Метрология к.р. Контрольная работа По дисциплине Метрология, стандартизация и сертификация на водном транспорте
 Скачать 1 Mb.
|
|
Классификация и принципы получения навигационных параметров. Основным требованием судоводителей к навигационным средствам является возможность надежного определения места судна на всем протяжении его пути. Однако создать систему таких средств довольно трудно, т.к. требования, предъявляемые к средствам ориентирования в близких и отдаленных от берега районах, совершенно различны. В условиях океанских переходов судоводитель обычно не нуждается в очень высокой точности определения места судна. При плавании на средних расстояниях от берега требования к точности судовождения повышаются. Еще более высокая точность требуется от навигационных средств, предназначенных для обслуживания прибрежных районов, особенно вблизи портов и на путях наиболее интенсивного движения судов. Этим и объясняется существование в настоящее время большого количества навигационных устройств и систем, основанных на различных по природе физических принципах измерения навигационных параметров. Современная навигация основана на использовании следующих физических явлений: магнитное поле Земли, гравитационное поле Земли, инерция физических тел, механические колебания среды (акустика), электромагнитные колебания, собственные колебания физических систем. Рассмотрим эти явления. Магнитное поле Земли, как известно, характеризуется напряженностью – векторной величиной, изменяющейся как по величине, так и по направлению в околоземном пространстве. Эта напряженность используется в магнитных и гиромагнитных компасах. Магнитные компасы основаны на свойстве свободно подвешенной за центр тяжести магнитной стрелки устанавливаться своей магнитной осью по направлению магнитного поля. Они в течение сотен лет являлись и сейчас являются простыми и надежными курсо-указателями пути судна, если место их установки обеспечивается определенным минимумом магнитных условий, необходимых для правильной работы компасов. Гиромагнитные компасы основаны на взаимодействии магнитной системы и гравитационных сил Земли. Магнитная система располагается магнитной осью по равнодействующей компасного и гироскопического меридианов. Система сохраняет неизменное направление главной оси гироскопа и не реагирует на мгновенные удары и толчки. При этом магнитная система управляет главной осью гироскопа, с которой связана картушка компаса, надежно устанавливая ее в компасный меридиан. На основе измерения электродвижущей силы, индуктируемой в измерительных проводниках при их движении вместе с судном в магнитном поле Земли, построены геоэлектромагнитные измерители переносной скорости судна (течения). Последние носят самостоятельное название - электромагнитные измерители течения (эмиты) к позволяют определять как скорость, так и направление течения. Гравитационное поле Земли используется в судовождении преимущественно для определения направлений. Наибольшее распространение имеют гироскопические указатели направлений, основанные на свойстве быстро вращающегося тела (гироскопа) сохранять неизменным в пространстве заданное направление оси вращения. При идеальных условиях ось гироскопического устройства указывает направление истинного меридиана и непрерывно поворачивается со скоростью, равной и направленной против угловой скорости вращения Земли в данной широте, и таким образом удерживается в плоскости истинного меридиана. Такие устройства называют гироскопическими компасами или гирокомпасами. Они дают устойчивые показания направлений в малых и средних широтах. Если плавание совершается в высоких широтах, то в качестве курсоуказателя используют гироазимут, действие которого основано на том же физическом принципе, что и действие гирокомпаса. Кроме гирокомпасов и гироазимутов в современном судовождении находят широкое применение и другие гироскопические приборы, такие, как гировертикали – для создания искусственного горизонта в секстанах и гиростабилизаторы – для стабилизации платформы, на которой устанавливаются специальные устройства для измерений и стрельбы. На принципе использования свойств инерции физических тел в настоящее время быстро развиваются инерциальные методы навигации. Принцип действия инерциальных систем заключается в непрерывном измерении и интегрировании ускорений при движении судна в некоторой стабилизированной плоскости. Стабилизация осуществляется с помощью управляющих гироскопов, измерение ускорений – с помощью акселерометров. Для транспортного и промыслового судовождения наиболее приемлемы инерциальные системы, в которых с помощью акселерометров измеряются две горизонтальные составляющие ускорения судна (по меридиану и параллели). Навигационные инерциальные системы наилучшим образом отвечают требованиям автономности, помехоустойчивости, непрерывности, автоматического получения координат и управления. На свойстве акустических колебаний отражаться от различных объектов в воде основано использование всех видов современных акустических приборов и систем. При этом в качестве физического параметра измеряется время распространения звукового луча - одна из характеристик колебательного процесса. К наиболее распространенным гидроакустическим приборам относятся: – эхолоты, служащие для измерения глубины, а также для обнаружения рыбных концентраций или других объектов под килем судна; – эхоледомеры, служащие для определения высоты слоя воды, а также толщины льда над подводным судном ; – гидролокационные станции или просто гидролокаторы, предназначенные для обнаружения объектов, полностью или частично находящихся в воде (айсберг, скала, берег, отмель, подводная лодка, косяк рыбы и пр.), и для определения их местонахождения относительно судна (направление и расстояние). Другая область возможного применения гидроакустики связана со сравнительно невысокой скоростью распространения звука в воде, что позволяет создать измерители скорости судна относительно дна (берега), основанные на использовании эффекта Допплера, который мы рассмотрим немного позже. Распространение электромагнитных волн с практически постоянной скоростью позволяет определить физические величины (параметры), характеризующие геометрическое положение или элементы движения судна относительно источника информации. В навигации в настоящее время нашли широкое применение радиоволны и волны оптического диапазона (видимое и инфракрасное излучение). В основу всех радиотехнических средств навигации положен принцип измерения одного из параметров электромагнитного поля – физической величины, определяемой при помощи измерительной аппаратуры. В соответствии с этим все радиотехнические навигационные системы и устройства по принципу измерения физического параметра подразделяются на следующие группы: амплитудные, фазовые, частотные и импульсные. Рассмотрим кратко каждую группу. – Амплитудные устройства, в которых используется изменение амплитуды колебаний, т.е. ослабление или увеличение слышимости сигналов или изменение отношения интенсивности слышимости двух принимаемых колебаний. К этой группе относятся курсовые радиомаяки, радиопеленгаторы различных типов и т.д. – Если для определения места судна с помощью устройств производят измерение разности фаз между колебаниями, то такие устройства относят к фазовым. В этих устройствах измерение фазовых углов производится с помощью фазометров или фазовых счетчиков и самописцев, отмечающих изменение числа фазовых циклов (радиолаг, радиодальномер, фазовый радиомаяк, фазовая радионавигационная система и др.). – Частота редко является объектом измерения. В судовождении обычно измеряется разность частот электромагнитных колебаний, называемая допплеровским приращением частоты (эффект Допплера). С помощью допплеровского метода определяется радиальная составляющая скорости или ускорения излучателя относительно объекта отражения, т.е. сближение излучателя с судном или удаление от него. Это дает возможность успешно реализовать данный метод в навигационных целях: – для определения места судна с помощью радиодопплеровских систем, т.е. таких радионавигационных систем, в которых излучающее устройство помещается на - движущемся искусственном спутнике Земли, а устройство, принимающее и регистрирующее допплеровский сдвиг частот, - на судне ; – для определения скорости судна, а также наблюдения за подводной обстановкой при использовании эффекта Допплера применительно к звуковым волнам в допплеровских гидроакустических системах, в которых регистрирующее допплеровский сдвиг частот устройство устанавливается на судне, а объектом отражения является морское дно или подводный объект. Во многих радионавигационных устройствах измеряется время, причем различают: – Устройства, в которых измеряется время, необходимое для распространения радиоволн на измеряемое расстояние; – Устройства, в которых измеряются интервалы времени между моментами приема сигналов. Несмотря на очень широкое приминение радиоволн в навигации характер их распространения накладывает серьезные ограничения на выбор их диапазонов. В радионавигационных системах дальнего действия используется только длинноволновый диапазон, а коротковолновые диапазоны применяются в радионавигационных системах, действующих в условиях прямой видимости. Ограничения на использование световых волн накладывают погодные условия, от которых целиком зависит надежность их применения. Однако с изобретением прибора, искусственно генерирующего световое излучение –лазера, появилась возможность использования световых излучений для измерения не только направлений, но и расстояний и скоростей, причем технические прогнозы показывают на очень высокую точность потенциальных лазерных измерителей скорости и расстояний. Невидимый для человеческого глаза диапазон электромагнитных колебаний – инфракрасное излучение, применяется в специальных приборах и устройствах для автоматического обнаружения целей и систем самонавидения на цели. Достижения современной инфракрасное техники позволили вплотную подойти к созданию совершенных навигационных систем, использующих естественное и искусственное излучение тел (маяки, другие суда, планеты) Собственные колебания изолированных физических систем характеризуются высоким постоянством периода. В настоящее время кроме традиционныъ судовых хронометров, использующих постоянство периода крутильных колебаний пьезокварцевых пластин со стабильностью частоты 10-7 – 10-9. Сверхстабильность можно получить при использовании молекулярных, атомных и ядерных резонансов. Ощутить степень точности хранителей времени можно в сравнении: если морские хронометры имеют погрешность хода 1-4с за сутки, то ядерные генераторы стабильной частоты отличаются от истинного хода времени на 1с за сотни миллионов лет. Погрешности навигационных элементов (НЭ). Все НЭ являются результатами измерений. Так как источниками НЭ являются измерения, а все измерения производятся с какими-то случайными погрешностями, то все НЭ – величины случайные. Измерение – физический процесс сравнения измеряемой величины с единицей измерения (эталоном). Оно производится с помощью приборов или инструментов. В процессе измерения участвуют также оператор, производящий измерения, объект измерения и внешняя среда. Измерительный прибор, оператор, объект измерения и внешняя среда составляют условия измерения. В общем случае результат измерения тесно связан с условиями измерения и зависит и от технического состояния измерительного прибора, и от навыков и психофизического состояния оператора, и от характера объекта измерения, и от параметров внешней среды. Условия измерения определяют совокупность факторов, воздействующих на измерение. Чем полнее учтены все факторы, воздействующие на измерение, тем точнее результат измерения. Но учесть можно только постоянные или закономерно изменяющиеся факторы. Следовательно, невозможно получить и неискаженный результат измерения. В общем случае он будет отличаться от истинного значения. Разница между измеренным и истинным значениями называется в общем случае погрешностью измерения. Величина погрешности измерения зависит от соотношения количества учтенных и неучтенных факторов. Очевидно, что измерение имеет смысл лишь тогда, когда основная масса воздействующих факторов известна и учитываема. Непосредственными источниками погрешностей измерения являются: – несовершенство измерительных приборов (ограниченный предел точности шкалы, колебания технических параметров прибора, наличие технологических погрешностей работы отдельных узлов и схем прибора); – несовершенство органов чувств человека и нестабильность его психофизического состояния в процессе измерения; – незакономерные колебания параметров внешней среды, прямо или косвенно воздействующих на результат измерения. Измеренные НЭ, как правило, подвергаются обработке – исправляются поправками или служат исходной информацией для расчета других НЭ. Полученные в результате обработки НЭ помимо погрешностей измерения содержат дополнительные погрешности, связанные с несовершенством метода обработки, а также с внесением в измеренные результаты поправок, содержащих свои погрешности. Таким образом, погрешность НЭ в общем случае состоит из погрешности измерения и погрешности обработки. Погрешность НЭ может быть абсолютной и относительной. Список использованной литературы Метрология, стандартизация и сертификация [Электронный ресурс] : метод. указания и контрол. задания для студентов заоч. формы обучения по специальности 180402.65 «Судовождение» / Федер. агентство по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т, Каф. судовождения ; сост. К. В. Пеньковская. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 308 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2009. - Доступ из локальной сети Мурман. гос. техн. ун-та. - Загл. с экрана. Сергеев, А. Г. Метрология и метрологическое обеспечение : учебник для вузов / А. Г. Сергеев. - Москва : Высш. образование, 2008. - 575 с. : ил. - (Основы наук). - Библиогр.: с. 572-575. Метрология, стандартизация и сертификация : учебник для вузов / [А. И. Аристов и др.]. - Москва : Академия, 2006. - 378, [1] с. - (Высшее профессиональное образование. Машиностроение). - Авт. указаны на обороте тит. л. - Библиогр.: с. 373-375. Сергеев, А. Г. Метрология : учебник / А. Г. Сергеев. - Москва : Логос, 2005. - 269, с. Сергеев, А. Г. Метрология, стандартизация, сертификация : учеб. пособие для вузов / А. Г. Сергеев, М. В. Латышев, В. В. Терегеря. - [Изд. 2-е, перераб. и доп.]. - Москва : Логос, 2005. - 558, [1] с. Кравченко, Е. Г., Алтухова, В. В. Роль и место метрологии, стандартизации и сертификации в организации транспортных (водных) перевозок : учеб. пособие / Е. Г. Кравченко, В. В. Алтухова. – Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2012. – 104 с. Метрология и информационно-измерительные системы [Электронный ресурс] : метод. указания и контрол. задания для заоч. фак. вузов по специальности 240600 «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» / Гос. ком. Рос. Федерации по рыболовству, Мурман. гос. техн. ун-т ; сост. В. М. Клементьев, Н. А. Веселков. - Электрон. текстовые дан. (1 файл : 482 Кб). - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2002. Сергеев, А. Г. Метрология : учеб. пособие / А. Г. Сергеев, В. В. Крохин. - Москва : Логос, 2001. - 376 с. : ил. - (Карманная энциклопедия студента). Сергеев, А. Г. Метрология. Стандартизация. Сертификация : учеб. пособие для вузов / А. Г. Сергеев, М. В. Латышев, В. В. Терегеря. - Москва : Логос, 2001. - 536 с. Сергеев, А. Г. Метрология, стандартизация и сертификация : учеб. для бакалавров : [углубленный курс] / А. Г. Сергеев, В. В. Терегеря. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Юрайт, 2013. - 838 с. : ил. - (Бакалавр. Углубленный курс). - Библиогр.: с. 832-838. - ISBN 978-5-9916-1954-7. Баева, Л. С. Метрология, стандартизация и сертификация : Метод. указания к практическим занятиям для специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок» / Л. С. Баева; Гос. ком. РФ по рыболовству ; МГТУ. - Мурманск : Изд-во МГТУ, 2003. - 55 с. |