海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置和方法与流程

本发明涉及海上石油钻井平台通讯技术领域，特别涉及一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置和方法。

背景技术：

无方向性信标机(non-directionalbeacon，以下简称ndb)是一部调幅发射机，它安装于各军用、民用机场、有直升机起降需求的舰艇和海洋石油平台，与飞机上无线电罗盘配合工作，作为飞机导航和归航使用。ndb由于价格较低、易于架设等原因在世界各地被广泛使用。直升机是海上石油钻井平台海陆运输的重要交通工具。茫茫大海，海上石油钻井平台犹如沧海一粟，ndb是海上石油钻井平台直升机寻找目标的主要手段。

无方向信标机(ndb)可固定安装在海洋石油平台作为直升机的导航设备使用，其一般由一台主机、一个耦合器、一副h型发射天线等部分组成，具体见图1所示。其中，h型发射天线的立体效果图如图2所示，h型发射天线的俯视图如图3所示。因h型发射天线是呈电容性的，其等效电路见下图4所示。为了提高h型发射天线的发射效率，使h型发射天线在载波频率上处于串联谐振状态，在耦合器电路中，除了包含匹配线圈外，还应与天线回路串联一个谐振线圈，具体的h型发射天线回路与匹配线圈、谐振线圈连接电路图如图5所示，此时匹配线圈与谐振线圈结合使h型发射天线的输入阻抗为一个纯电阻rt，耦合器将射频信号输出到天线射频电路，主机对原始音频信号进行调制、滤波、降噪处理后输出给耦合器，通过主机控制ndb设备的开启、关闭。在实际使用的过程中，需要调节耦合器电路中匹配线圈和谐振线圈的电感量来给h型发射天线进行配谐。目前主要采用人工手动配谐的方式，具体流程为：1、人工调整匹配线圈，将设备的射频输出标准阻抗(50ω)与天线阻抗rt匹配；2、在设备与天线的射频回路中串联接入高频电流表，可以查看谐振电流的大小；3、人工手动调整谐振线圈的值到电感经验值le；4、人工进行谐振线圈的微调，并在微调过程中同时观察天线谐振电流直到天线谐振电流达到峰值，此时整个天线的谐振效果最佳，就完成了手动的天线安装配谐工作，方法流程详见图6所示。也就是在整个配谐的过程中需要人工不断参与，参见图7所示，至少需要两个工作人员在石油钻井平台上分别不断手动调整匹配线圈和加感线圈的数据，还需要不断查看电流表的数据，使h型发射天线安装后的配谐工作费时费力，效率低下，且在钻井平台上进行配谐工作，操作不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置和方法，可以用于自动配谐，省时省力，操作便捷，效率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置，包括ndb设备，还包括ndb遥控器和ndb管理监控平台，所述ndb设备包括主机、耦合器和h型发射天线，所述主机通过rs-485总线与所述耦合器连接，所述耦合器与所述h型发射天线电连接，所述耦合器中包含串联连接的匹配线圈和谐振线圈，所述谐振线圈中包含球形连续可调电感器和电机，所述球形连续可调电感器由电机进行驱动，所述主机通过rs-485总线与所述ndb遥控器连接，所述ndb管理监控平台通过海底光缆或uhf微波通信设备与所述ndb遥控器连接。

本发明的有益效果在于：ndb管理监控平台位于地面端，ndb设备和ndb遥控器位于石油钻井平台上，ndb遥控器作为石油钻井平台上与远程的ndb管理监控平台互相通信的设备，通过ndb遥控器还与ndb设备直接连接，控制ndb设备的开启、关闭、工作频率设置以及控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，能用于实现了对ndb设备的自动配谐操作，省时省力，便于操作。

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的方法，所述方法为：

ndb管理监控平台接收到人工输入的天线长度d和导航频率f，并接收到操作人员下发的自动配谐命令，生成自动配谐指令，并发送给ndb遥控器；

ndb遥控器接收到所述的天线长度d、导航频率f和自动配谐指令，并发送给ndb设备；

ndb设备接收到所述的导航频率f，按照导航频率f设置自身的工作频率；

ndb设备接收到所述的自动配谐指令和天线长度d，计算h型发射天线的容抗值co＝d×ci，其中ci＝7.54pf/m；

ndb设备根据谐振公式计算出所需要的谐振线圈加感量l，其中谐振公式为

ndb设备根据谐振线圈加感量l控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，完成ndb设备的自动配谐。

本发明的有益效果在于：在ndb管理监控平台上可以输入天线长度d和导航频率f，还可下发自动配谐指令，ndb管理监控平台通过ndb遥控器向ndb设备发送天线长度d、导航频率f和自动配谐指令，在ndb设备中根据天线长度d和导航频率f、谐振公式可计算出谐振线圈加感量，并根据谐振线圈加感量控制与球形连续可调电感器连接的电机动作，完成自动配谐，使远程快速实现ndb设备的自动配谐工作，操作便捷。

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的方法，所述方法为：

ndb管理监控平台接收到人工输入的天线长度d和导航频率f，并发送给ndb遥控器；

ndb遥控器接收到所述的天线长度d、导航频率f，以及操作人员下发的自动配谐指令，并发送给ndb设备；

ndb设备接收到所述的导航频率f，按照导航频率f设置自身的工作频率；

ndb设备接收到所述的自动配谐指令和天线长度d，计算h型发射天线的容抗值co＝d×ci，其中ci＝7.54pf/m；

ndb设备根据谐振公式计算出所需要的谐振线圈加感量l，其中谐振公式为

ndb设备根据谐振线圈加感量l控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，完成ndb设备的自动配谐。

本发明的有益效果在于：在ndb管理监控平台上可以输入天线长度d和导航频率f，ndb管理监控平台通过ndb遥控器向ndb设备发送天线长度d和导航频率f，在石油平台上，操作人员通过ndb遥控器可向ndb设备下发自动配谐指令，在ndb设备中根据天线长度d和导航频率f、谐振公式可计算出谐振线圈加感量，并根据谐振线圈加感量控制与球形连续可调电感器连接的电机动作，完成自动配谐，使在石油平台上也可操作实现ndb设备的自动配谐工作，操作便捷。

附图说明

图1为背景技术中所述的无方向信标机的系统组成框图；

图2为背景技术中所述的h型发射天线的立体效果图；

图3为背景技术中所述的h型发射天线的俯视图；

图4为背景技术中所述的h型发射天线的等效电路图；

图5为背景技术中所述的h型发射天线与匹配线圈、谐振线圈连接电路图；

图6为背景技术中所述的h型发射天线的人工手动配谐过程流程图；

图7为背景技术中所述的h型发射天线的人工手动配谐示意图；

图8为本发明实施例的无方向信标机自动配谐装置的组成框图；

图9为本发明实施例的耦合器中谐振线圈的电路图；

图10为本发明实施例的无方向信标机自动配谐装置的交互图；

图11为本发明实施例的耦合器中的电机驱动电路；

图12为本发明实施例的耦合器中的匹配线圈驱动电路；

图13为本发明实施例的耦合器中的电流监测电路；

图14为本发明实施例五的无方向信标机自动配谐方法的流程图；

图15为本发明实施例六的无方向信标机自动配谐方法的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图8至图13，本发明提供的实施例一为：

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置，包括ndb设备，还包括ndb遥控器和ndb管理监控平台，所述ndb设备包括主机、耦合器和h型发射天线，所述主机通过rs-485总线与所述耦合器连接，所述耦合器与所述h型发射天线电连接，所述耦合器中包含串联连接的匹配线圈和谐振线圈，所述谐振线圈中包含球形连续可调电感器和电机，所述球形连续可调电感器由电机进行驱动，所述主机通过rs-485总线与所述ndb遥控器连接，所述ndb管理监控平台通过海底光缆或uhf微波通信设备与所述ndb遥控器连接。

海上石油钻井平台上的ndb遥控器接收来自地面端的ndb管理监控平台的信息，ndb遥控器还直接与ndb设备连接，实现对ndb设备的控制，耦合器内部设置谐振线圈对h型发射天线进行配谐使用，请参照图9，球形连续可调电感器通过电机控制其电感量，在其最大电感量范围内可实现感量连续可调，通过地面端的ndb管理监控平台向石油平台上的ndb遥控器发送参数，便于对ndb设备的自动配谐控制，便于操作，省时省力。

本发明提供的实施例二为：

在实施例一的基础上，进一步的，所述球形连续可调电感器包括定子线圈、定子支架、转子线圈和转子支架，所述定子线圈在所述定子支架上绕制成球形，所述转子线圈在所述转子支架上绕制成球形，所述定子支架内部为空心结构，所述定子支架同心包裹所述转子支架，所述转子支架的转轴延伸出所述定子支架，并与所述电机的转轴固定连接。

电机转动带动绕制在转子支架上的转子线圈转动，转子线圈在0～180°范围内往复转动，实现球形连续可调电感器的电感量连续可调。

本发明提供的实施例三为：

在实施例一的基础上，进一步的，所述耦合器包括电流监测电路、电机驱动电路、匹配线圈驱动电路和控制器，所述电流监测电路、电机驱动电路、线圈驱动电路均与所述控制器电连接。

电流监测电路用于监测天线谐振电流，电机驱动电路用于控制驱动球形连续可调电感器的电机工作，匹配线圈驱动电路用于控制匹配线圈工作，控制器用于接收数据、处理数据以及控制周边的电流监测电路、电机驱动电路、匹配线圈驱动电路工作。

进一步的，所述控制器为m6708u-512li-t型arm工控核心板，作为耦合器的主控制器。

进一步的，请参照图11，所述电机驱动电路包括电机驱动芯片，所述电机驱动芯片的输入端与所述控制器电连接，所述电机驱动芯片的输出端与所述电机电连接。

通过二极管v02、v03、v04、v05、v07、v08、v09、v10便于观察电机驱动情况。

进一步的，请参照图12，所述匹配线圈包含至少一个的第二抽头，所述匹配线圈驱动电路包括电平转换芯片、发光二极管、第一电阻、三极管、第一电容和第二电容，所述电平转换芯片的输入端与所述控制器电连接，所述电平转换芯片的输出端与所述发光二极管的正极电连接，所述发光二极管的负极与所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的基极电连接，所述三极管的发射极与接地端电连接，所述三极管的集电极与所述第一电容的一端电连接，所述第一电容的另一端与接地端电连接，所述第一电容的一端还与所述匹配线圈的第二抽头电连接，所述第二电容的一端与所述三极管的基极电连接，所述第二电容的另一端与所述三极管的发射极电连接；具体的，如图14中所示，匹配线圈共有五个第二抽头，发光二极管h13、第一电阻r26、三极管v18、第一电容c45和第二电容c48组成一组与匹配线圈的第一个第二抽头电连接，发光二极管h14、第一电阻r29、三极管v19、第一电容c50和第二电容c52组成一组与匹配线圈的第二个第二抽头电连接，发光二极管h15、第一电阻r34、三极管v20、第一电容c53和第二电容c56组成一组与匹配线圈的第三个第二抽头电连接，发光二极管h16、第一电阻r37、三极管v21、第一电容c57和第二电容c61组成一组与匹配线圈的第四个第二抽头电连接，发光二极管h17、第一电阻r38、三极管v23、第一电容c65和第二电容c70组成一组与匹配线圈的第五个第二抽头电连接。

进一步的，请参照图13，所述电流监测电路包括第三电容c96、第四电容c94、第五电容c93、稳压二极管v30、第二电阻r57、可变电阻器r58、第三电阻r101、第四电阻r102、第五电阻r59、高速运放芯片、第六电阻r54、第六电容c92、第七电容c91、第七电阻r56、第一二极管v29、第八电容c88、第一电感l6、第八电阻r51和两个电流监测取样点，所述第三电容c96、第四电容c94、第五电容c93互相并联连接，且均与稳压二极管v30并联连接，所述第三电容c96、第四电容c94、第五电容c93的一端与所述控制器电连接，另一端与接地端电连接，所述稳压二极管v30的正极与接地端电连接，所述稳压二极管v30是负极与所述第二电阻r57的一端电连接，所述第二电阻r57的另一端与所述可变电阻器r58的一端、第三电阻r101的一端、第四电阻r102的一端、第五电阻r59的一端电连接，所述可变电阻器r58的另一端、第三年电阻的另一端、第四电阻r102的另一端与所述高速运放芯片电连接，所述第五电阻r59的另一端与接地端电连接，所述第六电阻r54的一端与所述高速运放芯片电连接，所述第六电阻r54的另一端与所述第六电容c92的一端、第七电容c91的一端、第七电阻r56的一端电连接，所述第六电容c92的另一端、第七电容c91的另一端、第七电阻r56的另一端与接地端电连接，所述第一二极管v29的负极与所述第七电阻r56的一端电连接，所述第一二极管v29的正极与所述第八电容c88的一端电连接，所述第八电容c88与所述第一电感l6并联连接，所述第八电容c88的另一端与所述第八电阻r51的一端电连接，所述第八电阻r51的另一端与接地端电连接，两个电流检测取样点分别于所述第八电阻r51的一端和另一端电连接。

本发明提供的实施例四为：

在实施例一的基础上，进一步的，请参照图10，所述ndb管理监控平台包括通讯服务器、应用服务器、ndb管理中心和数据库服务器，所述通讯服务器通过以太网与所述应用服务器和ndb管理中心建立通信连接，所述应用服务器通过以太网与所述数据库服务器建立通信连接，所述ndb管理中心包含显示操作界面。

通讯服务器作为与外部设备连接的端口，ndb遥控器传输的信息直接传输至通讯服务器中，应用服务器用于处理数据，数据库服务器用于存储应用服务器处理过的数据，并便于应用服务器查询数据，ndb管理中心作为工作站使用，包含显示操作界面，便于工作人员输入数据、操控设备以及观察设备状态。

请参照图14，本发明提供的实施例五为：

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的方法，所述方法为：

ndb管理监控平台接收到人工输入的天线长度d和导航频率f，并接收到操作人员下发的自动配谐命令，生成自动配谐指令，并发送给ndb遥控器；

ndb遥控器接收到所述的天线长度d、导航频率f和自动配谐指令，并发送给ndb设备；

ndb设备接收到所述的导航频率f，按照导航频率f设置自身的工作频率；

ndb设备接收到所述的自动配谐指令和天线长度d，计算h型发射天线的容抗值co＝d×ci，其中ci＝7.54pf/m；

ndb设备根据谐振公式计算出所需要的谐振线圈加感量，其中谐振公式为

ndb设备根据谐振线圈加感量l控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，完成ndb设备的自动配谐。

搭建ndb管理监控平台，远程发送自动配谐指令和配谐所需参数，ndb遥控器接收在ndb管理监控平台下发的指令，并转发给ndb设备，控制ndb设备的开启、关闭和配谐动作，ndb设备内部计算谐振线圈电感量，并对谐振线圈电感量进行控制，实现远程操控ndb设备，使ndb设备实现自动配谐，无需人工调整谐振线圈的参数，省时省力，效率高。

进一步的，ndb设备的运行状况信息发送给ndb遥控器，ndb遥控器接收到所述的ndb设备的运行状况信息，并发送给ndb管理监控平台，ndb管理监控平台接收到所述的ndb设备的运行状况信息，并进行显示。

便于通过ndb管理监控平台远程监控ndb设备的运行状况。

请参照图15，本发明提供的实施例六为：

一种海上石油平台无方向信标机自动配谐的方法，所述方法为：

ndb管理监控平台接收到人工输入的天线长度d和导航频率f，并发送给ndb遥控器；

ndb遥控器接收到所述的天线长度d、导航频率f，以及操作人员下发的自动配谐指令，并发送给ndb设备；

ndb设备接收到所述的导航频率f，按照导航频率f设置自身的工作频率；

ndb设备接收到所述的自动配谐指令和天线长度d，计算h型发射天线的容抗值co＝d×ci，其中ci＝7.54pf/m；

ndb设备根据谐振公式计算出所需要的谐振线圈加感量l，其中谐振公式为

ndb设备根据谐振线圈加感量l控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，完成ndb设备的自动配谐。

搭建ndb管理监控平台，远程发送配谐所需参数，ndb遥控器接收在ndb管理监控平台发送的配谐所需参数，并转发给ndb设备，ndb遥控器还接收石油平台上操作人员下发的自动配谐指令，控制ndb设备的开启、关闭和配谐动作，ndb设备内部计算谐振线圈电感量，并对谐振线圈电感量进行控制，实现远程发送参数，并现场操控ndb设备，使ndb设备实现自动配谐，无需人工调整谐振线圈的参数，省时省力，效率高。

进一步的，ndb设备的运行状况信息发送给ndb遥控器，ndb遥控器接收到所述的ndb设备的运行状况信息，并发送给ndb管理监控平台，ndb管理监控平台接收到所述的ndb设备的运行状况信息，并进行显示。

便于通过ndb管理监控平台远程监控ndb设备的运行状况。

本发明提供的实施例七为：

在实施例五或实施例六的基础上，其中，ndb设备根据谐振线圈加感量l控制驱动球形连续可调电感器的电机动作，具体方法为：

s1将球形连续可调电感器的0～全感量范围的电感量与电机0～180°的步进步数对应起来制作感量步数对照表；

s2谐振线圈加感量l即为所需的球形连续可调电感器的电感量，ndb设备根据谐振线圈加感量l，从感量步数对照表中查找出最接近的预计电机步数；

s3打开ndb设备，控制电机分别按照预计电机步数-n、预计电机步数-(n-1)…预计电机步数-1、预计电机步数、预计电机步数+1、预计电机步数+2…预计电机步数+n这2n+1个值转动，同时ndb设备分别监测这2n+1个电机步数对应的h型发射天线2n+1个电路电流值，取这2n+1个电路电流值中当h型发射天线电路电流值达到最高时的电机步数，并按照该电机步数控制电机转动，此时已达成lc谐振，即完成ndb设备的自动配谐。

电机选用步进电机，通过步进电机的步数来控制步进电机转动的角度。将球形连续可调电感器的电感量与电机步数预先对应起来制作成感量步数对照表，根据感量步数对照表找出预计电机步数，当ndb设备开启时，在(预计电机步数-n)～(预计电机步数+n)的范围内依次取值监测h型发射天线的电路电流值，当该电流值达到峰值时对应的电机步数就是自动配谐所需要的电机步数，根据该电机步数控制电机转动，就完成了ndb设备的自动配谐。

综上所述，本发明提供的海上石油平台无方向信标机自动配谐的装置和方法，能够远程向ndb设备下发自动配谐指令和所需参数，也可在石油平台上通过ndb遥控器下发自动配谐指令，ndb设备可自动控制谐振线圈中驱动球形连续可调电感器的电机动作，使远程可及时控制和监测ndb设备的自动配谐情况，也可现场控制ndb设备自动配谐，无需人工在石油钻井平台上手动配谐，省时省力，操作方式便捷灵活，效率高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。