Zagadnienia z magnetyzmu

Wielkości opisujące pole magnetyczne Ziemi, zmienność tego pola (czasowa i przestrzenna).

Answer explanation

Pole magnetyczne opisują wielkości:

- Deklinacja (D): kąt między północą geograficzną a magnetyczną.

- Inklinacja (I): kąt nachylenia linii pola magnetycznego względem poziomu.

- Intensywność całkowita (F): wektorowa suma wszystkich składowych pola.

- Składowe: H (pozioma), Z (pionowa), X (składowa północna), Y (składowa wschodnia).

Zmiany czasowe:

- Sekularne: powolne zmiany wywołane dynamiką jądra Ziemi.

- Krótkoterminowe: wywołane aktywnością słoneczną i burzami magnetycznymi.

Zmiany przestrzenne wynikają z lokalnych minerałów oraz struktury skorupy ziemskiej.

Magnetyzm statku, źródła i ich klasyfikacja.

Answer explanation

Magnetyzm statku pochodzi z:

- Magnetyzmu trwałego: wywołanego procesami konstrukcyjnymi (np. spawanie, hartowanie).

- Magnetyzmu chwilowego: indukowanego w polu magnetycznym Ziemi podczas rejsu.

Źródła magnetyzmu:

- Kadłub stalowy statku

.- Urządzenia elektryczne i magnetyczne na statku.

Klasyfikacja:

- Magnetyzm pionowy: wpływa na inklinację kompasu.

- Magnetyzm poziomy: wpływa na deklinację kompasu

Typy stali okrętowej, wpływ na kompas magnetyczny rozmieszczenie stali okrętowej wg typu, dewiacja (półokrężna, ćwierćokrężna, stała).

Answer explanation

Typy stali:

- Stal węglowa: o dużej magnetyczności, używana do konstrukcji kadłubów.

- Stal stopowa: o obniżonej magnetyczności, używana w specjalistycznych elementach.

Wpływ na kompas:

- Dewiacja półokrężna: sinusoidalna zależność od kursu.

- Dewiacja ćwierćokrężna: wynik asymetrii rozmieszczenia masy stalowej.

- Dewiacja stała: wynik trwałego magnetyzmu kadłuba

Równanie Archibalda Smitha (współczynniki A, B, C, D, E dewiacji statku nieprzechylonego), równanie Poissona, dewiacja przechyłowa.

Answer explanation

Równanie Smitha:

Dewiacja kompasu:

δ = A + Bsin(K) + Ccos(K) + Dsin(2K) + Ecos(2K),

gdzie:

A – dewiacja stała,

B, C – współczynniki ćwierćokrężne,

D, E – współczynniki półokrężne.

Równanie Poissona opisuje potencjał pola magnetycznego:

∇²V = 0.

Dewiacja przechyłowa:

- Wynika z przechyłów statku w różnych osiach, co zmienia lokalne pole magnetyczne.

Określanie dewiacji kompasu magnetycznego. Sposoby określania dewiacji. Istota i techniki kompensacji dewiacji.

Answer explanation

Określanie dewiacji:

- Porównywanie kursów kompasowych z rzeczywistymi kierunkami (np. namiary na obiekty stałe).

Techniki kompensacji:

- Magnesy korekcyjne i kule żelazne w kolumnie kompasu.

- Kalibracja w różnych warunkach kursu i lokalizacji

Budowa kompasu magnetycznego typu fluxgate. Istota bramki pomiarowej, budowa transduktora, anizotropowego magneto-rezystora.

Answer explanation

Kompas fluxgate składa się z:

- Bramki pomiarowej analizującej linie pola magnetycznego Ziemi.

- Transduktora przetwarzającego sygnały magnetyczne na elektryczne.

- Magnetorezystora zmieniającego opór w zależności od pola magnetycznego

Metody pomiaru prędkości okrętu i wykorzystywane zjawiska fizyczne.

• Mechaniczne: mierzenie obrotów śruby.

• Hydrodynamiczne: różnica ciśnień wody wokół kadłuba.

• Indukcyjne: pomiar indukcji elektromagnetycznej wytwarzanej przez ruch statku.

• Dopplerowskie: przesunięcie częstotliwości fal akustycznych odbitych od dna.

Budowa, ograniczenia eksploatacyjne, układy kompensacji i regulatory, dokładność logów hydrodynamicznych, indukcyjnych, dopplerowskich.

Answer explanation

Logi:

- Hydrodynamiczne: ograniczenia wynikają z prędkości przepływu wody i turbulencji.

- Indukcyjne: dokładność zależy od przewodności wody.

- Dopplerowskie: wysoką dokładność osiąga się w płytkich wodach z dobrym odbiciem akustycznym

Log hydrodynamiczny (mechaniczny):

- Budowa: Składa się z urządzenia pomiarowego i śruby (lub skrzydełka), umieszczonych w wodzie. Obrót śruby, napędzanej przepływem wody, przelicza się na prędkość jednostki.

- Zasada działania: Prędkość obrotowa śruby jest proporcjonalna do prędkości przepływu wody względem statku.

Log indukcyjny (elektromagnetyczny):

- Budowa: Czujnik w kształcie sondy generuje pole elektromagnetyczne w wodzie.

- Zasada działania: Ruch statku przez pole elektromagnetyczne wywołuje napięcie, które jest proporcjonalne do prędkości wody względem czujnika.

Log dopplerowski:

- Budowa: Bazuje na przetworniku akustycznym emitującym fale ultradźwiękowe i odbierającym echo.

- Zasada działania: Wykorzystuje efekt Dopplera – zmiana częstotliwości odbitych fal jest proporcjonalna do prędkości jednostki względem dna lub wody.

Ograniczenia eksploatacyjne Log hydrodynamiczny:

- Ograniczona dokładność w warunkach silnych prądów morskich.

- Wrażliwy na zanieczyszczenia (np. roślinność, śmieci) osiadające na śrubie.

- Może ulec uszkodzeniu w wyniku uderzeń mechanicznych.

Log indukcyjny:

- Wymaga wody jako medium przewodzącego (ograniczenia w wodach słodkich o niskiej przewodności).

- Zakłócenia przez pola magnetyczne, np. generowane przez instalacje na statku.

Log dopplerowski:

Dokładność zależy od głębokości – na płytkich wodach dokładność jest wyższa.

Problemy z wiarygodnością pomiarów w wodach bardzo głębokich lub mętnych.

- Wrażliwość na zakłócenia akustyczne, np. hałas śruby napędowej.

Układy kompensacji:

- W logach indukcyjnych stosuje się korekcję wpływu temperatury i zasolenia wody. o

- Logi hydrodynamiczne posiadają systemy kalibracyjne do uwzględniania oporu śruby w różnych warunkach.

- Logi dopplerowskie wykorzystują układy przetwarzania sygnałów do eliminacji szumów i odseparowania pomiaru od zakłóceń akustycznych.

Regulatory:

- Regulatory PID stosowane są w zaawansowanych logach dopplerowskich, aby poprawić stabilność sygnału w zmiennych warunkach.

- Automatyczne algorytmy korekcyjne przeliczają dane uwzględniając dryf jednostki lub inne zewnętrzne czynniki.

Określanie błędów w trakcie eksploatacji

Poprzez porównanie wskazań logu z referencyjnym systemem pomiaru („na mili pomiarowej”, poprzez pomiar odcinka przebytej drogi i czasu) Pomiary dotyczą prędkości średniej (z logu również bierzemy przebytą drogę)

Warunki zewnętrzne:

• brak prądów,

• brak wiatru,

• dostateczne głębokości,

• Brak falowania,

• brak utrudnień w manewrowaniu.

Żyroskop mechaniczny - podstawowe własności, interpretacja pojęcia precesja.

Answer explanation

Właściwości:

- Stałość orientacji w przestrzeni.

- Precesja: ruch osi żyroskopu pod wpływem momentu siły zewnętrznej

Zachowanie się żyroskopu swobodnego na Ziemi, składowe ruchu w płaszczyznach południka i horyzontu.

Answer explanation

Ruch żyroskopu:

- Południk: ruch wirowy wynikający z obrotu Ziemi.

- Horyzont: ruch wynikający z oscylacji wywołanej zakłóceniami.