[發(fā)明專(zhuān)利]一種船舶軸頻電場(chǎng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)及補(bǔ)償方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711059389.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107831659A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海鵬;楊理華;夏振勝;姜海龍;王才元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍潛艇學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 孫營(yíng)營(yíng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種船舶軸頻電場(chǎng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

艦船的腐蝕電流和陰極保護(hù)電流均會(huì)流過(guò)軸系，如圖1所示，圖1中A、B、C、D均指軸承，M表示輪機(jī)，箭頭表示電流方向，軸系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其阻抗周期性變化，會(huì)產(chǎn)生軸頻電場(chǎng)。而在過(guò)去幾十年里，艦船的減震降噪技術(shù)快速發(fā)展，艦船變的越來(lái)越安靜，軸頻電場(chǎng)的影響日益嚴(yán)峻。軸頻電場(chǎng)傳播距離遠(yuǎn)、易被識(shí)別，已成為顯著的艦船特征信號(hào)，可用于艦船探測(cè)、跟蹤、定位和打擊。俄、美、英、加等國(guó)已在艦船軸頻電場(chǎng)研究中取得了相當(dāng)成就，而國(guó)內(nèi)這方面研究幾乎是空白，使我艦船面臨巨大威脅，受制于人。

艦船軸頻電場(chǎng)的產(chǎn)生是因?yàn)楝F(xiàn)代艦船大都由不同金屬材料制成，因電化學(xué)作用，不同金屬在海水中具有不同的電極電位，特別是銅制的螺旋槳、管路、閥門(mén)等和鋼制的艦船殼體之間會(huì)存在較高的電位差，形成腐蝕原電池，產(chǎn)生腐蝕電流。為提高艦船的防腐能力，艦船都會(huì)采用有源陰極保護(hù)系統(tǒng)。艦船有源陰極保護(hù)系統(tǒng)提供的直流大電流和腐蝕電流共同作用，會(huì)促使較大的電流流過(guò)螺旋槳、軸系、艦船船體，并經(jīng)過(guò)海水構(gòu)成回路，如圖1所示。當(dāng)艦船的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該回路的等效電路示意如圖2所示，圖2中A、B、C、D均表示隨轉(zhuǎn)動(dòng)周期變化的軸承電阻，E表示船體電阻，F(xiàn)表示隨轉(zhuǎn)動(dòng)周期變化的海水電阻，軸系軸承的接觸阻抗會(huì)隨轉(zhuǎn)動(dòng)周期性變化，進(jìn)而引起過(guò)軸電流周期性變化，從而產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速同頻率的電場(chǎng)，即軸頻電場(chǎng)。同時(shí)，艦船輔助陽(yáng)極和螺旋槳葉片之間的海水阻抗也會(huì)隨著螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性變化，導(dǎo)致流經(jīng)螺旋槳和軸系的電流發(fā)生外調(diào)制，產(chǎn)生以轉(zhuǎn)速和槳葉數(shù)乘積為基頻的軸頻電場(chǎng)。此外，艦船低頻電場(chǎng)還包括外加電流陰極保護(hù)供電系統(tǒng)引起的諧波電場(chǎng)、艦船運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)、船體漏電流和電磁輻射產(chǎn)生的電場(chǎng)、艦船運(yùn)動(dòng)引起的海水?dāng)_動(dòng)產(chǎn)生的電場(chǎng)，這些低頻電場(chǎng)會(huì)與軸頻電場(chǎng)疊加，影響軸頻電場(chǎng)特性。

根據(jù)麥克斯韋電磁理論，軸頻電場(chǎng)衰減速率更慢，傳播距離更遠(yuǎn)。因此，在艦船水下電場(chǎng)中，軸頻電場(chǎng)更容易被敵方電場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電場(chǎng)引信水雷等探測(cè)到，其信號(hào)特征更易識(shí)別，更容易被用來(lái)對(duì)艦船進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、定位和打擊。

目前，歐美一些國(guó)家多采用軸接地系統(tǒng)來(lái)減小螺旋槳調(diào)制的極低頻電場(chǎng)。艦船的腐蝕電流和防腐電流因轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生軸頻電場(chǎng)，理想情況下，可采用隔離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的辦法來(lái)消除這些變化，但是出于對(duì)轉(zhuǎn)軸和螺旋槳的腐蝕等其它因素的考慮，轉(zhuǎn)軸必須接地。因此許多國(guó)家都在船上安裝軸接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)一組電刷和集電環(huán)將轉(zhuǎn)軸與船殼相連，如圖3所示。由于接地電刷的低阻抗減少了軸承阻抗的波動(dòng)，使得該軸接地系統(tǒng)可以減小艦船的極低頻電場(chǎng)，但由于通常情況下艦船運(yùn)行環(huán)境惡劣，電刷和集電環(huán)之間很容易(可以說(shuō)是一定會(huì))落入灰塵或油污，從而導(dǎo)致了電刷和集電環(huán)之間電阻值增大，進(jìn)而使軸接地系統(tǒng)抑制軸頻電場(chǎng)的效能喪失，且電刷和集電環(huán)處難以維修保養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，提供了一種船舶軸頻電場(chǎng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)及補(bǔ)償方法，它可將周期性軸頻電場(chǎng)改變?yōu)榉侵芷谛暂S頻電場(chǎng)，降低艦船軸頻電場(chǎng)的強(qiáng)度，減少艦船軸頻電場(chǎng)的影響，削弱遠(yuǎn)程探測(cè)艦船的信號(hào)特征，增強(qiáng)艦船的隱蔽性，提高艦船生命力，其采用的技術(shù)方案如下：

一種船舶軸頻電場(chǎng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，其用于獲得艦船轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息；

運(yùn)算及控制模塊，其用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊獲得的角度信息利用通過(guò)建模得到的函數(shù)關(guān)系得出與角度信息相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)；

抵制電流產(chǎn)生模塊，其包括可控恒流源，其根據(jù)運(yùn)算及控制模塊輸出的控制信號(hào)輸出準(zhǔn)確的電流值，抵消產(chǎn)生軸頻電場(chǎng)的電流，抑制軸頻電場(chǎng)；所述數(shù)據(jù)采集模塊主要由光源發(fā)生器、光源接收器、處理器和編碼器組成，所述光源發(fā)生器和光源接收器均與處理器連接，所述處理器與運(yùn)算及控制模塊相連接；所述編碼器主要由軸套、左連接部、右連接部和編碼筒組成，所述軸套固接于艦船轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述軸套通過(guò)左連接部和右連接部與編碼筒相固接，所述編碼筒上具有若干條并列的環(huán)形碼道，每條碼道均由可允許光通過(guò)的通孔及光無(wú)法透過(guò)的暗塊組成，所述光源接收器固定于艦船船體上且位于編碼筒外部，所述光源發(fā)生器固定于軸套上且位于編碼筒內(nèi)部，所述光源發(fā)生器的投射范圍可覆蓋所有碼道。

利用上述船舶軸頻電場(chǎng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)償船舶軸頻電場(chǎng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：