RU2766830C1

RU2766830C1 - Portable device for autonomous recorders of hydrophysical parameters

Info

Publication number: RU2766830C1
Application number: RU2021117262A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Ковалев
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-03-16

Abstract

FIELD: geophysics.

SUBSTANCE: invention relates to geophysical equipment, specifically to a portable device for a system of autonomous recorders of hydrophysical parameters equipped with an optical synchronization system, a contactless charger and a non-contact on/off system, and can be used in the technology of oceanological research. The device includes a container made of radio-transparent material, in which cylindrical cups are installed to accommodate recorders in them. The container is equipped with a lid with a transparent window, a non-contact charging unit, and each glass has two slots, one of which has a permanent magnet fixed on it, which provides control of the operation mode of the recorders. The device allows charging the batteries simultaneously of the entire set of recorders installed in it, assessing the degree of charge of the recorders' batteries without removing the recorders from the container, and the radio-transparent material of the container body allows reading the recorded information using the BlueTooth system.

EFFECT: significant increase in maintainability of the system of hydrophysical recorders by simplifying and reducing the time to prepare for work and improving operational characteristics.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическому оборудованию, конкретно к переносному устройству для системы автономных регистраторов гидрофизических параметров, оборудованных системой оптической синхронизации и неконтактным зарядовым устройством, и может быть использовано в технологии проведения океанологических исследований.The invention relates to geophysical equipment, specifically to a portable device for a system of autonomous recorders of hydrophysical parameters, equipped with an optical synchronization system and a non-contact charging device, and can be used in oceanographic research technology.

В последнее время при проведении океанологических исследований получили распространение измерительные системы, состоящие из малогабаритных автономных регистраторов, оснащенных одним или несколькими датчиками различных геофизических параметров, например, давления окружающей среды, температуры, проводимости морской воды и других, представляющих интерес. Характерным для таких регистраторов являются малые габариты, наличие автономного источника питания и системы записи получаемой информации. Указанные особенности позволяют формировать из регистраторов распределенные в пространстве массивы, состоящие из большого количества регистраторов, которые синхронно записывают какие-либо параметры на значительных по площади акваториях. По истечении заданного времени работы производится сбор регистраторов и считывание записанной на внутренний накопитель информации для последующего использования. Такой способ организации измерительной системы, сформированной из автономных регистраторов, обуславливает необходимость наличия в составе регистратора высокостабильного таймера, который перед началом работы должен быть синхронизирован с аналогичными таймерами других используемых для совместной работы регистраторов.Recently, in oceanographic research, measuring systems have become widespread, consisting of small-sized autonomous recorders equipped with one or more sensors of various geophysical parameters, such as ambient pressure, temperature, seawater conductivity, and others of interest. Typical for such registrars are small dimensions, the presence of an independent power source and a system for recording the information received. These features make it possible to form spatially distributed arrays from recorders, consisting of a large number of recorders that synchronously record any parameters over large areas of water. After the specified operating time, the recorders are collected and the information recorded on the internal drive is read for subsequent use. This method of organizing a measuring system formed from autonomous recorders necessitates the presence of a highly stable timer in the recorder, which, before starting work, must be synchronized with similar timers of other recorders used for joint operation.

Известны измерительные системы использующие автономные регистраторы, снабженные, например, гидрофоном, системой записи данных на карту памяти, аккумуляторной батареей, датчиком контроля положения (п. РФ №171967 U1), а иногда дополнительно оснащенных возможностью синхронизации путем подачи синхроимпульса по подключаемому кабелю («Пространственно-распределенный измерительный комплекс для мониторинга гидрофизических процессов на океаническом шельфе» Приборы и техника экспериметра, 2017, №1, 128-135).Measuring systems are known that use autonomous recorders, equipped, for example, with a hydrophone, a data recording system on a memory card, a battery, a position control sensor (p. RF No. -distributed measuring complex for monitoring hydrophysical processes on the ocean shelf "Pribory i tekhnika eksperimetora, 2017, no. 1, 128-135).

Известен автономный регистратор НОВО Water Temp Pro v2, снабженный датчиком измерения температуры морской воды (https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/u22-001). Регистратор снабжен оптически прозрачным окном, обеспечивающим работу оптического интерфейса, работающего по стандарту USB, энергонезависимой памятью, сменными батареями. Синхронизация между отдельными регистраторами обеспечивается встроенными часами. Для считывания данных, запуска и контроля состояния батареи необходимо дополнительное электронное устройство, которое затем через оптическую станцию передает сведения на персональный компьютер.Known standalone recorder NOVO Water Temp Pro v2, equipped with a sensor for measuring the temperature of sea water (https://www.onsetcomp.com/products/data-loggers/u22-001). The registrar is equipped with an optically transparent window that ensures the operation of an optical interface that works according to the USB standard, non-volatile memory, and replaceable batteries. Synchronization between individual recorders is provided by the built-in clock. To read data, start and monitor the battery status, an additional electronic device is required, which then transmits information to a personal computer through an optical station.

Эксплуатация перечисленных систем регистраторов требует значительных затрат времени, которые при большом количестве регистраторов оказываются существенными: необходимо открывать корпуса регистраторов с целью извлечения карт памяти, последующего заряда аккумуляторов и осуществления акта синхронизации, при этом возрастает вероятность нарушения герметизации, что ведет к утрате оборудования и потере данных. Практически оказывается, что с каждым регистратором в отдельности необходимо проведение последовательно всех необходимых технологических операций, что существенно увеличивает необходимые затраты времени на подготовку измерительных систем к работе.The operation of the listed recorder systems requires a significant amount of time, which, with a large number of recorders, turns out to be significant: it is necessary to open the recorder cases in order to remove memory cards, then charge the batteries and perform the synchronization act, while the likelihood of seal failure increases, which leads to loss of equipment and loss of data . In practice, it turns out that with each recorder separately, it is necessary to carry out sequentially all the necessary technological operations, which significantly increases the time required to prepare the measuring systems for operation.

Известен автономный регистратор геофизических параметров, предназначенный для работы в составе измерительной системы (п. РФ №2735003 С1). Автономный регистратор представляет собой герметичный водонепроницаемый корпус, снабженный съемной крышкой в виде оптически прозрачного окна. Регистратор снабжен неконтактной системой заряда аккумуляторов и системой неконтактного выключателя работы, а также индикаторами состояния напряжения батарей и режима работы устройства. Синхронизация и считывание записанной на внутренний накопитель информации осуществляется с использованием оптического импульса и устройства связи по протоколу Bluetooth. Для обеспечения синхронной работы с другими регистраторами установлен термостабилизированный кварцевый генератор. Для обеспечения работы компонентов регистратора служит блок питания, соединенный с аккумуляторной батареей через нормально-замкнутые контакты геркона, благодаря чему осуществляют выключение систем регистратора путем размещения постоянного магнита в кармане, имеющемся на внешней поверхности корпуса регистратора. Однако, гидрофизическая система из подобных автономных регистраторов не содержит приспособлений, позволяющих проводить технологически необходимые процедуры в процессе проведения исследований с несколькими регистраторами одновременно, что, при большом количестве регистраторов, существенно увеличивает необходимые затраты времени. Кроме того, необходимость использования размещаемых во внешнем кармане корпуса постоянных магнитов для перевода регистратора в режимы вкл/выкл, требует места для хранения магнитов и создает риск их утраты в процессе эксплуатации, что ведет к невозможности использования регистраторов. Процесс синхронизации регистраторов требует их фиксированного размещения, чтобы используемый синхроимпульс через их оптически прозрачные окна воздействовал на фотоприемники, расположенные под крышками, но элементов, облегчающих выполнение этой процедуры, не предложено.Known autonomous registrar of geophysical parameters, designed to work as part of the measuring system (p. RF No. 2735003 C1). The stand-alone recorder is a hermetic waterproof case equipped with a removable cover in the form of an optically transparent window. The recorder is equipped with a non-contact battery charging system and a non-contact operation switch system, as well as indicators of battery voltage status and device operation mode. Synchronization and reading of the information recorded on the internal drive is carried out using an optical pulse and a Bluetooth communication device. To ensure synchronous operation with other recorders, a thermally stabilized quartz oscillator is installed. To ensure the operation of the recorder components, a power supply unit is used, connected to the battery through the normally closed contacts of the reed switch, due to which the recorder systems are turned off by placing a permanent magnet in a pocket on the outer surface of the recorder case. However, the hydrophysical system of such autonomous recorders does not contain devices that allow carrying out technologically necessary procedures in the process of conducting research with several recorders at the same time, which, with a large number of recorders, significantly increases the required time. In addition, the need to use permanent magnets placed in the outer pocket of the case to switch the recorder to on / off modes requires space for storing magnets and creates a risk of losing them during operation, which leads to the impossibility of using recorders. The synchronization process of the recorders requires their fixed placement so that the used synchronization pulse through their optically transparent windows acts on the photodetectors located under the covers, but no elements have been proposed to facilitate this procedure.

Таким образом, при эксплуатации большого количества регистраторов возникают проблемы, заключающиеся в значительных затратах времени в процессе зарядки аккумуляторов, неудобстве проведения процедуры синхронизации, а также транспортировки/хранения регистраторов, входящих в состав измерительной системы.Thus, when operating a large number of recorders, problems arise, consisting in a significant investment of time in the process of charging the batteries, the inconvenience of the synchronization procedure, as well as the transportation/storage of the recorders that are part of the measuring system.

Технический результат - значительное повышение технологичности использования системы гидрофизических регистраторов за счет упрощения и сокращения времени подготовки к работе и повышения эксплуатационных характеристик системы.The technical result is a significant increase in the manufacturability of using the system of hydrophysical recorders by simplifying and reducing the time of preparation for work and improving the performance of the system.

Перечисленные проблемы решаются с помощью предлагаемого переносного устройства для системы автономных регистраторов гидрофизических параметров, представляющего собой выполненный из радиопрозрачного материала контейнер, снабженный внутренней панелью с отверстиями, в которых закреплены стаканы из немагнитного материала, с двумя пазами на внешней боковой поверхности, на поверхности одного из пазов каждого стакана закреплен постоянный магнит, а на наружной поверхности дна каждого стакана закреплена катушка системы бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей регистратора, при этом каждая из катушек соединена с блоком системы бесконтактной зарядки, размещенной в контейнере и включающим высокочастотный генератор, стаканы установлены так, что все постоянные магниты ориентированы относительно стенок контейнера одинаково, контейнер снабжен разъемом для подключения к источнику электроэнергии и оборудован съемной крышкой с оптически прозрачным окном.These problems are solved using the proposed portable device for a system of autonomous recorders of hydrophysical parameters, which is a container made of radio-transparent material, equipped with an inner panel with holes in which cups made of non-magnetic material are fixed, with two grooves on the outer side surface, on the surface of one of the grooves of each cup a permanent magnet is fixed, and on the outer surface of the bottom of each cup a coil of the contactless charging system of the registrar batteries is fixed, while each of the coils is connected to a contactless charging system unit located in the container and including a high-frequency generator, the cups are installed so that all permanent magnets oriented with respect to the walls of the container in the same way, the container is equipped with a connector for connecting to a power source and equipped with a removable lid with an optically transparent window.

Контейнер устройства, также, как и стаканы, могут быть изготовлены, например, из радиопрозрачных немагнитных термореактивных типов пластмасс, таких как поликарбонат, поливинилхлорид, полипропилен. Окно крышки контейнера - из стекла или оптически прозрачного пластика, например, поликарбамида.The container of the device, as well as the glasses, can be made, for example, from radio-transparent non-magnetic thermosetting types of plastics such as polycarbonate, polyvinyl chloride, polypropylene. The container lid window is made of glass or an optically transparent plastic such as polyurea.

На Фиг. 1 - представлен общий вид устройства, где - 1 - контейнер; 2 - съемная крышка; 3 - винт крепления крышки к контейнеру; 4 - прозрачное окно крышки; 5 - ручка для транспортировки; 6 - разъем подключения кабеляOn FIG. 1 - shows a general view of the device, where - 1 - container; 2 - removable cover; 3 - screw fastening the lid to the container; 4 - transparent cover window; 5 - handle for transportation; 6 - cable connector

На Фиг. 2 - схематично изображено внутреннее содержание устройства, где 6 - разъем подключения кабеля; 7 - внешний карман корпуса регистратора; 8 - крышка регистратора с оптически прозрачным окном; 9 - автономный регистратор; 10 - катушка системы бесконтактной зарядки аккумулятора; 11 - блок системы бесконтактной зарядки аккумулятора; 12 - постоянный магнит; 13 - стакан из немагнитного материала с двумя пазами; 14 - панель корпуса.On FIG. 2 - schematically shows the internal content of the device, where 6 - cable connector; 7 - external pocket of the registrar case; 8 - cover of the recorder with an optically transparent window; 9 - autonomous registrar; 10 - coil of the contactless battery charging system; 11 - block of the contactless battery charging system; 12 - permanent magnet; 13 - a glass of non-magnetic material with two grooves; 14 - body panel.

На Фиг. 3 - изображено устройство без крышки, где 15 - кнопка включения/выключения зарядного устройства.On FIG. 3 - the device is shown without a cover, where 15 is the on / off button for the charger.

Заявляемое устройство предназначено для гидрофизических систем, автономные регистраторы которых снабжены системами бесконтактной зарядки аккумуляторов, оптической синхронизации и системой неконтактного включения/выключения за счет оснащения регистратора нормально-замкнутым герконом, осуществляющим отключение электронных систем регистратора от аккумуляторной батареи при воздействии магнитного поля постоянного магнита, который при помещении в карман вызывает размыкание геркона и регистратор оказывается выключенным. Устройство может быть снабжено ручками для обеспечения его мобильности.The claimed device is intended for hydrophysical systems, autonomous registrars of which are equipped with contactless battery charging systems, optical synchronization and a non-contact on / off system by equipping the registrar with a normally closed reed switch that disconnects the electronic systems of the registrar from the battery when exposed to the magnetic field of a permanent magnet, which, when placed in a pocket causes the reed switch to open and the recorder turns off. The device may be provided with handles to ensure its portability.

Устройство включает контейнер 1 из радиопрозрачного материала, закрепленную на верхней части контейнера 1 панель 14 с отверстиями, в которых закреплены, выполненные из немагнитного материала стаканы 13, снабженные двумя пазами, на одном из которых закреплен постоянный магнит 12.The device includes a container 1 made of a radio-transparent material, a panel 14 fixed on the upper part of the container 1 with holes in which cups 13 made of non-magnetic material are fixed, provided with two grooves, one of which has a permanent magnet 12 fixed.

При снятой крышке 2 контейнера 1 в стаканы 13 из немагнитного материала вставляют автономные регистраторы 9. При этом карман 7 регистратора служит ключом, определяющим ориентацию регистратора при размещении в стакане 13. За счет того, что каждый стакан 13 имеет 2 паза, регистратор 9 может быть установлен в стакане 13 в двух положениях:When the cover 2 of the container 1 is removed, autonomous recorders 9 are inserted into the cups 13 made of non-magnetic material. installed in the glass 13 in two positions:

- внешний карман 7 регистратора 9 входит в паз стакана 13, снабженного постоянным магнитом 12, тогда магнитное поле постоянного магнита 12 вызывает срабатывание размещенного внутри корпуса регистратора нормально-замкнутого геркона, и регистратор оказывается выключенным;- the outer pocket 7 of the registrar 9 enters the groove of the cup 13, equipped with a permanent magnet 12, then the magnetic field of the permanent magnet 12 triggers the normally closed reed switch located inside the registrar case, and the registrar is turned off;

- внешний карман 7 регистратора 9 входит в паз стакана 13 без магнита, срабатывание геркона не происходит, и регистратор остается включенным.- the outer pocket 7 of the registrar 9 enters the groove of the cup 13 without a magnet, the reed switch does not actuate, and the registrar remains switched on.

При переходе регистратора из состояние «выключен» в состояние «включен» регистратор не просто включается, а переходит в режим ожидания синхронизации, таким образом, оператор, вставляя, вынимая и поворачивая для изменения ориентации и снова вставляя регистраторы в стаканы 13 может изменять их режим работы, переходя от режима хранения в режим ожидания синхронизации, которую затем осуществляют оптическим импульсом, переводя таким образом регистраторы в рабочий режим, после чего их размещают на акватории с целью проведения океанологических измерений.When the recorder switches from the “off” state to the “on” state, the recorder does not just turn on, but goes into synchronization standby mode, thus, the operator, inserting, removing and turning to change orientation and inserting the recorders into glasses 13 again, can change their mode of operation , switching from the storage mode to the synchronization standby mode, which is then carried out by an optical pulse, thus transferring the recorders to the operating mode, after which they are placed in the water area in order to conduct oceanological measurements.

После проведения измерений регистраторы могут быть вновь установлены в стаканы 13 контейнера 1 в необходимом, в зависимости от решаемой задачи, положении: либо быть выключенными (с целью, например, сохранения энергии в аккумуляторных батареях), либо оставаться включенными - с целью, например, продолжить работу в другое время и в другой локации, сохраняя при этом синхронизацию с моментом первого включения в рабочий режим.After the measurements, the recorders can be re-installed in the glasses 13 of the container 1 in the required position, depending on the problem being solved: either be turned off (for the purpose, for example, to save energy in the batteries), or remain on - in order, for example, to continue work at another time and in another location, while maintaining synchronization with the moment of the first inclusion in the operating mode.

Система бесконтактной зарядки устройства представляет собой блок 11, расположенный либо в днище контейнера, либо в одной из боковых сторон (Фиг. 2), и включает высокочастотный генератор (на Фиг. не показан), соединенный кабелями с катушками 10, закрепленными на дне стаканов 13. Блок 11 снабжен кнопкой 15 включения/выключения и получает энергию по кабелю, соединенному с источником электрической энергии и подключаемому к блоку 11 с помощью разъема 6. При этом высокочастотный ток создает вокруг катушек 10 электромагнитное поле, которое проникает внутрь корпусов автономных регистраторов, где расположены катушки системы бесконтактной зарядки, и наводит в этих катушках высокочастотный ток, который, будучи выпрямлен, используется для заряда аккумулятора, размещенного внутри корпуса автономного регистратора.The contactless charging system of the device is a block 11 located either in the bottom of the container or in one of the sides (Fig. 2), and includes a high-frequency generator (not shown in Fig.) connected by cables to coils 10 fixed on the bottom of the cups 13 Unit 11 is equipped with an on/off button 15 and receives energy through a cable connected to a source of electrical energy and connected to unit 11 using connector 6. At the same time, high-frequency current creates an electromagnetic field around coils 10, which penetrates into the housings of autonomous recorders, where coils of the non-contact charging system, and induces a high-frequency current in these coils, which, being rectified, is used to charge the battery located inside the case of the autonomous recorder.

По окончании работ регистраторы 9 устанавливаются в стаканах 13 контейнера 1 так, чтобы цепи питания регистраторов оказывались разорванными за счет срабатывания расположенных в корпусах регистраторов 9 нормально-замкнутых герконов, при этом регистраторы 9 оказываются выключенными. В этом положении крышка 2 контейнера 1 может быть закрыта и закреплена на контейнере 1 посредством винтов 3, что обеспечивает удобство хранения и транспортировки. Размеры крышки 2 целесообразно подобрать таким образом, чтобы крышка фиксировала от перемещения регистраторы 9, установленные в стаканах 13. При этом прозрачное окно 4 крышки 2 позволяет наблюдать за индикаторами заряда батарей регистраторов 9 (в случае, если регистраторы снабжены такими индикаторами) в процессе длительного хранения без необходимости вскрытия контейнера и извлечения регистраторов, и принимать решения о подзарядке аккумуляторных батарей, подсоединяя контейнер 1 кабелем к источнику электроэнергии (на фиг 1, 2, 3 не показан) посредством разъема 6. Также следует отметить, что кнопка 15 включения/выключения системы бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей при повторном нажатии обеспечивает выключение системы бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей.Upon completion of the work, the recorders 9 are installed in the glasses 13 of the container 1 so that the power supply circuits of the recorders are broken due to the operation of the normally closed reed switches located in the cases of the recorders 9, while the recorders 9 are turned off. In this position, the lid 2 of the container 1 can be closed and fixed to the container 1 by means of screws 3, which makes it easy to store and transport. It is advisable to choose the dimensions of the cover 2 in such a way that the cover fixes the recorders 9 installed in the glasses 13 from moving. without the need to open the container and remove the recorders, and make decisions about recharging the batteries by connecting the container 1 with a cable to the power source (not shown in Figs. 1, 2, 3) via connector 6. It should also be noted that the button 15 When pressed again, the contactless battery charging system turns off the contactless battery charging system.

Предлагаемая конструкция устройства позволяет также при условии, что регистраторы оснащены системой Bluetooth, осуществлять считывание данных, записанных на внутренний накопитель каждого регистратора, путем размещения вблизи радиопрозрачного контейнера 1, устройства, обеспечивающего передачу информации по протоколу Bluetooth, например, ноутбука, имеющего, как правило, такое устройство в стандартной комплектации, что ускоряет и упрощает технологию работы с используемой системой.The proposed design of the device also allows, provided that the recorders are equipped with a Bluetooth system, to read the data recorded on the internal storage of each recorder by placing near the radio-transparent container 1, a device that provides information transfer via the Bluetooth protocol, for example, a laptop, which, as a rule, has such a device is standard, which speeds up and simplifies the technology of working with the system used.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет осуществлять операции транспортировки, хранения, одновременной зарядки и контроля заряда встроенных аккумуляторов в процессе хранения и эксплуатации, считывания записанной информации, одновременной оптической синхронизацией регистраторов, что приводит к существенному сокращению времени подготовки регистраторов к работе, создает эксплуатационные преимущества.Thus, the claimed device allows carrying out the operations of transportation, storage, simultaneous charging and charge control of the built-in batteries during storage and operation, reading the recorded information, simultaneous optical synchronization of the recorders, which leads to a significant reduction in the preparation time of the recorders for operation, creates operational advantages.

Claims

1. A device for a system of autonomous recorders of hydrophysical parameters equipped with an optical synchronization system, a contactless charger and a non-contact on / off system, consisting of a radio-transparent container equipped with an internal panel with holes in which cups made of non-magnetic material are fixed with two grooves on the outer side surface , a permanent magnet is fixed on the surface of one of the grooves of each cup, and a coil of the contactless charging system for the recorder batteries is fixed on the outer surface of the bottom of the cups, each of the coils is connected to a unit of the contactless charging system of the device located in the container, including a high-frequency generator; the cups are installed so that all permanent magnets are oriented in the same way relative to the walls of the container, and the container is equipped with a connector for connecting to a power source and equipped with a removable cover with an optically transparent window.

2. The device according to claim 1, characterized in that the block of the contactless charging system is located in the side wall of the container.

3. The device according to claim. 1, characterized in that the container is equipped with handles for moving.