[1]Полезная модель относится к средствам для исследования и экологического контроля водной среды путем непрерывного измерения физических и химических параметров среды с подвижного носителя на малых глубинах.
[2]В связи с актуальностью проблемы охраны окружающей среды большое число как теоретических работ, так и практических разработок посвящено средствам контроля загрязнения водных объектов.
[3]Известна система мониторинга качества воды [1], которая содержит измерительное оборудование, установленное в море на глубине 1 и 5 м, и с помощью датчиков измеряющее температуру, электропроводность и содержание растворенного в воде кислорода. Данные измерений транслируются на береговой пост для последующей обработки.
[4]Однако измерения с помощью данной системы носят локальный характер, что не позволяет контролировать обширные водные пространства естественных водоемов.
[5]Известно также использование подвижных носителей (судов) для определения загрязнения водной среды. Так, оборудование, установленное на борту ледокола SHIRASE [2] содержит погружаемую на глубину до 8 метров аппаратуру, насос для отбора проб воды, датчики измерения температуры, солености, количества растворенных в воде органических веществ, содержания в ней хлорофилла, биогенов, а также количественного содержания взвешенных частиц размером 0,5-5 мм. Обработка показаний датчиков осуществляется в электронно-вычислительной машине.
[6]Известно судно для экологического контроля водной среды [3]. Судно-катамаран оборудовано подводной буксируемой линией с измерительными датчиками и устройством водозабора, телеуправляемым подводным аппаратом для проведения осмотровых работ под водой с передачей телевизионного изображения на борт судна, устройством водозабора из придонного слоя, пробоотборниками грунта, устройством ультразвукового зондирования толщи воды, устройством контроля воды на
[7]загрязненность нефтепродуктами, устройством контроля параметров приповерхностного слоя воды с размещенными на погружаемом блоке датчиками гидрофизических параметров и входным штуцером шланга водозабора. Шланги забортных устройств водозабора подключены к трубопроводам гидромагистрали с непрерывным потоком воды, из которой производится отбор и подача проб к аппаратуре гидрохимического анализа, реализующей экспрессные методы контроля в проточно-инжекционном варианте исполнения. Показания измерительных датчиков после предварительной обработки сопоставляются с результатами измерений аппаратуры гидрохимического анализа и других подсистем комплекса в центральной системе обработки информации, реализованной на базе электронно-вычислительной машины.
[8]Комплексы технических средств, установленных на данных суднах [2, 3] обеспечивают полноту и достоверность контроля в широком диапазоне параметров загрязнения и позволяют произвести комплексное обследование обширных акваторий.
[9]Однако их применение требует больших временных затрат на обследование из-за невысокой скорости и ограниченной маневренности судна при использовании полного набора технических средств. Использование сложной аппаратуры детального анализа состава загрязнения водной среды в поисковом режиме также является нерациональным. Ограниченные возможности центральной вычислительной системы, реализованной на базе электронно-вычислительной машины, не обеспечивают обработку информации от всех подсистем комплекса и не обеспечивают формирование архива с привязкой результатов измерений к координатам местоположения судна.
[10]При проведении обследования экологического состояния водных объектов природоохранными судами зачастую для определения источника загрязнения возникает необходимость оперативного контроля смежных водных путей, например, мелководных притоков или малых рек. Эксплуатирующиеся в настоящее время в различных регионах природоохранные суда с измерительными комплексами на борту имеют, как правило, значительную осадку - 1,5 м и более, что ограничивает возможность их захода в мелководные акватории.
[11]Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели является «Система измерительная химико-физических параметров водной среды автоматическая» [4].
[12]Система по прототипу содержит преобразователь гидрохимикофизических параметров водной среды, а также связанную с преобразователем электронно-вычислительную машину с клавиатурой и монитором, которая выполнена с возможностью обработки данных, получаемых от преобразователя гидрохимикофизических параметров водной среды, визуализации обработанных результатов измерения, архивирования и документирования измерительной информации.
[13]Система-прототип позволяет производить оперативное комплексное обследование акватории, обладает достаточно высокой точностью и надежностью измерений, однако по причине больших габаритов и веса не может быть использована на судах малого водоизмещения, таких, как шлюпка, лодка, и т.д., что ограничивает ее эксплуатационные возможности.
[14]Задачей полезной модели является обеспечение мобильности и автономной работы комплекса, при одновременном повышении его информативности.
[15]Указанная задача решается тем, что в автономном экологическом информационно-измерительном комплексе, содержащем преобразователь гидрохимикофизических параметров водной среды, связанный посредством цифрового последовательного канала связи с электронно-вычислительной машиной, согласно полезной модели, электронно-вычислительная машина выполнена в малогабаритном исполнении и размещена вместе с автономным источником питания в контейнере, на внутренней стороне откидной крышки которого установлено дополнительно введенное устройство спутниковой навигации, связанное посредством цифрового последовательного канала связи с электронно-вычислительной машиной, а преобразователь гидрохимикофизических параметров водной среды и дополнительно введенное устройство ультразвукового зондирования толщи воды, связанное цифровым последовательным каналом связи с электронно-вычислительной машиной, расположены вне контейнера и для проведения измерений устанавливаются на приспособлении, погружаемом в воду.
[16]Выполнение комплекса в виде контейнера с откидной крышкой, с такой компоновкой и размещением приборов и устройств, а также использование малогабаритной электронно-вычислительной машины позволяют уменьшить габаритные размеры и вес комплекса, облегчают его транспортировку и развертывание, обеспечивая тем самым мобильность и возможность использования комплекса на
[17]шлюпках, лодках и др. судах малого водоизмещения при проведении оперативного экологического мониторинга мелководных акваторий.
[18]Введение в комплекс устройства спутниковой навигации позволяет непрерывно получать информацию о местоположении судна-носителя, курсе и скорости его движения, осуществлять привязку результатов измерений к географическим координатам и времени, что, в конечном счете, позволяет запротоколировать общую картину экологического состояния контролируемой акватории.
[19]Размещение устройства спутниковой навигации на внутренней стороне откидной крышки контейнера позволяет сократить время, необходимое для подготовки его к работе.
[20]Введение в комплекс устройства для ультразвукового зондирования толщи воды позволяет производить определение глубины места и осуществлять регистрацию профиля дна в процессе движения судна.
[21]Благодаря использованию автономного источника питания обеспечивается возможность автономной работы комплекса, в том числе на судах-носителях, не оснащенных бортовой сетью, таких как лодка, шлюпка.
[22]Благодаря тому, что в предлагаемом информационно-измерительном комплексе преобразователь гидрохимикофизических параметров водной среды и устройство ультразвукового зондирования толщи воды для проведения измерений устанавливают на специальном приспособлении (кронштейне) - обеспечивается их правильное пространственное размещение, крепление, вынос за борт носителя и заглубление.
[23]Выполнение в предлагаемом комплексе корпуса малогабаритной электронно-вычислительной машины в пылевлагозащитном исполнении обеспечивает защиту от механических и климатических условий, предохраняет от коррозии, влаги и пыли.
[24]Наличие в предлагаемом комплексе зарядного устройства для автономного источника питания обеспечивает возможность его подзарядки от бортовой или стандартной сети 220 В 50 Гц, если таковая имеется.
[25]Указанные выше и другие преимущества, а также особенности настоящей полезной модели будут более понятны после рассмотрения подробного описания, сопровождаемые чертежами, на которых представлены:
[26]Фиг.1 - автономный информационно-измерительный комплекс. Общий вид.
[27]Фиг.2 - структурная схема автономного информационно-измерительного комплекса.
[28]Фиг.3 - конструкция приспособления (кронштейна) для установки и заглубления преобразователя гидрохимикофизических параметров водной среды и устройства ультразвукового зондирования толщи воды.
[29]На Фиг.1, 2 обозначены:
[30]1 - малогабаритная электронно-вычислительная машина
[31]2 - автономный источник питания
[32]3 - контейнер (по стрелке)
[33]4 - откидная крышка контейнера
[34]5 - устройство спутниковой навигации
[35]6 - преобразователь гидрохимикофизических параметров водной среды
[36]7 - устройство ультразвукового зондирования толщи воды
[37]8 - зарядное устройство
[38]Автономный информационно-измерительный комплекс содержит малогабаритную электронно-вычислительную машину 1, размещенную вместе с автономным источником питания 2 в контейнере 3, на внутренней стороне откидной крышки 4 которого, закреплено устройство 5 спутниковой навигации, связанное посредством цифрового последовательного канала связи, например RS-232, с электронно-вычислительной машиной 1. Преобразователь 6 гидрохимикофизических параметров водной среды и устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды, расположены вне контейнера 3. Преобразователь 6 гидрохимикофизических параметров водной среды связан с электронно-вычислительной машиной 1 двухпроводным магистральным последовательным интерфейсом RS-485 с гальванической развязкой, который обеспечивает высокую помехоустойчивость передачи информации в условиях судовых и промышленных помех, а также исключает возможность выхода из строя измерительных приборов. Устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды связано с электронно-вычислительной машиной 1 посредством цифрового последовательного канала связи, например RS-422.
[39]Малогабаритная цифровая электронно-вычислительная машина 1 может быть выполнена в виде персональной электронно-вычислительная машины (ноутбука) на
[40]основе процессора Intel 486 Pentium 2, 3, 4 и т.п. с соответствующими контроллерами ввода-вывода и отображения цифровых данных и графической информации.
[41]В состав всех контрольно-измерительных приборов и устройств комплекса введены контроллеры, оснащенные устройствами аналого-цифрового преобразования, портами последовательного и параллельного ввода/вывода.
[42]Документирование измерительной информации может осуществляться как на жестком диске, входящем в состав электронно-вычислительной машины 1, так и в энергонезависимой памяти (flash-памяти).
[43]Автономный источник питания 2 предназначен для осуществления электропитания комплекса. В качестве автономного источника питания 2 в комплексе используют внутренние аккумуляторы. В состав комплекса может входить зарядное устройство 8, с помощью которого при наличии бортовой или стандартной сети 220 В 50 Гц аккумуляторы можно подзарядить.
[44]Преобразователь 6 гидрохимикофизических параметров водной среды обеспечивает непрерывное измерение гидрохимикофизических параметров водной среды, таких как температура, удельная электропроводимость, водородный показатель, окислительно-восстановительный потенциал, массовая концентрация растворенного кислорода и содержит: бесконтактный преобразователь удельной электропроводности воды, преобразователь температуры, преобразователь давления, и многоканальный аналогово-цифровой преобразователь, причем выходы бесконтактного преобразователя удельной электропроводности воды, преобразователя температуры и преобразователя давления подключены к входам аналогово-цифрового преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь в свою очередь выполнен с контроллером последовательного интерфейса RS-485 на выходе, вход-выход которого является выходом преобразователя 6 гидрохимикофизических параметров водной среды.
[45]Устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды предназначено для определения глубины места и регистрации профиля дна в процессе движения судна-носителя, что позволяет обнаружить слои с аномальными звукорассеивающими характеристиками, вызванными наличием грязевых линз или других механических и биологических включений. В качестве устройства 7 ультразвукового зондирования толщи воды используют серийно выпускаемый ультразвуковой датчик глубины.
[46]В качестве варианта реализации устройства 7 спутниковой навигации может быть использован серийно выпускаемый прибор спутниковой навигации, типа Garmin.
[47]Приспособление (кронштейн) для установки и заглубления преобразователя 6 гидрохимикофизических параметров водной среды и устройства 7 ультразвукового зондирования толщи воды (см. Фиг.3) представляет собой складную конструкцию, состоящую из несущей штанги 9, в нижней части которой закрепляют с помощью скобы 10 преобразователь 6 гидрохимикофизических параметров водной среды, а также устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды, а верхнюю часть посредством шарнира 11 закрепляют к струбцине 12, обеспечивающей крепление приспособления к борту малогабаритного судна-носителя. Упор 13 служит для создания опоры штанги 9 на борт судна-носителя.
[48]Мобильный информационно-измерительный комплекс используют следующим образом.
[49]При подходе к зоне патрулирования откидывают крышку 4 контейнера 3, преобразователь 6 гидрохимикофизических параметров водной среды и устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды подключают посредством кабелей к электронно-вычислительной машине 1 и устанавливают на кронштейне (см. Фиг.3), который в свою очередь закрепляют с помощью струбцины 12 на борту судна-носителя и заглубляют. Эффективная глубина заглубления измерительных приборов 0,7-1 м.
[50]Включают устройство 7 ультразвукового зондирования толщи воды и производят регистрацию и обработку отраженных от толщи воды и дна акустических сигналов.
[51]Включают устройство 5 спутниковой навигации и получают информацию о текущих координатах и параметрах движения судна.
[52]При подаче питания от автономного блока питания 2, преобразователи, входящие в состав преобразователя 6 гидрохимикофизических параметров водной среды вырабатывают напряжения, пропорциональные соответствующим параметрам водной среды. Выходные сигналы преобразователей, с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в цифровую форму и по линии связи передаются в соответствии с протоколом интерфейса RS-485 в электронно-вычислительную машину 1 с целью получения значений исходных гидрохимикофизических параметров, выраженных в соответствующих единицах.
[53]Комплекс позволяет одновременно производить ультразвуковое зондирование толщи воды и дна водоема, непрерывное измерение параметров приповерхностного слоя воды и получать навигационные характеристики, используя устройства 7, 6, 5 соответственно.
[54]Информация от всех средств измерений и информационных средств комплекса по цифровым каналам связи поступает в электронно-вычислительную машину 1.
[55]Малогабаритная электронно-вычислительная машина 1 обеспечивает сбор, обработку и отображение информации, поступающей от всех контрольно-измерительных средств комплекса, организацию многофункционального интерфейса оператор-система, электронное документирование результатов работы, управление составными частями комплекса и контроль их работоспособности.
[56]Обработка информации малогабаритной электронно-вычислительной машиной 1 включает в себя статистическую обработку полученных результатов, обнаружение аномалий, привязку результатов измерений к географическим координатам места измерений, архивирование результатов измерений.
[57]Программно-математическое обеспечение комплекса содержит программы, обеспечивающие возможность отображения на экране электронно-вычислительной машина 1 карты-схемы района плавания, созданной на основе карт-лоций соответствующих районов, и нанесения на них маршрута движения судна-носителя, а также информации, поступающей от преобразователя 6 гидрохимикофизических параметров водной среды и устройства 7 ультразвукового зондирования толщи воды.
[58]Установленное на электронно-вычислительной машине 1 комплекса программно-математическое обеспечение позволяет эффективно контролировать динамику изменений экологической обстановки за счет сопоставления поступающей оперативной информации с результатами долговременных наблюдений, хранящихся в базах данных. Информация представляется в удобном для восприятия оператором виде, заносится в электронный архив. Комплекс обеспечивает картирование результатов измерений по акватории с помощью устройства 5 спутниковой навигации, что позволяет определять застойные зоны, факелы водосбросов, обнаруживать источники загрязнений.
[59]Таким образом, предлагаемый комплекс при приемлемой его простоте, массе и габаритах обеспечивает оперативное обнаружение зон загрязнения, высокую
[60]достоверность и определение качественного состава загрязнений по основным нормируемым группам токсикантов в приповерхностном слое воды.
[61]Представленные описание и чертежи позволяют используя существующую элементную базу и технологии без особых трудностей изготовить его в производстве, что характеризует предлагаемый комплекс как промышленно применимый.
[63]1. Система мониторинга качества воды. GRЕ. ReV. - 1988, №26 - С.14-20
[64]2. Система для мониторинга приповерхностных вод. Fukuchi Mitsuo, Hottori Hitoshi. - Proc. NIPR Symp. Polar Biol. - 1987, 1. - C.47-55.
[65]3. Свидетельство №301 на полезную модель. Судно для экологического контроля водной среды. - Публикация 25.04.95 г.
[66]4. Свидетельство №0029376 на полезную модель. Система измерительная химико-физических параметров водной среды автоматическая. - Публикация 10.05.03 г. (Прототип)
