Бортовой измерительный комплекс параметров воды

Полезная модель относится к измерительным комплексам для исследования водных сред с помощью группы оптоволоконных датчиков и может быть использована в области комплексных исследований водной среды. Сущность изобретения: устройство содержит излучатели и спектрометр с компьютером, выполненные в виде надводной части, а также погружаемый в воду посредством оптоволоконного кабель-троса модуль, внутри которого находятся оптические датчики флуоресценции, прозрачности, солености, давления, температуры и др. Сигналы датчиков об измеренных ими величинах передаются по оптоволоконному кабелю в блок регистрации и излучения, расположенные внутри катушки с наматываемым на нее оптоволоконным кабелем. Передача данных на компьютер осуществляется через токосъемники или через беспроводной канал связи. Технический результат заключается в том, что использование оптических датчиков позволяет уменьшить вес погружаемой части устройства, а также увеличить надежность работы и помехозащищенность устройства в целом. 1 ил.

Полезная модель относится к измерительным комплексам для исследования водных сред оптическими датчиками и может быть использована в области экологии и океанологии при измерении параметров водной среды.

Известен проточный флуориметр (Международная заявка WO №99/31487, МПК G01N 21/64, опубл. 24.06.1999)., содержащий импульсный источник света, оптически соединенный через объектив со светофильтром возбуждения, кювету, оптически связанную со светофильтром регистрации, и трехканальную систему регистрации, каждый из каналов содержит фотоприемник, соединенный со стробирующим интегратором, выходы которых соединены с аналого-цифровым преобразователем, кроме того, один из фотоприемников соединен через буферный усилитель с аналого-цифровым преобразователем, который через устройство управления соединен с устройством индикации, причем стробирующие интеграторы соединены с формирователем измерительных стробов, который соединен с устройством управления, и введены две светоделительные пластины, одна из которых оптически соединена со светофильтром возбуждения, а вторая с фокусирующей системой.

Однако конструктивные особенности известного устройства и использование некогерентного источника света не позволяют достигать высокой чувствительности при измерении концентрации пигментов в морской воде. Использование светофильтров при регистрации флуоресценции не дает возможности корректно восстановить форму спектральных линий, а использование кюветы, в которую исследуемую воду закачивают насосом, не позволяет измерять оптические параметры воды на различных глубинах.

Известно также устройство (Маторин Д.Н., Рубин А.Б. «Estimation of the phytoplankton productivity and physiological state with the use of a submersible fluorometer probe» http://www.biophys.msu.ru/personal/konev/ primprod/refer/techspecdescr.htm. 22.09.2001), состоящее из погружного зонда, кабель-троса, на котором крепится зонд, и надводной части - компьютера для обработки данных. Погружной зонд представляет собой измерительную кювету, содержащую четыре импульсных некогерентных ламп накачки, излучение которых формируется посредством систем фокусировки, направляется в ячейку, через которую протекает забортная жидкость. Образовавшееся излучение флуоресценции посредством собирающей фокусирующей системы направляется на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), информация с которого в электронной форме поступает в регистрирующую систему, содержащую измерительную электронную схему, которая через передающую схему соединена с компьютером. Зонд также снабжен датчиками давления и температуры.

Использование в известном устройстве в качестве источника излучения ламп накачки не позволяет точно восстановить форму спектра флуоресценции, что приводит к недостаточной точности измерений концентрации пигментов. Кроме того, регистрирующая и оптическая части устройства расположены в погружном зонде, вследствие чего он недостаточно надежен при эксплуатации в натурных условиях, имеет большие габариты и вес.

Известен судовой лазерный спектрометр (патент на полезную модель RU №57009, МПК G01N 21/64, опубл. 27.09.2006 г.), состоящий из надводной и погружаемой частей, соединенных друг с другом посредством двух световодов, обеспечивающих прием и передачу излучаемого и принимаемого оптических сигналов. Судовая часть включает источник излучения, в качестве которого установлен двухчастотный лазер, систему согласования излучаемого сигнала со световодом излучаемого сигнала, и систему регистрации и обработки данных. Система включает

последовательно соединенные полихроматор, электронно-оптический преобразователь, цифровую видеокамеру и персональный компьютер. Погружаемая часть выполнена в виде кюветы, снабженной кабель-тросом, и состоит из системы формирования излучаемого сигнала, соединенной со световодом излучаемого сигнала, измерительной ячейки и системы согласования со световодом принимаемого сигнала.

Данное устройство является наиболее близким к заявляемому техническому решению и принимается в качестве прототипа.

В известном устройстве используются электронные датчики температуры, солености и давления в погружаемой части, что требует применения электрического кабеля, тем самым увеличивая вес и габариты устройства, кроме того снижается надежность работы спектрометра. Раздельное использование световодов и кабель-троса не позволяет устройству работать на глубинах свыше нескольких десятков метров.

В основу полезной модели положена задача создания измерительного комплекса для измерения параметров водных сред с высокой точностью измерений на различной глубине за счет совместного измерения различных параметров воды, позволяющего учитывать взаимовлияние различных параметров воды и производить корректировку данных. Кроме того, обеспечить надежность работы и помехозащищенность измерительного комплекса при одновременном уменьшении его габаритов и веса.

Поставленная задача решается тем, что в измерительном комплексе для измерения параметров водных сред, состоящем из надводной и погружаемой частей, соединенных друг с другом посредством оптоволоконного кабель-троса, обеспечивающего передачу излучаемых и принимаемых оптических сигналов, при этом надводная часть включает блок генерации и приема излучения, систему согласования излучаемого сигнала с передающими световодами, и систему регистрации и обработки данных, включающую в себя спектрометр, фотоприемники, а так же персональный компьютер, погружаемая часть выполнена в виде модуля, состоящего из датчиков

параметров воды, надводная часть размещена в барабане кабель-троса, кроме того, в барабане дополнительно установлены токосъемники для передачи сигналов на компьютер и блок управления, размещенный между блоком генерации и приема излучения и персональным компьютером, токосъемники размещены между блоком управления и компьютером и подключены к источнику питания, а датчики параметров воды выполнены из оптоволокна, кроме того, модуль снабжен элементами защиты от фоновой засветки.

Кроме того, оптоволоконный кабель-трос выполнен многожильным.

Блок управления выполнен одноплатным микрокомпьютером.

На чертеже приведена блок-схема заявляемого измерительного комплекса для измерения оптических, физических и химических параметров водных сред, где:

1 - погружаемый модуль;

2, 3, 4, 5, 6 - оптические датчики;

7 - многожильный оптоволоконный кабель-трос;

8 - барабан для намотки кабель-троса;

9 - блок генерации и приема излучения;

10 - блок управления;

11 - токосъемники;

12 - персональный компьютер;

13 - электромеханический привод катушки.

Оптические датчики могут измерять параметры: флуоресценции, прозрачности, солености, давления, температуры. В качестве оптических датчиков могут использоваться устройства, работа которых основана на изменении характеристик оптического излучения под влиянием воздействий внешней среды.

Измерительный комплекс для измерения параметров водных сред работает следующим образом. Модуль 1 погружают в воду с помощью оптоволоконного кабель-троса 7 и катушки 8. Вращение катушки 8

осуществляется с помощью электромеханического привода 13. Затем подается информационный сигнала с компьютера 12 на блок управления 10. После чего с блока управления 10 подается сигнал на блок 9 генерации и приема излучения. Блок 9 генерации и приема излучения генерирует излучение в передающие оптические волокна кабель-троса 7. Это излучение поступает в датчики 2, 3, 4, 5, 6, погружаемого модуля 1, находящегося в воде в результате размотки кабель-троса 7. Ответное излучение датчиков поступает в приемные волокна кабель-троса 7 и передается в блок 9 генерации и приема излучения, после чего передается блоком управления 10 через токосъемники 11 в персональный компьютер 12.

Погружаемый модуль 1 обеспечивает свободное протекание воды при его подъеме или опускании, при этом от внешней фоновой засветки модуль имеет эффективную защиту, позволяющую проводить измерения на любой глубине, в том числе в приповерхностных водах при ярком солнечном свете.

В блоке 9 генерации и приема излучения установлены регистрирующие приборы для приема излучения и источники света, в качестве которых могут применяться различные лазерные и светодиодные устройства.

Прочный многожильный оптоволоконный кабель-трос 7 содержит оптические волокна, выполненные из кварцевого стекла или полимера.

В отличие от прототипа, заявляемое техническое решение позволяет получать широкий спектр параметров воды. Кроме того, в кювете прототипа присутствуют электронные устройства, в заявляемом же измерительном комплексе в погружаемом модуле находятся только оптические датчики.

Применение оптических датчиков позволяет уменьшить вес погружаемой части измерительного комплекса, а также увеличить надежность работы и помехозащищенность измерительного комплекса для измерения параметров водных сред в целом.

1. Бортовой измерительный комплекс параметров воды, состоящий из надводной и погружаемой частей, соединенных друг с другом посредством оптоволоконного кабель-троса, обеспечивающего передачу излучаемых и принимаемых оптических сигналов, при этом надводная часть включает блок генерации и приема излучения, систему согласования излучаемого сигнала с передающими световодами и систему регистрации и обработки данных, включающую в себя спектрометр, фотоприемники, а также персональный компьютер, погружаемая часть выполнена в виде модуля, состоящего из датчиков параметров воды, отличающийся тем, что надводная часть размещена в барабане кабель-троса, кроме того, в барабане дополнительно установлены токосъемники для передачи сигналов на компьютер и блок управления, размещенный между блоком генерации и приема излучения и персональным компьютером, токосъемники размещены между блоком управления и компьютером и подключены к источнику питания, а датчики параметров воды выполнены из оптоволокна, кроме того, модуль снабжен элементами защиты от фоновой засветки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоволоконный кабель-трос выполнен многожильным.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен одноплатным микрокомпьютером.