[发明专利]一种船舶轴频电场误差补偿系统及补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶轴频电场误差补偿系统及补偿方法。

背景技术

舰船的腐蚀电流和阴极保护电流均会流过轴系，如图1所示，图1中A、B、C、D均指轴承，M表示轮机，箭头表示电流方向，轴系转动时，其阻抗周期性变化，会产生轴频电场。而在过去几十年里，舰船的减震降噪技术快速发展，舰船变的越来越安静，轴频电场的影响日益严峻。轴频电场传播距离远、易被识别，已成为显著的舰船特征信号，可用于舰船探测、跟踪、定位和打击。俄、美、英、加等国已在舰船轴频电场研究中取得了相当成就，而国内这方面研究几乎是空白，使我舰船面临巨大威胁，受制于人。

舰船轴频电场的产生是因为现代舰船大都由不同金属材料制成，因电化学作用，不同金属在海水中具有不同的电极电位，特别是铜制的螺旋桨、管路、阀门等和钢制的舰船壳体之间会存在较高的电位差，形成腐蚀原电池，产生腐蚀电流。为提高舰船的防腐能力，舰船都会采用有源阴极保护系统。舰船有源阴极保护系统提供的直流大电流和腐蚀电流共同作用，会促使较大的电流流过螺旋桨、轴系、舰船船体，并经过海水构成回路，如图1所示。当舰船的螺旋桨转动时，该回路的等效电路示意如图2所示，图2中A、B、C、D均表示随转动周期变化的轴承电阻，E表示船体电阻，F表示随转动周期变化的海水电阻，轴系轴承的接触阻抗会随转动周期性变化，进而引起过轴电流周期性变化，从而产生与转轴转速同频率的电场，即轴频电场。同时，舰船辅助阳极和螺旋桨叶片之间的海水阻抗也会随着螺旋桨的转动而发生周期性变化，导致流经螺旋桨和轴系的电流发生外调制，产生以转速和桨叶数乘积为基频的轴频电场。此外，舰船低频电场还包括外加电流阴极保护供电系统引起的谐波电场、舰船运动产生的感应电场、船体漏电流和电磁辐射产生的电场、舰船运动引起的海水扰动产生的电场，这些低频电场会与轴频电场叠加，影响轴频电场特性。

根据麦克斯韦电磁理论，轴频电场衰减速率更慢，传播距离更远。因此，在舰船水下电场中，轴频电场更容易被敌方电场监测系统、电场引信水雷等探测到，其信号特征更易识别，更容易被用来对舰船进行探测、跟踪、定位和打击。

目前，欧美一些国家多采用轴接地系统来减小螺旋桨调制的极低频电场。舰船的腐蚀电流和防腐电流因转动轴转动产生轴频电场，理想情况下，可采用隔离转动轴的办法来消除这些变化，但是出于对转轴和螺旋桨的腐蚀等其它因素的考虑，转轴必须接地。因此许多国家都在船上安装轴接地系统，该系统是通过一组电刷和集电环将转轴与船壳相连，如图3所示。由于接地电刷的低阻抗减少了轴承阻抗的波动，使得该轴接地系统可以减小舰船的极低频电场，但由于通常情况下舰船运行环境恶劣，电刷和集电环之间很容易(可以说是一定会)落入灰尘或油污，从而导致了电刷和集电环之间电阻值增大，进而使轴接地系统抑制轴频电场的效能丧失，且电刷和集电环处难以维修保养。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种船舶轴频电场误差补偿系统及补偿方法，它可将周期性轴频电场改变为非周期性轴频电场，降低舰船轴频电场的强度，减少舰船轴频电场的影响，削弱远程探测舰船的信号特征，增强舰船的隐蔽性，提高舰船生命力，其采用的技术方案如下：

一种船舶轴频电场误差补偿系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，其用于获得舰船转动轴转动的角度信息；

运算及控制模块，其用于根据数据采集模块获得的角度信息利用通过建模得到的函数关系得出与角度信息相对应的控制信号；

抵制电流产生模块，其包括可控恒流源，其根据运算及控制模块输出的控制信号输出准确的电流值，抵消产生轴频电场的电流，抑制轴频电场；所述数据采集模块主要由光源发生器、光源接收器、处理器和编码器组成，所述光源发生器和光源接收器均与处理器连接，所述处理器与运算及控制模块相连接；所述编码器主要由轴套、左连接部、右连接部和编码筒组成，所述轴套固接于舰船转动轴上，所述轴套通过左连接部和右连接部与编码筒相固接，所述编码筒上具有若干条并列的环形码道，每条码道均由可允许光通过的通孔及光无法透过的暗块组成，所述光源接收器固定于舰船船体上且位于编码筒外部，所述光源发生器固定于轴套上且位于编码筒内部，所述光源发生器的投射范围可覆盖所有码道。

利用上述船舶轴频电场误差补偿系统补偿船舶轴频电场的方法，其特征在于，包括以下步骤：