ADCPs و DVLs: التطورات التقنية الحديثة

بقلم جاستن مانلي • 20 ربيع الثاني 1441

تُظهر مركبة REMUS مجموعة DVL التقليدية المكونة من أربعة عناصر (Photo Courtesy Hydroid)

الميثاق ECO ADCP (صورة من باب المجاملة Nortek)

جميع البحارة يعرفون تحركات المحيط. يزدهر البعض في ركوب الرياح والأمواج بينما يتشبث البعض ويبحثون عن اتجاه ريح مع وجود القليل من اللون الأخضر في وجوههم. لكن قياس حركة الماء ، أو الأشياء عبر المياه ، هو جانب رئيسي في العديد من تقنيات المحيطات وتطبيقاتها. من الممكن استخدام مبدأ الموجات الصوتية يسمى تأثير دوبلر لقياس الحركة في الماء. يكون للموجة الصوتية تردد أو درجة صوت أعلى ، عندما تنتقل إليك أكثر من عندما تتحرك بعيدًا. تسمع تأثير Doppler أثناء العمل عندما تتفوق صفارات الانذار لسيارة الشرطة مع زيادة كثافة الصوت المميزة التي تتلاشى عند مرور السيارة.

يمكّن تأثير Doppler أداة محيطية رئيسية تعرف باسم مُعرِّف تيار Doppler الحالي (ADCP). يقيس هذا الجهاز حركة الماء المتدفقة عليه. عند تركيبه في عوامة ثابتة ، أو في قاع البحر ، يوفر مقياسًا لتيار الماء. بدلاً من ذلك ، عند تثبيتها في منصة متحركة مثل مركبة تحت سطح البحر ، يمكن للأداة قياس الحركة بالنسبة إلى الماء أو قاع البحر. هذا هو المعروف باسم سجل سرعة دوبلر (DVL). تم إصدار أول براءات اختراع على أكثر ADCPs ذات النطاق العريض قدرة في عام 1997. أطلقت هذه القدرة العصر الحديث للقياس الحالي. في العقود التي تلت ذلك ، استخدم علماء المحيطات ومهندسي المحيطات هذه الأدوات في مجموعة متنوعة من التكوينات وتم تسليم الآلاف. ولكن ما الذي جلبته السنوات القليلة الماضية إلى الميدان؟

مضمنة DVL على سيارة فيوجن (Photo Courtesy Nortek)

كما نضجت النظام البيئي ADCP / DVL كان هناك العديد من الابتكارات. في الآونة الأخيرة ، جلبت الشركات الرائدة تطورات الإبداعية في هذا المجال. تواصل Teledyne RDI ، وهي الشركة التي خلفت أول شركة تقوم بتسويق ADCP ، تقديم التقنيات الرئيسية ، وخاصة DVL ، للمركبات الموجودة تحت سطح البحر. واحدة من المركبات غير المأهولة تحت البحر الأكثر شيوعا في الخدمة هي Hydroid's REMUS. توظف هذه السيارة عادة DVL المدمجة من Teledyne في التكوين الأصلي لأربعة محولات كهربائية مثبتة في حلقة. تزيد DVL في هذه المركبات من مواقع GPS المسجلة على السطح ، وفي كثير من الأحيان قياسات الحركة بالقصور الذاتي لمساعدة السيارة في تتبع موقعها من أجل "حساب ميت" محسّن.

صفيف محول الطاقة الأربعة ليس التكوين الوحيد لـ DVL ، ولا UUVs المستفيد الوحيد. تكوين آخر هو مجموعة مراحل. هذا يبدو وكأنه وجه محوِّل منفرد ، لكنه في الواقع عبارة عن مجموعة من عناصر محول الطاقة يتم التحكم فيها إلكترونيًا والتي تخلق سلسلة من "الحزم" الصوتية التي تشير إلى اتجاهات مختلفة. في الآونة الأخيرة ، قدمت Teledyne أول مراحل Array DVL المصنفة إلى 6000 متر ، رائدة 300. للحصول على حجم وأداء معين ، توفر تقنية المصفوفات المرحلية نطاقًا أكبر لتعقب القاع من DVLs التقليدية في هذه الحالة على بعد 275 مترًا من قاع البحر. تم استخدام Pioneer DVL على متن ROV من شركة Vulcan Inc ذات التصنيف العميق ، بدعم من R / V Petrel ، حيث حققت العديد من اكتشافات حطام السفن في الحرب العالمية الثانية في المحيط الهادئ. يتم استخدام هذا التكوين نفسه الآن في أحدث إصدار DVL من Teledyne ، وهو Tasman. تم تقديمه في أبريل 2019. يعمل تصميم محول الطاقة ذو الصفيف القابل للاستبدال في الحقل على تحسين دقة الموضع ، ويزيل الحاجة إلى سرعة تصحيح الصوت ويقلل من السحب على مركبة تحت سطح البحر. توفر هذه الأداة أيضًا اتصال إيثرنت ، وهي مفيدة في المركبات البحرية الأكثر تطوراً اليوم.

يعمل SPRINT-NAV جيدًا ، حتى في الزوايا القصوى (Photo Courtesy Sonardyne)

في نفس الوقت في Sonardyne ، تم دمج Syrinx DVL في حل مبتكر - المستكشف الهجين الصوتي بالقصور الذاتي SPRINT-Nav. هنا ، يتم تجميع محولات DVL ووحدة الحركة بالقصور الذاتي ومستشعر العمق معًا ، مما يوفر عددًا من المزايا. على سبيل المثال ، تُستخدم حزم DVL الفردية لتحديث حل INS مع حساب ناقل ناقل DVL أيضًا. والنتيجة هي حل صوتي بالقصور الذاتي أكثر دقة وقوة ، حيث يستطيع INS تجاهل قياسات الحزمة الفردية ويستمر حتى عندما تفقد بعض حزم DVL القفل السفلي. يتم احتساب إزاحة المحاذاة بين المستشعرات المختلفة في المصنع حتى يمكن تعبئة النظام بسرعة ، كما أن عمليات محاذاة GPS غير ضرورية. النشر مرن للغاية بحيث يمكن تركيب النظام حتى في الزوايا الشديدة.

شركة تصنيع أخرى في الابتكار هي Nortek. في حين أن معظم DVLs تستخدم عامل شكل أسطواني ، إلا أنها ليست مناسبة دائمًا لبعض التطبيقات. في إحدى الحالات ، طالبت مركبة جديدة تحت سطح البحر ، وهي Fusion من SRS ، بشكل مختلف. Fusion هي مركبة هجينة تحت الماء تجمع بين إمكانيات AUV و ROV مع التنقل والغواص في نظام واحد. قامت Nortek بتوصيل محولات طاقة وإلكترونيات أصغر لهذه السيارة بالإضافة إلى ترتيب محولات طاقة فريد من نوعه. بالإضافة إلى ذلك ، أضافت مجموعة الأدوات مقياس الارتفاع المخصص لقياس الارتفاع الأكثر دقة أسفل السيارة مباشرة. يتيح Evolution in DVLs مزيدًا من الابتكار في المركبات الموجودة تحت سطح البحر والتي تعتمد عليها في التنقل.

بينما تتطور DVLs بسرعة مع المركبات الموجودة تحت سطح البحر ، يتطور أبناء عمومة ADCP أيضًا. يقدم Nortek مثالًا آخر هنا. سعياً لتحسين كفاءة العمليات وتقليل تكلفة القياسات الحالية ، قاموا مؤخرًا بتقديم منصة ECO. تم الإعلان عن ECO ، mini-ADCP من Nortek لتصنيف المياه الضحلة للبيع في أواخر عام 2019. وهو يتميز بـ 1MHz ADCP محمول باليد ، مشحون لاسلكيًا ، ومبرمج مع تطبيق هاتف ذكي. يتم توفير معالجة البيانات وضمان الجودة من خلال خدمة سحابية تلقائية. بالإضافة إلى هذه التعديلات للأداة نفسها ، اتخذت شركة Nortek عملية التطوير خطوة أخرى إلى الأمام وصممت نظامًا عوامة مضغوطًا وإصدارًا زمنيًا لتبسيط عملية النشر في المياه الضحلة.

تعتبر ADCPs و DVLs واحدة من أهم عوامل التمكين لكل من علم المحيطات والروبوتات الموجودة تحت سطح البحر. على الرغم من أنها ليست تقنية جديدة ، إلا أن تطورها كان سريعًا في السنوات الأخيرة. ظهرت تصاميم المصفوفات الجديدة والتنوع المتزايد في نطاق الترددات والتكوينات الجديدة بسرعة. تعد الابتكارات المستوحاة من التكنولوجيا الاستهلاكية الحالية ، بما في ذلك التطبيقات والحوسبة السحابية ، تطورات مثيرة لا تظهر غالبًا في أجهزة المحيط. لكن الطلب على قياس حركة الماء كبير ويدفع إلى ابتكار هام بنفس القدر. العقد القادم من الحركة سيكون مثيرا.

تاسمان DVL توظف مجموعة واحدة ، على مراحل (Photo Courtesy Teledyne Marine)