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CN1381380A - 硬化的航海数据记录器 - Google Patents

硬化的航海数据记录器 Download PDF

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Abstract

一种硬化的航海数据记录器,包括两个子系统:可移动非易性存储器和基座,该基座包括了用于与数据读出系统通信和访问存储器的电子电路和固件。按照本发明,存储器是被保护在“锅炉体”内的堆叠式BGA存储器,锅炉体设计为用来容忍相当长期的低温火灾环境。锅炉体和存储器模块被设计为能经受与海上事故有关的穿透力。来自存储器的电缆引线被安排成使得锅炉体的结构整体性不受损害。

Description

硬化的航海数据记录器
                         发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于记录有关海洋船只操作数据的方法和装置。特别是,本发明涉及用于记录和保护导致事故或“意外事件”的数据的方法和装置。另外,本发明一般涉及用于保护诸如用于海洋数据记录器等中使用的固态存储器等的热敏元件不受可由海上事故引起的火灾所产生的热的影响的方法和装置。本发明一般还涉及保护这类元件不受冲击损坏和潮湿影响的方法和装置。
2.现有技术简述
已经早就注意到,海上事故或意外事件的调查可得益于船上出现的数据和可听见声音命令的记录。事实上,许多人认为这是按时间记录的船上日志簿的必要的技术延伸。这一愿望最终发展成为控制航海数据记录器(VDR)性能的国际标准。
1974年国际海事组织(IMO)的海上救生(SOLAS)协定承认了其价值并表示了如下愿望,船上要有类似于飞机上的“黑匣子”飞行记录器那样的记录器。这就开始了为航海数据记录器(VDR)建立国际标准和要求的漫长过程。
在1996年,经过长期争论后的VDR要求终於在IMO的导航和电子分组(NAV)中露面了。为了促进早日形成关于VDR的最终IMO决议,IEC(国际电子技术委员会)TC80组成了WG11,它根据NAV要求的初步草稿开始构成技术规范。IMO在1997年11月通过了决议A。861(20)并且完成了IEC标准61996作为委员会草案供1999年3月表决。该技术规范已于2000年11月8有公布。
IEC61996船载航海数据记录器性能要求描述了数据获取和存储功能并称为“保护性盒”和“最终存储媒体”。遵守这一标准的结构的出现带有两个主要部件。
在第一部件中,数据管理单元(DMU)包括了船舶接口,数据获取,和软件记录功能。DMU是用来安装在环境相对良好的船桥中。第二部件是包含保护性盒和最终存储媒体的硬化航海记录器(HVR)。HVR针对幸存性和可恢复性而设计。它是用来安装在船桥甲板外面或上层结构的顶部。
硬化航海记录器(HVR)的主要作用是保护由航海数据记录器(VDR)获取的数据,使得在事故或“意外事件”调查中能利用这些数据。
先前引入的共同拥有的、继续申请的系列号--/---,---揭示了与HVR的电子电路和软件有关的细节。本申请与包含存储器的“保护性盒”的物理细节有关。保护性盒必须保护存储器不受冲击损坏、热损坏和潮湿损坏。
在航空飞行记录器领域内已知使用“锅炉体”来保护存储器不受热损坏。这里的“锅炉体”定义为一种多重(两个或更多)隔离层的外壳结构,它可用于将受保护的装置(如固态存储器器件)与热质(例水)隔离。
题为“Flight Crash Survivable Storage Unit with Boiler for.Flight RecorderMemory”,1998年5月12日授予劳拉仙童公司(Loral Fairchild Corp)(Purdon等人)的美国专利号5,750,920描述了一种这样的“锅炉体”,其整个内容在此通过参考引入。更具体说,′925专利描述的单元设计为经受1100℃(约2000°F)的温度,它在这里被定义为“高温环境”,以用作相对短的术语。
虽然′925专利中描述的单元能适用于在高温环境中保护热敏部件(如固体存储器),这类环境常伴随飞机失火而发生;与海洋失事后热敏部件幸存性有关的问题与空难后引起的这些问题有很大不同,且未被Purdom等人提到,或者,事实上未被任何已知海洋记录器提到。
特别是,海洋记录要能在“低温”失火中生存,即相对于飞行器记录器的高温工业幸存性规范是能经受1100℃环境1小时,这里定义的失火是指在260℃相对长期(例10小时)的燃烧(或发烟燃烧)。
低温失火对于现有技术的保护性单元不是一个问题,例如在引入的′925专利中所述的一种单元,因为这些单元使用了“TSOP”(薄的小形封装)存储器部件,带有向外延伸的引线。其结果,即使底板不能幸免于低温火灾,存储器芯片却能幸存并能“重新工作”,即可方便地放在另一块底板上并读取它。
在本应用(海洋记录器应用)中,在底板一级的低温火灾幸存性变得非常重要,因为希望存储部件使用“BGA”(球栅状阵列)封装。这些更小的封装可以更稠密地被包装,使用更少的“有效面积”等;但受到的约束是连接要做在器件下面。即没有引线从BGA封装周围伸出(像从TSOP所作的那样);这使低温火灾后的底板重新工作变困难或不可能。但无论如何由于上面指出的理由和下面所述的其它理由,BGA在其它方面是希望的。
例如,由于连接之间的间隔大于用TSOP的情况,更进一步希望使用BGA封装。这一事实增强了单元的可靠性,因为它更容易避免焊料的桥接短路。除了形成更可靠的单元外,使用BGA的存储器还更容易制造。
因而,即使没有引线伸出,如果底板在低温火灾中损坏后,很难(或不可能)让存储器存储单元重新工作,然而仍希望能提供和保护(在海洋环境下)BGA存储器,即提供一种有锅炉体保护的BGA固体存储器,它在底板级的长期底温火灾后幸存下来。
另外,使用′925专利作为基准框架,该专利中描述的锅炉体未提供海洋应用所要求的机械强度。更具体说,解决“穿透”的海洋应用标准不同于飞行记录器的这些标准,因为在海上事故中涉及的物体通常要显著地大于涉及空中失事的飞行器的相对轻量的构件。
结果,能量不能靠穿透体(穿透物体)的粉碎而被吸收。由于物体,例船舶构件或船舶本身相对较大和较重(与飞行器部件相比),所有穿透体的能量可以针对锅炉体,在海洋环境中使用锅炉体的结构性考虑是在飞行记录器情况中不存在的一个严峻的新问题。用于海上锅炉体的形状、结构和材料要使锅炉体幸免于难并履行其保护功能就成为一个议题。
现有技术的锅炉体呈现的另一些问题,包括′925专利中描述的一个问题,限制了它们在海上应用的适用性。特别地,用于连接这种锅炉体的现有电缆设计不能为海上应用所接收。这是因为它影响了锅炉体本身的结构整体性,使它不能适用于海上环境。
参考′925专利可以看到,电缆经矩形切口从平板边缘走出锅炉体;这是该盖板中的一个弱点。
                         发明概述
本发明的实施例提供一种满足或超过IEC61996测试规范的要求的硬化航海记录器。
本发明的实施例提供一种还加入了保护在锅炉体内的存储器单元的硬化航海记录器。
本发明的实施例提供一种包括能相当长时间经受低温火灾的锅炉体的硬化航海记录器。
本发明的实施例提供一种使用BGA存储器的硬化航海记录器。
本发明的实施例提供一种锅炉体具有改进的电缆走线使得锅炉体的整体性不受到损害的硬化航海记录器。
本发明的实施例提供一种硬化航海记录器,它包括具有改进的盖子的锅炉体。
本发明的实施例提供一种包括保护在锅炉体内的堆叠式存储器的硬化航海记录器。
实现本发明的硬化航海记录器(HVR)包括可分的两个子组装件。第一子组装件是设计为直接固定在船上的安装基座子组件并提供用于功率和数据连接的水密电缆入口。第二子组件是可移动的硬化存储器子组件,它可用快速释放的卡箝附着到安装底座。
硬化存储器子组件具有一托架用于安装水下定位信标,该信标带有双驱动湿度传感器以防止浪花,下雨或水管脱落引起的无意的启动。HVR最好涂以高度可视的带有白色反射标记的萤光桔红色。反射标记包括要求的文字:“航海数据记录器”,“不得打开”,“请报告有关局”。
安装基座子组件包括用于接收数据和将数据写入到硬化存储器子组件的电子电路,详见前面引入的同时提交的序号--/---,---中揭示的。
可移动的硬化存储器子组件较佳地包括安排成堆叠的1.5G字节的BGA固态存储器,它被保护在锅炉体中。按照本较佳实施例,硬化存储器子系统包括一个基本上圆柱形的不锈钢“钟”,它包含一限定圆柱形井的基本绝缘层,该井用于接收锅炉体。
体现本发明的锅炉体包括一个二分的圆柱形构件,其一部分是热膨胀腔,适用于包含相变材料或“热质”,它用作热沉。二分圆柱形构件的其他部分限定用于堆叠式存储器的存储舱。
在一个实施例中,带状电缆从该堆叠式存储器的最后的存储板伸出并通过与不锈钢盖边缘隔开的圆形开口。锅炉体放置在钟内绝缘层所限定的圆柱形井内。硅橡胶垫放在带状电缆上以保护它,并且在圆柱形井内放入一圆柱形绝缘体以填充它。用于保持绝缘和使锅炉体保持在钟内的不锈钢盖用两个搭扣环锁定到钟内。
                         附图简述
图1是按照本发明的HVR的透视图。
图2是按照本发明的HVR的侧视图。
图3是移去信标托架后的硬化存储器子组件的侧视图。
图4是沿3中A-A线的剖视图。
图5是根据本发明的锅炉体的分解透视图。
图6是显示了带状电缆的组装的锅炉的平面视图。
图7是组装锅炉体的部分侧视图。
图8是图7圆圈部分的放大详图。
                         详细说明
现在回到图1-3,按照本发明的硬化航海记录器(HVR)10包括二个可分的子组件。第一子组件12是安装基座子组件,设计为直接固定在船上并提供电源和数据连接的水密电缆输入。第二子组件14是可移动的硬化存储器子组件,它可用快速释放卡箝附着在安装基座上。
现参考子组件12的机械特征,如图1-3所示,安装基座子组件12有一下法兰盘16确定了三个安装孔18,20,22。二个电缆连接24,26用来提供电源和数据电缆(未示出)的水密耦合。最好见图2和8-10,子组件12还提供有上法兰盘28,它用于提供与可移动硬化存储器子组件14的密封啮合。
硬化存储器子组件14的机械特征包括托架38,用于外部安装水下定位信标40。较佳地信标提供有双驱动湿度传感器以避免由于浪花、下雨、或水管脱落引起的无意的启动。子组件14还具有二个提升把42、44、以及下法兰盘46,它用于提供与子组件12的密封啮合。
HVR还包括一个带有两个快速释放夹箝50、52的V带48。如上所述,HVR较佳地如图1和2所示被涂上高度可见的荧光桔红色并带有白色反射标记,例如标记54。反射标记包含所需(按IEC61996)的文字:“航海数据记录器”,“不许打开”,“请报告有关当局”。如图1所示,一条反射带19进一步满足IEC 61996的要求。
HVR 10的本较佳实施例高约13英寸且直经约8英寸。子组件12的下法兰盘16基本上是三角形且每边约10英寸。HVR的总重量约41磅,而基座12重约13磅以及存储器子组件14重约28磅。
如图4所示,子组件14通常包含保护在锅炉体58内的存储器56。
特别地,子组件14包括形状最好为圆柱形的不锈钢钟60,它限定第一内圆柱形空间62。第一绝缘构件64放置在柱形空间62中并限定第二内圆柱形空间66。
如图4所示,圆柱形空间66是台阶结构。包含存储器56的锅炉体58放置在圆柱形空间66中。第二绝缘构件68放入圆柱空间66内,复盖了锅炉体58及空间66的台阶。钟60用不锈钢盘70密封,该盘由内部和外部搭扣环(未示出)保持在原位。
现在转到图5-8,按照本发明的锅炉体58包括一个二分的圆柱构件80,二分构件的一部分是热膨胀腔82(最好见图7),适用于包含相变材料或“热质”(未示出),它用作热沉。二分圆柱构件的其他部分限定用于堆叠式存储器56的存储舱。两部分82和84由转移壁83隔开。转移壁83包括一可熔阀门85,它在预定温度时打开以允许热质进入舱84并保护存储器免遭火灾。
用作热质的适当混合物包括水和蜡,它们都是相变物质。然而热质不必是相变物质。仅只须能起热沉的作用。按照本发明的一个实施例,水包含在禁止水冰冻和膨胀的干燥材料中。这种材料包括(例如)海绵,硅土,聚丙稀酰胺、钙硅酸盐或陶瓷土。应当注意,用于包含热质的容器舱82可包含热膨胀腔以适应热质的膨胀。
另一种可采用的热质是水和硅土化合形成的干粉热质,或由水和聚丙稀酰胺化合形成的凝胶体。从这种复合产生的热质本来就能吸收冲击,对包含在锅炉体80内的存储器提供了附加的保护。
按照本较佳实施例,存储器56包括三个电路板86、88、90,每个有电耦合87、89、91。每个电路板较佳地提供由四个128兆字节BGA存储器芯片或16个32兆字节BGA存储器芯片(未示出)装配成的512兆字节存储器。存储器56的总容量因而较佳地是1.5千兆字节。正如在先前引入的相关申请中提到的,较有利是为存储器板提供有MIC芯片以对存储器寻址。
每块存储器板提供有四个外围安装孔92、94、96、98;100、102、104、106;和108、110、112、114。三块存储器板86、87、90装配有4个螺丝116、118、120、122,4个尼龙螺帽(图5中仅可见到三个)124、126、128及8个垫片(图5中仅可看见6个)130、132、134、136、138、140。
4个螺钉116、118、120、122具有带螺纹的头,最好可见如图8中的关于螺丝122。具有4个外围安装孔144、146、148、150的盖板用4个短螺钉152、154、156、158被紧固到螺丝116、118、120、122的螺纹头。如图8可见,板到板的连接器具有在板一侧的母部件和在板另一侧的公部件,据此允许堆叠任何数目的板。因此,紧邻盖板142的连接器91用一片薄带160隔绝。按照本较佳实施例,盖板142被紧压装配入锅炉体80内,最好见图8。
按照本较佳实施例,带状电缆162是硬导线接到最后一块存储器板90,如图8所示。带状电缆162较佳地配有J10连接器164,用于耦合到基座组件中的电子电路,更多的细节如前面引入的与此同时提交的相关申请所述。
按照本较佳实施例,盖板设有圆形开口166,它与平板的边缘隔开。带状电缆162穿过该开口166。
正如图中所示,特别是在图4中,电缆162随一条通路通过6个弯管。这些弯管允许电缆从锅炉引出,在两个隔绝体64、68之间走线(图4),通过不锈钢盘70中的开口71退出钟60,跨过钟的底部并向下走到电子电路子组件(图2中的12)。为了减轻在6个开口71处的应力,在邻近处提供了电缆导管73。
如图4所示,要如此安排带状电缆使得它不必像以前提到的′925专利中已有技术的锅炉体中的电缆穿越那么多的绝缘体。按照本发明,电缆进一步由放置在电缆和绝缘物间的硅橡胶垫所保护。
按照本发明的可移动存储器子组件经受在3米处的100mm 250kg弹射体的穿透。它将经受50g,11ms半正弦冲击和6000米深的浸水。存储器将经受260℃火烧10小时。
这里已经描述和解释了硬化的航海数据记录器、可移动存储器模块组装件、和用于保护其中的存储器的锅炉体。虽然已描述了本发明的特定实施例,但并不是要对本发明作限定,而是要使本发明适用于本领域的尽可能宽的范围并且在相同的范围内阅读本说明。因而本领域的技术人员将理解对所提供的本发明可作出其他修改而不脱离其权利要求的精神和范围。

Claims (28)

1.一种用于海洋船舰的包括可移动存储器模块的硬化航海记录器,其特征在于,所述可移动存储器模块包括:
(a)一个外壳,包括用于容放固态存储器的内腔;
(b)用于所述外壳的盖;以及
(c)位于所述内腔的一个热绝缘体,所述内腔限定至少一部分第二内腔,所述固态存储器位于所述第二内腔中。
2.如权利要求1所述的硬化航海记录器,进一步包括位于所述第二内腔中的一个锅炉体,所述第二内腔包括一用于容放热质的容器舱、所述固态存储器位于其中的保护舱,以及用于互连所述容器舱和所述保护舱的装置,其中所述互连装置在打开时提供所述容器舱和所述保护舱的通路。
3.如权利要求2所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述固态存储器在温度为260℃数量级上被保护约10小时。
4.如权利要求2所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述固态存储器包括至少一个BGA芯片。
5.如权利要求2所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳具有适用于海洋应用中的的冲击强度。
6.如权利要求2所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述锅炉体包括一个盖住所述保护舱的盖板,所述盖板限定与其边缘分割开来的一通孔,所述固态存储器与穿过所述通孔的电缆相耦合。
7.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述固定存储器包括BGA存储器。
8.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述固态存储器是堆叠式存储器。
9.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述锅炉体包括一盖住所述保护舱的盖板,所述盖板限定与其边缘分开的一通孔,所述固态存储器与穿过所述通孔的电缆相耦合。
10.如权利要求9所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述通孔基本上是圆形的。
11.如权利要求9所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述盖板压紧装配到所述锅炉体。
12.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述热质包括相变物质(PCM)。
13.如权利要求12所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述PCM利用了汽化要吸收能量来吸收热量。
14.如权利要求12所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述PCM是水。
15.如权利要求14所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述水包含在干燥材料内,该干燥材料阻止了水的冰冻和膨胀。
16.如权利要求15所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述干燥材料包括海绵,硅土,聚丙稀酰胺、钙硅酸盐或陶瓷土。
17.如权利要求12所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述热质是由水和硅土化合形成的干粉。
18.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述热质吸收冲击。
19.如权利要求18所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述热质是由水与聚丙稀酰胺化合而形成的凝胶。
20.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,进一步包括一可熔阀门,它在预定温度上打开以允许所述热质流过所述通道。
21.如权利要求20所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述可熔阀门包括至少一个热通风塞,它在预定温度上释放。
22.如权利要求21所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述热通风塞由蜡、石蜡、铋合金或电焊料组成。
23.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳的所述盖用一个搭扣环与所述外壳耦连。
24.如权利要求23所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳的所述盖用二个搭扣环与所述外壳耦连。
25.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳经受3米外的100mm 250kg弹射体的穿透。
26.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳经受50g、11ms半正弦冲击。
27.如权利要求3、4、5或6所述的硬化航海记录器,其特征在于,所述外壳将经受6000米深的浸泡。
28.如权利要求1所述的硬化航海记录器,进一步包括用于从位于所述海洋船舰上的数据传感器接收数据的电子电路、用于将数据写到所述存储模块的电子电路和用于把硬化航海记录器安装在海洋船舰上的可移动基座。
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