияние уменьшается путем осреднения показаний компаса за определенный промежуток времени. [2]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение магнитного компаса как прибора, овладение правилами его технической эксплуатации на судне являются неотъемлемой частью подготовки инженера-судоводителя. Каждый судоводитель должен уметь определить девиацию магнитного компаса и, если она велика, уметь уничтожить её.

Поскольку МК и дальше будет играть роль резервного курсоуказателя, что предусматривается разрабатываемыми резолюциями ИМО, он будет постоянно совершенствоваться. И здесь основные усилия, по-видимому, будут направлены на:

> разработку бесконтактной системы подвеса картушки компаса или системы с минимальным уровнем моментов сил сухого трения в ее опоре;

> улучшение динамических характеристик картушки и адаптацию их к изменению широты места судна;

> дальнейшее развитие систем автоматического устранения влияния судового магнитного поля на показания компаса;

> повышение надежности индукционных компасов и систем дистанционной передачи информации;

> дальнейшую микроминиатюризацию используемой схемотехники;

> снижение мощности, потребляемой изделием;

> применение встроенных энергоемких аккумуляторов, обеспечивающих автономное электропитание компасов в течение длительного времени (нескольких суток).

Все это будет способствовать решению основной задачи, направленной на повышение безопасности мореплавания.

В процессе выполнения данной работы мы исследовали принцип работы индукционного компаса, изучили эксплуатационные характеристики некоторых видов ИК. На примере магнитного компаса "КМ 145-8" классифицировали и изучили системы дистанционной передачи информации. Выделили и описали достоинства и недостатки, присущие данному виду дистанционных компасов. Особенно важным по результатам этой работы является овладение навыками подготовки прибора к рейсу, правилами технической эксплуатации и устранения девиации компаса. Рассмотрели и описали особенности устранения девиации в индукционных компасах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воронов В.В., Григорьев Н.Н., Яловенко А.В. "Магнитные компасы. Теория, конструкция и девиационные работы." Учебное пособие. - СПб.: "Элмор", 2004. - 192 с.

2. Студеникин А.И. "Устройство и эксплуатация магнитных компасов". Учебное пособие. - Новороссийск: НГМА, 2001. - 148 с.

3. Морская навигационная техника. Справочник. Под общ. ред. E.Л. Смирнова. -- СПб.: “Элмор”, 2002. -- 224 с.

Размещено на Allbest.ru