Nutec NORSK UNDER VANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S Postboks 6, 5034 Ytre Laksevåg. Telefon (05) 341600. Telex: 42892 nutec fl Rapport nr.: 2 5-90 Rapportens tittel: Dato: Prosjekt nr.: 26.02.91 10850 Godkjer HÅNDBOK I Revisjon 7 DYKKERKOMMUNIKASJON Klient/oppdragsgiver: FUDT (Norsk Hydro, Statoil, Oljedirektoratet), BP Norway Limited U.A. Arbeidet utført av: Terje Karlsen, Jan M. Tangen Klientlkontaktperson referanse: R. Bråthen, Statoil, C. Hordnes, Norsk Hydro,M. Magnussen, OD 0. Hansen, BP Norway Ltd. U.A. Ra portskrivers signatur: Sammendrag: Dykkerkommunikasjon har alltid vært et problem i dykking på kontinentalsokkelen. Dette har påført industrien store kostnader, både på grunn av høy feilfrekvens og lav forståelighet. Konsekvensen av dette er redusert sikkerhet og arbeidseffektivitet. Det finnes ingen enkel årsak til kommunikasjonsproblematikken. Det er en sum av mange årsaker. En av dem er mangel på relevant opplæringsmateriell innen området. Denne håndboken skal være et bidrag i så henseende. Emneord på engelsk: Diving Communication Handbook Emneord på norsk: Dykking Kom m u ni kasj on Håndbok ERKLÆRING VED FORDELING: I I Fortrolig X Fri distribusjon Graderingen gjelder til: ISBN: 82-7280-144-7 Antall sider:
c FORORD Dykkerkommunikasjon har alltid vært et problem. Dette har påført industrien store kostnader, både på grunn av høy feilfrekvens og lav forståelighet. Konsekvensen av dette er redusert sikkerhet og arbeidseffektivitet. Det finnes ingen enkelt årsak til kommunikasjonsproblematikken, men det er en sum av mange ting. En av årsakene har vært mangel på relevant opplæringsmateriell innen området. Denne læreboken skal være et bidrag i så henseende. Vi oppfordrer lesere til å gi tilbakemelding og forslag til forbedringer. Kun ved aktiv innsats fra industrien vil håndboken over litt tid bli det den er ment å være: praktisk håndbok for dem som daglig sliter med problemene. En Håndboken er kommet i stand etter et initiativ fra BP og FUDT. FUDT er et samarbeid mellom Oljedirektoratet, Norsk Hydro, Saga Petroleum og Statoil. Håndboken er et resultat av en av aktivitetene i delprosjektet kommunikasjon. Nutec
INNHOLDSFORTEGNELSE 1. INNLEDNING 2. SIGNALOVERFØRING 3. HOVEDKOMPONENTER I KOMMUNIKASJONSANLEGGET 4. INSTALLASJON OG STØYBEKJEMPELSE 5. FEIL OG FEILSØKING 6. VEDLIKEHOLDSRUTINER 7. SJEKKLISTER 8. SIKKERHET 9. FORSKRIFTER OG RETNINGSLINJER 10. DIVERSETEORI li. LITTERATURLISTE APPENDI KS OVERSIKT OVER KOMMUNIKASJONSRAPPORTER FRA NUTEC Pro.10850/26.02.91-TKAJRE/Rev. 7
i i INNLEDNING 1.1 GENERELT 1.2 HVORDANGENERERESTALE 1.3 HELIUMFORVRENGNING 1.4 MIKROFONER 1.5 SIGNALOVERFØRING 1.6 AKUSTISKSTØY Pro10850/26.02 91-TKA/RE/Rev 7
INNLEDNING 1.1 GENERELT En typisk dypdykkesituasjon er vist i Figur 1.1. På overflaten er der et klokken. Klokken har en åpning nederst som kan lukkes når dykkerne trykk a mm er. etter endt arbeidsdag under trykk skal bringes ombord og inn i et fartøy og under vann er en eller flere dykkere. Det er alltid en mann i kommunikasjon være? Det har ikke en årsak, men flere, som vi kan dele Sambandet har vært av svært varierende kvalitet. Til sammenligning er meget god. Hva kan årsaken til problemene innen dykker tilbake til. Det har også fungert på et vis ved moderate dyp. bortsett fra en taleomformer (såkalt unscrambler ) som vi kommer noe problem? Er det ikke bare å montere en telefon oppe og nede, og nitrogen og oksygen er giftig ved høye partialtrykk. Derfor brukes 2 Ved dypdykking kan de ikke benyttes trykkiuft som pustegass. Bäde oksygen blandet helium som pustegass. Både av arbeids- og sikkerhetsmessige grunner trengs kommunikasjon mellom dykkere og overflaten. Kan dette med kommunikasjon være så har man forbindelse? Dette er hva som i mange år har vært gjort en telefonsamtale på landjorden over en hvilken som helst distanse i fire grupper: - Støyproblemer: - Heliumtaleforvrengning: som primært skyldes at lydhastigheten i He er mye større enn i luft. Så lenge dykkeren puster helium kan denne forvrengningen bare Pro. 10850/26.02.91 -TKA/RE/Rev. 7 Det er en fordreining av dykkerens tale, rettes på ved signalbehandling. dykkerklokken og skipspropeller. Det oppstår mye akustisk støy omkring dykkeren. Pusteutstyret genererer støy, det samme gjør verktøy og motorer i
- Teknologimangel: - Miljafaktorer: 3 Uvillighet til å ta i bruk tilgjengelig teknologi. Dette har sin årsak i at man vurderer den som mindre sikker enn det man har, eller ganske enkelt i uvilje mot noe nytt og ukjent. Utstyr som fungerer perfekt på land kan ikke uten videre puttes i sjøen og fungere godt der. Det kan skyldes at utstyret får midlertidig eller permanent funksjonsstopp pga. miljøet, eller endrete data pga. endrete fysiske forhold. spesielt mikrofoner. Det siste gjelder Kommunikasjonsanlegget brukes også til en annen meget viktig oppgave, nemlig overvåking av dykkerens åndedrett. 1.2 HVORDAN GENERERES TALE Vi tar som eksempel en vokal med en viss varighet (for andre lyder blir forholdene litt mer komplisert). Når den menneskelige stemme produserer en vokal skjer følgende: Luft fra lungene presses mot de sammenklemte stemmebåndene. Stemmebåndene vil åpne seg for luften et lite øyeblikk et visst antall ganger pr. sekund og slippe igjennom en liten mengde luft. Repetisjonsfrekvensen gir oss stemmeleiet eller det vi kan kalle grunntonen til stemmen. Hvis luftgjennomgangen var jevnt varierende (sinus) ville stemmen lyde som en fløytetone (for en manns-stemme f.eks. 150 Hz). Imidlertid vil en pulserende lydkilde som beskrevet her i tillegg til grunntonen også produsere multiplum av grunntonen, s.k. overharmoniske eller overtoner. I Figur 1.2 er energiinnhold i tonen som funksjon av frekvensen framstilt grafisk. En tone med energifordeling som vist har en skarp (litt skurrende) tone kvalitet. Grunntonen eller stemmeleiet er avmerket med pil. Ved dempe eller forsterke grunntonen og overtonene kan vi forme forskjellige klangkvaliteter. Vår hals, munn og nese med bihuler danner et akustisk filter. Ved å omforme de nevnte deler på en hensiktsmessig måte innstiller vi filterets parametre og bestemmer hvilke frekvenser som skal dempes eller forsterkes. Pro. 10850/26.02.91 -TKAJRE/Rev. 7
4 Figur 1.3 viser energiinnholdet i stemmen etter at lyden har passert dette filteret. Den stiplete linjen viser filterets karakteristikk. De tre toppene som er vist kalles formanter og nummereres fra venstre mot høyre (det kan være flere enn tre). Formantenes plassering i frekvensspekteret er avgjørende for klangfargen. om det skal låte som a, e, i Det er formantenes plassering som avgjør osv, eller som om den snakkende person er forkjølet, f.eks. Formantenes plassering er dermed den viktigste informasjonsbæreren i talen. 1.3 HELIUMFORVRENGNING Under dypdykking pustes det nesten ren helium. Lydens hastighet i helium er ca. 2,7 ganger hastigheten i luft. Derfor vil alle resonansfrekvenser värt hals-nese-munn filter flyttes 2.7 ganger oppover. Dette fører ti! en ugjenkjennelig Donald Duck-lignende stemme. Figur 1.4 viser hvordan frekvensfordelingen til en vokal blir med samme artikulasjon i henholdsvis luft og i helium. 1.4 MIKROFONER Mikrofonen er et svakt ledd i dykkerkommunikasjonen. De mikrofoner som nyttes i dag er i utgangspunktet konstruert for bruk på landjorda. De er blitt valgt til dykking på mer eller mindre tilfeldig grunnlag som pris, tilgjengelighet, påstått vanntetthet, brukbart signal-nivå m.m. Noen er konstruert (eller modifisert) for dykking, mens andre er vanlige overflatemikrofoner. Systematisk testing av akustiske parametre under trykk i helium atmosfære er først blitt foretatt ved NUTEC. Disse testene har også vist at de mikrofonene som hittil har vært nyttet har hatt for dårlige akustiske egenskaper. Pga. den forvrengning av lydbildet som foregår i heliumatmosfæren blir imidlertid båndbredden til disse mikrofonene for liten. Til heliumtale kreves tre til fire ganger så stor båndbredde som til normal tale, og hvis mikrofonen ikke tilfredsstiller dette går taleforståeligheten ned. To vesentlige problemer gjør seg gjeldende ved valg eller konstruksjon av mikrofoner for heliumtale. Det ene er at de parametre som måles på Pro. i 0850/26.02.91 -TKA/RE/Rev. 7
5 mikrofonen i normal atmosfære ikke behøver å være noe mål for dens egenskaper under høyttrykk i helium. Det andre problemet ligger i den hittil benyttete transmisjonsteknikk som innebærer at mikrofonen direkte driver signalet over flere hundre meter kabel. For å holde et akseptabelt signal/støy-forhold har man vært nødt til å velge mikrofoner med høy følsomhet. Og høy følsomhet får man gjerne på bekostning av båndbredde og jevn frekvensgang. Det er ønskelig med en båndbredde på 12-15 khz for dykkermikrofonene. Overfiatemikrofonene behøver ikke å ha mer enn tredje- eller fjerdeparten av denne båndbredden. Når man tar i bruk forforsterkere og andre signalomsettere ved mikrofonen (gjerne innebygget i denne) vil det være mye enklere å velge! konstruere en mikrofon som tilfredsstiller minimumskravene. Hydrofoner, som er spesialmikrofoner til å fange opp lyd i f.eks. vært brukt som dykkermikrofon. vann, kunne Hydrofonen har et meget svakt utgangssignal, men en svært god frekvensgang. Skal man bruke hydrofon kreves en meget støysvak forforsterker. 1.5 SIGNALOVERFØRING I et taleoverføringssystem mellom dykkere og overflate vil taleinformasjonen på lignende måte som i et hvert overføringssystem bli degradert både av akustiske- og elektriske støybidrag. Foruten den taleforvrengning som skyldes heliumatmosfæren og masken, vil det i dykking være til stede et betydelig akustisk støybidrag som skyldes gassforsyningssystemet til dykkeren. For taleoverføring fra kammer (habitat) er støybidraget fra puste ventiler o.l. i maske samt maskeforvrengningen av talen ikke lenger til stede. Derimot er det støybidrag fra kammerets lifesupport-utstyr som sjenerer taleoverføringen til operatør på overflaten eller mellom dykkerne i kammeret. Etterklangseffekten kan også være sjenerende ved taleoverføring fra habitat. Det elektriske støybidraget vil være av noe spesiell natur i Pro. 10850/26.02.91 -TKNRE/Rev. 7
6 dykkertaleoverføringssystemer pga. taleomformerne som blir benyttet. Signalbehandlingsoperasjonene til disse enhetene baserer seg vanligvis på digitalisering av talesignalet fra dykker. I samband med hyperbar dykking har det vært en vanlig regel at minst mulig elektronisk aktivt utstyr som forsterkere o.l. blir eksponert mot høytrykks heliumatmosfære eller sjøvann. Når en likevel må gjøre dette i forskjellige situasjoner, kreves spesiell mekanisk beskyttelse av slike komponenter eller systemer. Disse faller som regel svært kostbare. Av omsyn til funksjonell pålitelighet, ettersyn m.v., plasseres slike deler eller systemer av kommunikasjonsutstyret ogsä ofte på overflaten. I samband med elektrisk støy i taleoverføringssystemet reiser en slik plassering derimot nye vansker ved at mikrofonsignalene fra dykkerne må sendes med lavt signalnivå over lange kabler som tar opp støy fra andre interfererende elektromagnetiske systemer. En vanlig forekommende kompromiløsning har vært å plassere mikrofoner med lav indre impedans og høy følsomhet i dykkermaskene. Dette synes å være en meget utbredt situasjon som tar lite omsyn til de krav til båndbredde som er nødvendig. Av omsyn til de forskjellige faktorer som er nevnt her og spesielt av omsyn til de nær-akustiske støyforholdene som skyldes pusteventilene i masken, bør signaloverføringskjeden mellom dykker og overflate utstyres med forprosesserende utstyr i dykkerens nærhet (dykkerklokke eller personlig utstyr) som reduserer virkningen av disse støyfaktorer. Noen få dykkerfirma har tatt i bruk en forforsterker i dykkerklokken for å bøte på dette. Det fins flere enkle former for signalomforming som er velkjent på landjorden. Noen av dem er blitt testet ved NUTEC over en 500 m lang overføring og utsatt for kontrollerte støykilder. Alle testede metoder, inklusiv enkel forforsterking, medførte store forbedringer i signal-/støyforholdsammenlignet med tradisjonelle system. De signal omformingsmetoder som ble testet var: Pro.10850/26.02 gl-tkajre/rev 7
- forforsterker - spenning/strøm-omforming - frekvensmodulasjon - deltamodulasjon - optisk fiber-overføring 1.6 AKUSTISK STØY ( current loop ) (FM) i klokke talesignalet ikke inneholde for mye Støy, som kan føre til feiltrigging av innånding genereres en kraftig bredbåndet støy som er svært volumet for å spare hørselen, med den følge at talen får for lavt nivå og diskriminatoren får så i oppgave å heve eller dempe volumet via en elektronisk volumkontroll. generende. Nå snakker ikke dykkeren under innånding, men støyen er opptrer på forskjellige tidspunkt gjør det enklere å fjerne eller dempe denne type støy. Kravet er bare at man konstruerer en diskriminator dermed blir mindre forståelig. Nettopp det faktum at støy og tale beskrevet i litteraturen egnet til elektronisk demping av slik støy. Slike annen støy uavhengig av dykkerens tale. Det finnes flere metoder metoder er også bruk i fly og helikopter. Dykkermasken med sin omgivelser og som oppfanges av denne. Det kan være motordur og størrelse representerer imidlertid et spesielt problem. 7 Det siktes her til akustisk støy som genereres i dykkermikrofonens Den viktigste støykilden er imidlertid selve pusteapparaturen. Ved så kraftig i forhold til talenivået at overflatepersonellet må dempe som klarer å avgjøre om det i øyeblikket foreligger støy eller tale. Denne For at støydempingsenheten skal fungere tilfredsstillende må d i sk r i min atoren. Pro10850/2602.91-TKA]RE/Rev. 7
JI ro -I ro cl-
E@rgi t 6runntonr Ov@rtonar Fq 1. 2 Energi Farmantr / / [in Fre kvens Fig. 1.3 ForstQrkning /OQmping HaLiurn Fig. 1.4
2 SIGNALOVERFØRING 2.1 INNLEDNING 2.2 TWO-WIRE ANLEGG (PUSH TO TALK) 2.3 FOUR-WIRE ANLEGG (ROUND ROBIN) 2.4 SOUND POWER 2.5 CURRENT LOOP 2.6 THROUGHWATER Pro. i 0850/26.02.91 -TKA/RE/Rev. 7
2 2 SIGNALOVERFØRING 2.1 INNLEDNING 2.1.1 Generelt For overføring av et talesignal finnes det pr. i dag mange metoder og systemer, hvor noen er svært enkle, andre til dels svært kompliserte, I prinsippet burde det være meget enkelt å overføre et talesignal den relativt korte avstanden fra dykkeren til overflaten, men i praksis viser det seg at selv de enkleste løsninger er vanskelig å få til å fungere tilfredsstillende over lengre tid. Hensikten med å bruke mer komplekse løsninger er ä forbedre signal-/støyforholdet og evt. overføre flere samtaler pr. kabel. En vanlig mikrofon har et meget lavt utgangssignal, i størrelsesorden noen millivoft. Støyfri overføring av et slik lavspenningssignal setter store krav til kabler, isolasjonsmotstand, plugger, korrekt plassering av signalkabler for å hindre overføring av støy fra effektkabler, og ikke minst, korrekt skjerming og jording. Dette er i praksis meget vanskelig, og er en av årsakene til at en prøver å utvikle mere støyimmune systemer. 2.1.2 Signaloverføring For overføring av et talesignal fra en dykker eller dykkerklokke til overflaten fins det 3 teknisk forskjellige løsninger. 1. Direkte sig naloverføring Signalet overføres direkte begge veier via to eller flere ledere som i en vanlig telefon. 2. Modulert eller kodet overføring Talesignalet moduleres eller kodes inn på et bæresignal. Det finnes i vanlig industriell eller militær kommunikasjon en rekke forskjellige systemer og metoder. Få av disse har fått noen praktisk anvendelse i d y k k ein du stri en. Pro. i 0850/26.02.91-TKAJRE/Rev. 7
Metoden er svært følsom for støykilder, f.eks. propell støy. Brukes 3. Akustisk overføring (gjennom vannet) Ved denne metoden overføres talesignal gjennom vann ved hjelp av en kombinert senderenhetlhydrofon. Talesignalet moduleres inn på en bærebølge (ca. 40 khz) for overføring gjennom vannet. pr. i dag kun til nødkommunikasjon. direkte overføring. Fordelen med å bruke slike løsninger er: 3 2.1.3 Oversikt over modulerte/kodede systemer De fleste av disse systemene er relativt kompliserte, sammenlignet med - vesentlig - overføring - mulighet - mulighet for overføring av andre signaler (f.eks. dykkerovervåking) for direkte signalbehandling i en digital (tale-) omformer av flere samtaler på en kabel forbedret støyimmunitet på samme kabel Mulige svakheter er: - medfører - drift - økt - mer komplisert opplegg for omkobling til reservesystem Oversikt over en del modulerte/kodede systemer: ASK - AM - SSB - FM - FSK - NBFM - PM - PWM - Amplitudeskift-nøkling Amplitudemodulering Enkelt Frekvensmodulering Frekvensskifte-nøkling Smallbåndsmodulering Fasemodulering Phase Pulsbreddemodulering sidebånd SingleSideband Frequency Shift Keying M od u I at io n Pro.10850/26 02 91-TKAJRE/Rev 7 Amplitude Modulation Pulse Width Modulation Amplitude Shift Keying Narrow Band Frequency Modulation Frequency Modulation en del elektronikk i dykkerklokken og vedlikehold setter større krav til kompetanse risiko for feil
- to-leder - coax - fiberoptikk Systemene har forskjellige krav til kabelopplegg: Time Multiplexing - Current Loop - PCM - Pulskodemodulering Strømsløyfe Tidsmultipleksing Pulse Code Modulation Pro.10850/26.Q291-TKA]RE/Rev. 7 en dykker kommunisere med en annen dykker. til dykker 1,2, klokke ellerallesamtidig. Deterogså en mulighetforå la Systemet er koblet slik at overflaten hele tiden hører dykkerne. Dykkeleder kan ved hjelp av en vender velge om han vil høre pä/snakke bra reservemulig het. utgjør muligheten til omkobling til to-leder et meget sikkert reserveopplegg. Både to-leder og fire-leder har derfor innebygget en meget Spesielt ved kabelbrudd/mikrofonbrudd i fire-leder (se neste kapittel) av høyttalerne, vil en fremdeles kunne opprettholde kommunikasjon. lavimpedansmikrofon. Hvis en skulle få skade på mikrofonene, eller en Hvis en ønsker bedre talekvalitet, kan en koble inn en separat hver dykker. Høyttalerne bør ha en impedans på mellom 3 og 16 ohm. Fordelen med fungerer høyttalerne i hjelmen både som mikrofon og høyttaler. denne koblingen er at det kun er nødvendig med en to-lederkabel til Figur 2.1 viser den prinsipielle oppkoblingen. Ved denne koblingen To-leder er den enkleste oppkoblingen for kommunikasjon. 2.2 TO-LEDER dykkeindustrien. Pr. i dag er det strømsløyfe current loop som er i praktisk bruk i 4
5 2.3 FIRE-LEDER ANLEGG ( ROUND RORIN ) I fire-leder eller round robin er det separate, skjermede kabler til mikrofon og høyttaler i hjelmen, ref. Figur 2.4 og 2.5. Ved denne oppkoblingen er det en såkalt åpen kommunikasjon, dvs, alle dykkerne kan høre hverandre samtidig. Dykkeleder kan kommunisere uten å aktivisere noen bryter på kommunikasjonsradioen. Dette kan medføre at støy fra dykkerkontrollen blir overført til dykkerne. Derfor blir det ofte installert en separat bryter for aktivisering av talerelé. Ved fire-leder anlegg kan det lett bli akustisk tilbakekobling, slik at anlegget går i selvsving, noe som umuliggjør normal tale kom m u ni k a sj on. Det er vanligvis separat volumkontroll for signal til og fra dykkerne. For navlestrenger lengre enn ca. 100 meter er det et absolutt krav at mikrofon og høyttalerkabler har separate skjermer. Til selve dykkeradioen kan en etter behov koble inn en ekstern høyttaler, båndopptaker eller hodetelefon. Mikrofonbryteren bryteren er fjærbelastet, slik at den alltid går tilbake til lyttestilling. Det er viktig at denne fungerer, slik at dykkeleder kan overvåke dykkerens kommunikasjon (pust) kontinuerlig. Ved korrekt kabelopplegg, korrekt bruk av skjerm/jording og bruk av mikrofoner/høyttalere med korrekt impedans, gir både to- og fire-leder en utmerket kommunikasjon ved dykking opptil 150-160 meter. Den største feilen som blir gjort er at mange mener det er sä enkelt at det ikke er nødvendig med vedlikehold. Det samme skjer ved oppkobling av mikrofoner/høyttalere i hjelm, omkobling mellom to- og fire-ledere, kobling av plugger, etc. Svært ofte gjøres det rene idiotfeil i forbindelse med slike omkoblinger. Pro. 10850/26.02.91 -TKA/RE/Rev. 7
6 Ved reparasjon/vedlikehold er det viktig å sjekke at mikrofoner/ høyttalere er koblet riktig, både i hjeim, plugger, navlestreng og på dykkeradio. Spesielt i nødsituasjoner som krever omkobling til reservekabler, etc. er det viktig å koble etter skjema og ikke etter hodet, og kontrollere at en ikke har krysskoblet, slik at systemet ikke fungerer korrekt. Helle-radioen er sannsynligvis en av de mest brukte dykkeradioene (se Figur 2.6 for oppkobling). 2.4 SOUND POWER Sound power telefonen virker uavhengig av enhver form for strøm forsyning. Både ringesignal og talesignal blir generert i telefonen. Sound power telefonen blir brukt som nødtelefon mellom klokke og overflate og mellom kammerkompleks og dykkerkontroll. Sound power krever et kabelpar i dykkerumbilical. Telefonen kobles ikke via taleomformer. Det finnes flere fabrikater. De fleste har vist seg å være meget driftsikre. Telefonen krever vedlikehold og ettersyn på lik linje med annet kom m u ni k asj on s utstyr. 2.5 STRØMSLØYFE Bruk av strømsløyfe som informasjonsbærer er en vel utprøvd og kjent teknikk. Den er meget driftsikker, og er i prinsippet en enkel teknisk ko n stru ksj on. Strømsløyfe består av en sender som virker som en konstant strømgenerator som styres av en eller annen signalgiver. I vårt tilfelle vil dette være mikrofonen. Strømmen går via en to-leder til en mottaker med meget lav inngangsimpedans, og tilbake til senderen (se Figur 2.8). Pro. i 0850/26.02.91-TKA/RE/Rev. 7
7 En strømsløyfe kan enten være bipolar (Figur 2.10) eller monopolar (Figur 2.11). Den bipolare har ikke noen likestrømskomponent i sendersignalet. Dette gjør at en kan bruke transformatorer i sendersløyfen, noe som kan være aktuelt for å gi økt beskyttelse mot spenningsstøt. En annen fordel er at en unngår at det oppstår korrosjon/tæring på kabler/plugger pga. elektrolyse, noe som lett kan oppstå ved kombinasjonen likestrøm/ sjøvann. Imidlertid er den bipolare kretsen noe mere komplisert enn den monopolare. En annen fordel med den monopolare, i tillegg til en enklere konstruksjon, er at når en bruker et strømområde som alltid er forskjellig fra null (f.eks. industri-standarden på 4-20 ma) kan en bruke signallederne også til strømforsyning av senderenheten. En strømsløyfe for kommunikasjon trenger ikke å være særlig nøyaktig. Hvis en bruker et strømområde på f.eks. 4-20 ma, vil strømmen være ca. 12 ma uten signal, og vil svinge ca. ±8 ma under bruk. Inngangs forsterker kan konstrueres til forskjellige mikrofon-typer. En viktig faktor er tilgjengelig drivspenning i senderen. Spenningen må alltid være høy nok til å drive signalet gjennom ledningsparet. Det er derfor viktig å vite hvor stor ohmsk motstand det skal være i sløyfen. Denne bør en måle när alt er normalt for å ha et utgangspunkt under eventuell feilsøking En strømsløyfe sender for dykkerkommunikasjon bør i alle fall ha drivspenning nok til en ca. 200 ohms total motstand i kabelen. En strømsløyfe for kommunikasjon består av følgende hovedelementer (se Figur 2.9): Senderenhet: 1. Mikrofon 2. Mikrofonforsterker 3. Spenning til strømomformer Pro. i 0850/26.02.91-TKAJRE/Rev. 7
8 Mottakerenhet: 1. Strøm til spenningsomformer 2. Signalforsterker 3. Høyttaler Pro. 10850/26 02.91 -TKAJREJRev. 7
TO TALK KOM5 INERT HØYTALER /MIKROFC FELLES UPI DOWN FORSTERKER UMBILICAL IMPEDANSE : 3 - l6ohm Fig. 2.1 Two wire prinsippskjema for en dykker.
PUSH TO TAU< <OMBINERT HOYTA.ER I MIKROON FELLESUP/ JOWNFORSTERKER UMBILICAL mpdansen p hode e[etonqn kan være 3 20 anqer sdrre enn mikrofonen. Impedanse 3-1 6ohm Fig.2.2 Two vire prin sipp skjema ved bruk av separat mikrofon/ höy hdyta1er i hjel.m.
c R ECORDER MICROPHDN TENDER Fig. 2.3 Two Wire Diver Speaker Connecticns (Hette)
fl.mikrofon VIKTIG: Felles jord for kommunikasjonsantegg. Separat skjerm for hodetelefoner og mikro toner. Separat hodetelefon og mi kraft n Fig. 2 1 Four wire prinsipp skjema for en dykker.
Dykker2 0Klakke Dykkeri o o Alle Oykkerl Dykker2 Klokke OMikrofon OMikrofon omikrofon Hdyt chdyt Hyt. )C > r< )( ) i r< )< -I ---- Urnbica i I >1 r 1 HodeHf. 0 Mic. Dykker i Dykker 2 Klokke Fig. 2.5 Four wire prinsippskjema.
Fig. 2 6 SEE ROUND ROBIN SPECI.L REQUZREMENTS
Il fl -fl N -4 :3-0 c LO :3- :3 0: 1. ni I I- = I 0 3 3 :3 (-i ni Fl ( i ci ni oj 0 :3 (ii ni ci ni ci -4 ni
MOTTAKLR Lav inngangsimpedans Höy utgangsimpedanse SEN DER Kansant strömgenerator Mikrofon Fig. 2.8 Strdms[oyfe - Prinsippskjema
HOYTALER MIKROFON FORSTERKER Fig. 2.9 Strdms[öyfe for kommunikasjon.
12V DC Overflate Dykkerklokke 12 VO C Ri R4 12VDC 1+ 12V DC R2 R2 Mikrofon Fig. 2.10 Sftdmstoyfe, separat strdmforsyning
12V0 Strdmforsyning overflaten. fra 12VDC. i 1. Ri R R2 R R2 Mikrofon I Overflate Dykkerk takke Dykkerk[akke Fig 2.11 Sh ömstoyfe, strdmtorsyning fra overflaten
3 HOVEDKOMPONENTER 3.1 MIKROFON 3.2 KABLER 3.3 UNDERVANNSKONTAKTER 3.4 FORFORSTERKER/KLOKKEUTSTYR 3.5 HELIUMTALEOMFORMER Pro. 10850/26.02.91-TKAJRE/Rev.7
to 2 3 HOVEDKOMPONENTER 3.2 KABLER 3.2.1 Generelt Når et signal blir overført fra dykkermikrofon og frem til høyttaler i dykkerkontrollrom går det ofte via mange forskjellige kabler: Gjennom dykker-navlestreng til koblingskabler og kontakter klokke, via en integrert klokke-navlestreng til koblingsboks ombord i dykkerfartøy. Så via skips-installasjonskabler til klokkekontrollrom, og endelig via koblingsledninger fram til taleomformer. På veien er der enhettige krav hva angår selve signaloverføringen, men miljøkravene gir rom for at det kan brukes høyst forskjellige kabeltyper på de forskjellige etappene. 3.2.2 Kabeltyper 3.2.2.1 Dykker-navlestreng Det er vanligvis en topars-kabel - vridde skjermete par med en påstøpt polyuretan ytterkappe, som blir benyttet til dykkerens kommunikasjons kabel. Lav vekt og minimum vannmotstand er generelle krav, men for å få frem best mulig signal bør man minimum ha 1 mm leder tverrsnitt ved bruk av tavohmige mikrofoner. 2 For å oppnå strekk- og slitestyrke brukes ofte en polyester-fletting ytterst (f.eks. Jaques Pnew-hydraulics). Sammenkobling mot plugg ved dykker er vanligvis det svakeste punktet på dykker kabelen. Dette er først og fremst pga. mekanisk stress når dykkeren arbeider, men selve skjøten er oftest ikke fagmessig godt nok utført heller. Erfaringsmessig blir ofte en av lederne litt kortere enn de andre inne i skjøten. og derved får den all mekanisk belastning alene. Pro. 10850/26.02.91-TKAJRE/Rev.7
3 () Vannlekkasje inn i kabelen vil normalt redusere isolasjon mot sjø og belaste signale-t, men med lavohmige anlegg behøver det ikke å medføre annet enn litt heving av støynivået. 3.2.2.2 Hovednavlestreng I dykkerklokkens navlestreng skal alle elektriske signaler overføres sammen med krafttilførsel, gass og varmtvanns-slanger. Kommunikasjonssignalene går ofte i to eller flere kabler, gjerne slik at lavnivåsignaler er best mulig skilt fra forsterkede signaler og med de mest kritiske signalene parallelikoblet for økt sikkerhet. Det er vanlig å bruke en ytterkappe av polyuretan-materiale på bevegelige undervannskabler. Polyuretan er imidlertid hygroskopisk og kablene vil derved over tid forandre sine elektriske egenskaper etterhvert som de blir mettet med vann. Polyetylen-isolasjon er svært motstandsdyktig mot vanninntrengning, men det er svært vanskelig å terminere og skjøte slik at dette materialet har bare en begrenset bruk. Det er viktig å kontrollere kabelens kapasitet med jevne mellomrom. øvre anbefalte grense for kapasitet er 500 nf. 3.2.2.3 Skipskabler Mellom koblingsboks for navlestreng og klokkekontrollrom blir ofte en standard skipskabel (feks. TCOP) for kommunikasjon brukt. Det har erfaringsmessig fungert bra dersom terminering av skjerm utføres riktig og kabelen ikke legges på kabelstiger sammen med store kraftkabler. Det er også viktig å separere lavnivåsignaler fra forsterkede signal. 3.2.2.4 Koblingskabler Siste stykket på veien, fra rekkeklemmer i kontrolirom og fram til taleomformer er det ofte installert kabler av udefinerbar opprinnelse og spesifikasjoner. Reparasjoner, feilsøking og modifikasjoner kan ha medført at skjerming og ruting også er direkte feil, og erfaringsmessig er Pro. 1O85O/26.O2.91-TKA/RE/Re,7
4 det mye å hente ved å gjennomføre enhetlige regler for kabeltyper, skjerm ing og ruting i kontrollrom og tavler. Generelt er det å anbefale at skjermede twistede i par kabler brukes for kommunikasjon. De bør monteres på galvaniserte ståltrau (kabelbroer) som kun brukes til signalkabler, eller i alle fall ligge godt separert fra kraftkabler. Hovedjord referansepunkt ligger ofte ved rekkeklemmer i kontrollrom og det er derfor viktig å terminere skjermjord ved rekkeklemme og holde skjermen isolert ved taleomformer. 3.2.3 Skjøting av kabler For skjøting av undervannskabler finnes en rekke teknikker. Vulk-tape og Scotch-cote er den gamle gode måten, men denne skjøten stiller svært store krav til håndtverkeren slik at alle kabeldeler får lik lengde og dermed lik fordeling av mekanisk belastning. Etter at de enkelte kordeler er koblet og isolert er det viktig at kabelen isoleres og tettes mens den har en viss strekkbelastning slik at skjøten ikke utsettes for forlengelse første gang den blir utsatt for mekanisk belastning under operasjonell bruk. Samme prinsipper gjelder også ved innstøping moulding. Mest anerkjente skjøte-metode for undervannskabler er påstøping av ny polyuretan-kappe over skjøtestedet. Mekanisk vil en slik påstøping fremstå som en fortykkelse av kabelen, og ved riktig utført skjøt kan man oppnå full mekanisk styrke og normal levetid av kabelen. Pro. 10850/26.02.91-TKA/RE/Rev.7
4 INSTALLASJON/STØYFOREBYGGING 41 GENERELT 4.2 STØYKILDER 4.3 MÅLING AV STØY 4.4 BEKJEMPELSE AV STØY 4.5 JORDSYSTEMER 4.6 KRAFTTILFØRSEL 4.7 SIGNALOVERFØRNG Pro. i 0850/26.02.91-TKAJRE/Rev. 7
- Gnister 2 4 INSTALLASJON/STØYFOREBYGGING 4.1 GENERELT Problemet med støy i elektriske og elektroniske anlegg er ikke nytt og er spesielt fremtredende for skipsanlegg. Begrepet betegnes ofte som elektromagnetisk interferens (EMI). Elektromagnetisk støy skaper ikke bare problemer for dykker kommunikasjon, men også for annet utstyr som er i bruk på et moderne dykkerfartøy, som gassanalysator, overvåkingsutstyr, prosessutstyr, vanlig radiokommunikasjon, DP-anlegg, etc. Elektromagnetisk støy forplanter seg omkring i følgende måter: anlegget vesentlig på - galvanisk, - kapasitiv - induktiv - stråling, dvs, direkte ledningsbundet støy kobling over kabler eller andre anleggsdeler kobling på tilsvarende måter som kapasitiv kobling f.eks. fra radioutstyr eller gnistdannelser 4.2 STØYKILDER Målinger ombord på skip har vist at praktisk talt alt elektrisk og elektronisk utstyr kan produsere støy. De viktigste kildene er: - Kraftelektroniske styringer, som veksel- og likerettere basert på tyristorer. - Pulserende likestrømmer i forbindelse med analoge styringer, måletransmittere av forskjellige typer for trykk, temperatur, nivå osv., med tilhørende strømforsyning. ved ut- og innkobling av reléer, kontaktorer, brytere osv. - Statiske gnistdannelser i lagre og andre roterende eller bevegelige deler. Pro. 10850/26.0291 -TKA/RL/Rev 7