ADCPs & DVLs: Πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας

Ένα όχημα REMUS δείχνει την παραδοσιακή συστοιχία DVL τεσσάρων στοιχείων (Υδρόλυση Φωτογραφίας)

Το συμπαγές ECO ADCP (Photo Courtesy Nortek)

Previous Next

Όλοι οι ναυτικοί γνωρίζουν τις κινήσεις των ωκεανών. Κάποιοι ευδοκιμούν στην οδήγηση του ανέμου και των κυμάτων, ενώ κάποιοι κρέμονται και ψάχνουν για μια σιδηροδρομική κατεύθυνση με λίγο πράσινο στο πρόσωπο τους. Αλλά η μέτρηση της κίνησης του νερού ή των αντικειμένων μέσω του νερού αποτελεί βασική πτυχή πολλών ωκεανικών τεχνολογιών και εφαρμογών. Είναι δυνατή η χρήση μιας αρχής ηχητικών κυμάτων που ονομάζεται φαινόμενο Doppler για τη μέτρηση της κίνησης στο νερό. Ένα ηχητικό κύμα έχει υψηλότερη συχνότητα ή βήμα, όταν μετακινείται σε εσάς παρά όταν μετακινείται μακριά. Ακούτε το φαινόμενο Doppler σε δράση όταν μια σειρήνα αστυνομικών αυτοκινήτων περάσει ταχύτητα με μια χαρακτηριστική αυξανόμενη ένταση ήχου που εξασθενεί όταν περνά το αυτοκίνητο.

Το εφέ Doppler επιτρέπει ένα βασικό ωκεάνιο όργανο γνωστό ως ακουστικό Doppler Current Profiler (ADCP). Αυτή η συσκευή μετρά την κίνηση του νερού που ρέει πέρα από αυτό. Όταν συναρμολογείται σε σταθερό πλωτήρα ή στο θαλασσό, παρέχει ένα μέτρο του ρεύματος νερού. Εναλλακτικά, όταν τοποθετείται σε μια κινούμενη πλατφόρμα όπως ένα υποθαλάσσιο όχημα, το όργανο μπορεί να μετρήσει την κίνηση σε σχέση με το νερό ή το θαλασσινό νερό. Αυτό είναι γνωστό ως αρχείο καταγραφής ταχύτητας Doppler (DVL). Τα πρώτα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για τις πιο ικανές ευρυζωνικές ADCPs εκδόθηκαν το 1997. Αυτή η ικανότητα εξαπέλυσε τη σύγχρονη εποχή της τρέχουσας μέτρησης. Τις δεκαετίες που ακολούθησαν, οι ωκεανογράφοι και οι μηχανικοί των ωκεανών χρησιμοποίησαν τα εργαλεία αυτά σε ποικίλες διαμορφώσεις και έχουν παραδοθεί χιλιάδες. Αλλά τι έφεραν τα τελευταία χρόνια στο πεδίο;

Ένας ενσωματωμένος DVL στο όχημα Fusion (Photo Courtesy Nortek)

Δεδομένου ότι το οικοσύστημα ADCP / DVL έχει ωριμάσει, υπήρξαν πολλές καινοτομίες. Πρόσφατα, κορυφαίοι κατασκευαστές έχουν δημιουργήσει δημιουργικές εξελίξεις στο χώρο. Η Teledyne RDI, ο διάδοχος της πρώτης εταιρείας που εμπορεύεται το ADCP, εξακολουθεί να παραδίδει βασικές τεχνολογίες, ειδικά DVL, για υποθαλάσσια οχήματα. Ένα από τα πιο συνηθισμένα μη επανδρωμένα υποβρύχια οχήματα που κυκλοφορούν είναι το REMUS του Hydroid. Αυτό το όχημα τυπικά χρησιμοποιεί το συμπαγές DVL της Teledyne στην αρχική διαμόρφωση τεσσάρων μορφοτροπέων τοποθετημένων σε δακτύλιο. Τα DVL σε αυτά τα οχήματα αυξάνουν τις θέσεις GPS που καταγράφηκαν στην επιφάνεια και συχνά οι μετρήσεις αδρανειακής κίνησης για να βοηθήσουν το όχημα στην παρακολούθηση της θέσης του για βελτιωμένη "νεκρή αναμέτρηση".

Η διάταξη των τεσσάρων μετατροπέων δεν είναι η μόνη διαμόρφωση για ένα σύστημα DVL, ούτε ο μοναδικός δικαιούχος του UUV. Μια άλλη διαμόρφωση είναι μια φάση συστοιχία. Αυτό μοιάζει με ένα μοναδικό πρόσωπο μετατροπέα, αλλά είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρονικά ελεγχόμενος από ηλεκτρονικό υπολογιστή πίνακας στοιχείων μετατροπέα, ο οποίος δημιουργεί μια σειρά ακουστικών "δοκών" που δείχνουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Πρόσφατα, η Teledyne εισήγαγε το πρώτο Phased Array DVL, βαθμολογούμενο σε 6000 μέτρα, τον πρωτοπόρο 300. Για μια δεδομένη μεγέθυνση και απόδοση, η τεχνολογία σταδιακής συστοιχίας παρέχει μεγαλύτερη εμβέλεια από τα παραδοσιακά DVL σε 275 μέτρα από τον πυθμένα. Το Pioneer DVL χρησιμοποιήθηκε στο βαρέως εκτιμημένο ROV της Vulcan Inc, υποστηριζόμενο από τον R / V Petrel, καθώς έκανε πολλές ανακαλύψεις ναυαγίων του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου στον Ειρηνικό. Αυτή η ίδια ρύθμιση χρησιμοποιείται τώρα στο τελευταίο DVL του Teledyne, το Tasman. Παρουσιάστηκε τον Απρίλιο του 2019. Ο σχεδιασμός μετατροπέων φάσης με δυνατότητα αντικατάστασης σταδιακά διευρύνει την ακρίβεια θέσης, εξαλείφει την ανάγκη για ταχύτητα διόρθωσης ήχου και μειώνει την οπισθέλκουσα σε ένα υποθαλάσσιο όχημα. Το εργαλείο αυτό παρέχει επίσης συνδεσιμότητα Ethernet, χρήσιμη για τα ολοένα και πιο εξελιγμένα υποθαλάσσια οχήματα.

Το SPRINT-NAV λειτουργεί καλά, ακόμη και σε ακραίες γωνίες (Photo Courtesy Sonardyne)

Εν τω μεταξύ, στο Sonardyne, το Syrinx DVL ενσωματώθηκε σε μια καινοτόμο λύση - τον υβριδικό ακουστικό-αδρανειακό πλοηγό SPRINT-Nav. Εδώ, οι μετατροπείς DVL, η μονάδα αδρανειακής κίνησης και ο αισθητήρας βάθους στεγάζονται μαζί, προσφέροντας διάφορα πλεονεκτήματα. Για παράδειγμα, οι μεμονωμένες δοκοί DVL χρησιμοποιούνται για την ενημέρωση της λύσης INS ενώ παράλληλα υπολογίζεται και ένας φορέας ταχύτητας DVL. Το αποτέλεσμα είναι μια πιο ακριβής και στιβαρή λύση ακουστικής-αδρανείας, όπου το INS μπορεί να απορρίψει μεμονωμένες μετρήσεις ακτίνων και να παραμείνει ακόμα και όταν ορισμένες δοκοί DVL χάνουν την κλειδαριά στο κάτω μέρος. Οι αντισταθμίσεις ευθυγράμμισης μεταξύ των διαφόρων αισθητήρων υπολογίζονται από το εργοστάσιο, έτσι ώστε το σύστημα να μπορεί να κινητοποιηθεί γρήγορα και οι διαδρομές ευθυγράμμισης του GPS δεν είναι απαραίτητες. Η εγκατάσταση είναι τόσο ευέλικτη ώστε το σύστημα να μπορεί να τοποθετηθεί ακόμα και σε ακραίες γωνίες.

Ένας άλλος κατασκευαστής που καινοτομεί στο χώρο είναι ο Nortek. Ενώ οι περισσότεροι DVL χρησιμοποιούν έναν κυλινδρικό παράγοντα, αυτό δεν είναι πάντα κατάλληλο για ορισμένες εφαρμογές. Σε μια περίπτωση ένα νέο υποθαλάσσιο όχημα, το Fusion από το SRS, απαίτησε ένα διαφορετικό σχήμα. Η σύντηξη είναι ένα υβριδικό υποβρύχιο όχημα που συνδυάζει τις δυνατότητες AUV και ROV με την πλοήγηση και την πρόωση του δύτη σε ένα σύστημα. Η Nortek παρείχε μικρότερους μετατροπείς και ηλεκτρονικά για αυτό το όχημα καθώς και μια μοναδική διάταξη μετατροπέα in-line. Επιπλέον, η σουίτα οργάνων πρόσθεσε έναν ειδικό υψομετρητή για ακριβέστερη μέτρηση υψομέτρου ακριβώς κάτω από το όχημα. Η εξέλιξη των DVL επιτρέπει την περαιτέρω καινοτομία στα υποθαλάσσια οχήματα που εξαρτώνται από αυτά για πλοήγηση.

Ενώ οι DVL εξελίσσονται ταχύτατα μαζί με υποθαλάσσια οχήματα, εξελίσσονται και οι εξάδελφες ADCP. Η Nortek παρέχει ένα άλλο παράδειγμα εδώ. Επιδιώκοντας να βελτιώσουν την αποδοτικότητα των λειτουργιών και να μειώσουν το κόστος των τρεχουσών μετρήσεων, εισήγαγαν πρόσφατα την πλατφόρμα ECO. ECO, το μίνι-ADCP της Nortek για τη ρηχή επεξεργασία των υδάτων ανακοινώθηκε προς πώληση στα τέλη του 2019. Διαθέτει φορητό, ασύρματα φορτισμένο 1MHz ADCP, προγραμματισμένο με εφαρμογή smartphone. Η επεξεργασία δεδομένων και η διασφάλιση της ποιότητας παρέχονται μέσω μιας αυτόματης υπηρεσίας που βασίζεται σε σύννεφο. Εκτός από αυτές τις προσαρμογές για το ίδιο το όργανο, η Nortek ανέπτυξε ένα βήμα παραπέρα και σχεδίασε ένα συμπαγές σύστημα ζεύξης και χρονικής αποδέσμευσης για την απλούστευση της ανάπτυξης σε ρηχά νερά.

Τα ADCP και τα DVL είναι αναμφίβολα ένας από τους κύριους παράγοντες που επιτρέπουν τόσο την ωκεανογραφία όσο και την υποθαλάσσια ρομποτική. Ενώ δεν είναι μια νέα τεχνολογία, η εξέλιξή τους ήταν ταχεία τα τελευταία χρόνια. Τα νέα μοντέλα συστοιχιών, η αυξανόμενη ποικιλομορφία στην περιοχή συχνοτήτων και οι νέες διαμορφώσεις έρχονται γρήγορα στη σκηνή. Οι καινοτομίες που εμπνέονται από την τρέχουσα τεχνολογία των καταναλωτών, συμπεριλαμβανομένων των εφαρμογών και του cloud computing, είναι συναρπαστικές εξελίξεις που δεν παρατηρούνται συχνά σε όργανα ωκεανού. Αλλά η ζήτηση για μέτρηση της κίνησης του νερού είναι σημαντική και οδηγεί εξίσου σημαντική καινοτομία. Η επόμενη δεκαετία της κίνησης θα είναι συναρπαστική.

Το Tasman DVL χρησιμοποιεί έναν ενιαίο φάκελο (Photo Courtesy Teledyne Marine)