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人類早期航海,航向的指引是采用磁羅盤(指南針),十九世紀(jì)后期,鋼質(zhì)輪船逐漸取代木質(zhì)輪船,磁羅盤無法保證其精度,且在極地附近,磁羅盤也會(huì)失靈,人們開始尋找能夠替代磁羅盤的方位指示儀。
1908年德國人Anschutz,1909年美國人Sperry,分別研制成功陀螺羅經(jīng),開啟了船舶導(dǎo)航的新篇章。
陀螺羅經(jīng)又稱電羅經(jīng),它能自動(dòng)、連續(xù)地提供船舶的航向信號(hào),并通過航向發(fā)送裝置將航向信號(hào)傳遞到船舶相關(guān)設(shè)備,從而滿足船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的要求,它是船舶不可或缺的導(dǎo)航設(shè)備。
SOLAS公約第V章第19條,對所有500總噸以上的船舶,明確要求配備:①1臺(tái)電羅經(jīng),或其他裝置,用于通過船載非磁性裝置,確定和顯示船舶首向,操舵員能在主操舵位置清晰地讀取。這些裝置也應(yīng)傳送首向信息,以輸入到雷達(dá)、AIS和自動(dòng)跟蹤儀(或其他用于自動(dòng)標(biāo)繪其他目標(biāo)的距離和方位的裝置)。②1臺(tái)電羅經(jīng)首向復(fù)示器,或其他裝置,用于將可視首向信息傳送到應(yīng)急操舵位置(如設(shè)有)。③1臺(tái)電羅經(jīng)方位復(fù)視器,或其他裝置,通過使用上述第1條所述的電羅經(jīng)或其他裝置,在水平360°弧度范圍內(nèi)量取方位。
機(jī)械陀螺的工作原理,是在受到外力影響高速旋轉(zhuǎn)時(shí),其軸線方向就不會(huì)變化,并維持一定的指向,這種特性稱為陀螺的定軸性。機(jī)械陀螺的另一個(gè)特性叫進(jìn)動(dòng)性,通過對陀螺內(nèi)部的力矩器施加電流,使陀螺軸能夠補(bǔ)償?shù)粲捎诘厍蜃赞D(zhuǎn)和載體自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的速緯誤差。電羅經(jīng)正是應(yīng)用了陀螺儀的這兩個(gè)特性,并通過與測量水平信息的加速度計(jì)信息進(jìn)行組合,使其旋轉(zhuǎn)軸線跟蹤地球子午面,并且始終指向地理北極,這樣,無論船舶航行到哪里,都可以依此確定航向。
現(xiàn)在船舶普遍使用的電羅經(jīng),但因其工作原理和特性,存在一定的缺點(diǎn),比如啟動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間較長,且因其陀螺球工作時(shí)處于高速旋轉(zhuǎn)狀況,所以經(jīng)常故障。
寧波馳洋電子科技有限公司,和哈爾濱工程大學(xué)(原哈爾濱船舶工程學(xué)院)最新研制的光纖陀螺羅經(jīng),工作原理不同于傳統(tǒng)電羅經(jīng),它是利用沒有轉(zhuǎn)子部件的光纖陀螺,通過光的干涉原理來測量載體運(yùn)動(dòng)角速度,通過加速計(jì)測量載體運(yùn)動(dòng)加速度,并通過計(jì)算機(jī)算法和程序解算出載體的方向和姿態(tài),不僅壽命長(因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)動(dòng)部件,不需要換陀螺球),還可以通過更換算法,航行在高緯度地區(qū),因此是電羅經(jīng)理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
和傳統(tǒng)電羅經(jīng)相比較,光纖羅經(jīng)有如下優(yōu)勢:
1、穩(wěn)定時(shí)間短。常見的電羅經(jīng)啟動(dòng)到穩(wěn)定時(shí)間一般在2-4個(gè)小時(shí),而光纖羅經(jīng)穩(wěn)定只需要10 分鐘左右,提高了船舶的應(yīng)急能力。
2、避免產(chǎn)生沖擊誤差。船舶機(jī)動(dòng)航向時(shí),慣性力的作用,會(huì)使羅經(jīng)產(chǎn)生較大指向誤差;光纖羅經(jīng)由于原理上的優(yōu)勢,避免了沖擊誤差的產(chǎn)生。
3、光纖羅經(jīng)不僅提供航向信息,還提供橫搖,縱搖姿態(tài)信息。根據(jù)光纖羅經(jīng)提供的船舶姿態(tài)信號(hào),為船舶航向安全提供了保障,同時(shí)為水下測量提供了水平基準(zhǔn)。
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