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1、论磁罗经的发展前景摘要磁罗经是船舶上的助航仪器。其结构简单，使用可靠，造价低廉。目前在大、中、小型各类船舶上仍占有一席之地.随若科学技术的发展.新的技术理论的出现.古老的磁罗经技术将不断发扬光大，使其不仅具有原有的指北功能，更赋予了新的生命力，利用传感器技术的新型“磁罗经”系统将会展现出诱人的前景。关键词：磁罗经； 发展趋势； 陀螺罗经； 固态电子罗经； 传感器引言当今，电子技术高度发展、助航仪器与导航设备的自动化程度在不断提高、陀螺定向也得到广泛应用、电罗经普遍使用，磁罗经的地位也是不可低估的。船舶在海上航行，必须确定其航向。目前船舶上均使用罗经这种指向仪器，以引导船舶航行。SOLA S公约
2、规定:150总吨以上的船舶应装配磁罗经。船舶规范，PSC的检查都免不了磁罗经这一项。由此可见，如何充分认识磁罗经在使用中存在的主要问题以及解决这些问题从而充分发挥其在船舶上的作用仍然是值得探讨的一个问题。一、磁罗经的发现指南针是我国四大发明之一。据中外学者考证，不但指南针系我国最早发明，而且先于他国在航海上使用。传说，四千多年以前，中华民族的祖先黄帝轩辕氏和蛋尤交成于琢鹿，偶遇芒雾，由于黄帝战车装有指南针，终于取胜。大约在公元前一千多年，西周成王姬诵曾把指南车赠送给越裳氏，以防他返途迷失方向。在诸子百家书中，载有确实年代的，公元前300年战国末期，我国人民就已发现磁石存在，并了解了磁石吸铁的性
3、能。公元50年间东汉初期，人们已经利用磁石的指极性制成指向仪司南。此事在鬼谷子和韩非子论者中均有记载。1119年朱或着萍州可读记载“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南。”可见，那时从事航海业的人们已经掌握了天文、地文航海技术。明朝郑和是个勇敢的实践家，他曾经组织过七次下南洋，经过远渡重洋，最终曾到达过非洲东海岸。此举比哥伦布发现新大陆还早百余年。公元6181276年唐宋时代，阿拉伯、波斯、罗马等国商人，凡经海上取道来华经商的，其大部分愿意搭中国的航船。因为，他们认为中国航海人员具备了高超技能，航船上又装设着指向仪器一一磁罗经，保证航船既迅速又安全伪航行。一切事物总是不断发展的，磁罗经也
4、是不断加以完善。到十六世纪，制造出装于箱体内的液体磁罗经，这就更加便于操纵和观测，并能保持罗经的水平正值状态，防止了摇摆，克服了古指南针的弊病，保证了磁罗经的精度，成为航海的必备仪器。二、传统航海指向仪器的比较与发现指向仪器的现状 目前，船舶仍然使用传统的指向仪器磁罗经作为船舶的指向仪器，或使用磁罗经和陀螺罗经共同作为船舶的指向仪器。磁罗经指向可靠的优点，可以较好地弥补陀螺罗经容易发生故障、指向错误或不能指向的缺点。而陀螺罗经也弥补了磁罗经指向精度差，即指向误差大、且误差变化复杂的缺点。陀螺罗经不但为船舶航行提供精确的向位，还可以比较方便地将所指示的航向转换为信号，非常方便地传输到船舶上需要向
5、位的位置，并为ARPA、电子海图、自动舵等提供向位，可以说是船舶自动航行所必须的指向仪器。 但是，由于陀螺罗经结构复杂，是由众多的机械器件和电器器件组成的。陀螺罗经一般需要连续工作几十天、几个月甚至几年，因此航行中就比较容易发生故障。有时即使是发生一个很小的故障，就可能使整台罗经错误指向或不能指向。对此，现在一般采取的应对办法是当陀螺罗经不能指向时，用人工操舵按磁罗经指示的航向航行，而不能使用自动舵自动操舵航行，而其他需要输人航向的仪器则改为人工输人，降低了船舶自动化航行的程度和可靠性。而且这种情况必将影响到今后船舶自动化航行的进一步发展。综上所述，磁罗经在航海事业上的地位依然举足轻重。三、传
6、统磁罗经在现代航海事业上的发展局面：磁罗经使用的局限 1、自差影响指向精度 磁罗经是利用地磁场对磁针具有吸引力的现象而制成的一种航海指向仪器。当其在钢铁结构的船舶上使用时，由于船磁的影响而产生自差。因为自差是随着船舶所在磁纬度、航向倾斜情况的变化而变化的，因此造成磁罗经使用极大不便。但对于这个问题，理论和实践证明通过严格的自差校正，完全可以使得剩余自差不大于士2度。特别是对于中小型船舶上正装的标准罗经其剩余自差可以更小，因此，即使船舶驾驶员不参照自差表进行修正，其指向精度也可以和陀螺罗经相比拟，满足海上航行的要求。2、磁差影响船舶操纵磁罗经是以地球磁北作为航向基准，由于磁北与真北地理位置不一致
7、而造成磁差，磁差的存在也给航向的确定带来不便。将磁航向转换为真航向需要利用换算公式进行计算。另外，由于磁差是随着磁纬度的不同而不同，因而船舶驾驶员还要根据船舶所在的纬度在海图上查出其数值，并且还要注意磁差的性质。因此，要很好地使用磁罗经确实不是一件容易的事情。为了充分发挥磁罗经在船舶上的作用就很有必要对磁罗经做些改进工作。3、磁罗经管理使用不当易引发的问题 1、一些港作船舶在距岸很近的水域航行，经常利用罗经观测陆标、灯标方位来进行定位、导航，如果磁罗经指向不准确、误差太大将影响定位精度，甚至发生错误导航，给船舶安全带来威胁。例如:2006年3月20日2130时，隶属于浙江温岭市长安海运有限公司
8、的“长安119”轮在进营口老港航行至12#灯浮时，利用罗经观测灯标方位导航，因罗经没有按归定校正自差，罗经指向误差太大，引航员对情况估计不足，造成错误导航，船舶搁浅在营口港区12-13#灯浮之间的浅滩上。 2、在营口老港、大辽河水道航行时，因航道狭窄且弯多，航行时需修正风流压差、更要保持准确的航向操纵船舶，注意区分罗经航向与GPS航迹线的不同，充分发挥磁罗经的作用，才能避免碰撞搁浅等事故的发生。例如:2006年4月16日1850时，隶属于浙江岱山华翔海运有限公司的“安澜”轮在进港过程中，由于大辽河航道弯多，船长对风流压差情况估计不足，没有保持合理罗经航向，导致操纵不当船舶搁浅在营口11#灯浮附
9、近浅滩上。4、各航海领域磁罗经的使用现状1、随着GPS,AIS_电子海图、多功能雷达等仪器被船舶广泛使用以来，航海技术不断在提高，航海事业得到迅速发展。在电子航海仪器越来越被广泛应用，航海技术向数字化发展的同时，原始的航海方法不断地被废弃，古老的航海器具逐渐被人们所忽视。然而，当船舶发生紧急情况时，在一些特定条件下，现代先进的仪器无法使用，而原始的、不需要动力电源的导航仪器一一磁罗经往往能发挥出巨大作用。一些中小型船舶特别是港作船舶(拖轮、施工船舶、交通艇)对磁罗经的配备、使用、管理都达不到相关要求.了解港作船舶磁使用罗经的现状，找出不正确使用磁罗经的原因及改进办法，对于海上通航安全以及航海事
10、业发展有着十分重要的意义。2、现代海船配备了各种先进航海仪器，但指示船舶航向的仪器仅有陀螺罗经和磁罗经两种。磁罗经是一种传统的航海指向仪器，目前仍是船舶必备的航海仪器之一。磁罗经结构简单、性能可靠、经济耐用、特别是其不需要外界条件仅借助于地磁场作用力就可独立工作。磁罗经按使用范围分四种：一是安装在驾驶台顶露天甲板上，指向准确的标准罗经，二是安装在驾驶室内专供操舵使用的操舵罗经，三是在救生艇内供操纵救生艇时使用的救生艇罗经，四是安装在舵机房内，在使用应急舵时使用的应急罗经。因陀螺罗经电路、构造复杂，易发生故障、难以维修，并且存在速度、冲击等误差。港作船舶靠离泊频繁，所以大多数港作船舶只使用性能稳
11、定的液体磁罗经，其样式有柜式(立式)、台式、搁式、手提式等。其构造外型上虽各不同但主体部分大体一致，主要是由罗经盆、罗经柜、自差校正器三部分组成。罗经的核心部件是罗盘，受地磁作用指示航向。磁罗经也有缺点，安装在钢铁船舶上的磁罗经除受地磁力作用外，还将受到船舶磁场的影响，存在自差且经常变化，需要专业人员用自差校正器进行校正。3港作船舶磁使用罗经的现状调查与分析由于船舶导航定位系统的日益完善，特别是GPS,AIS、电子海图、多功能雷达等仪器在港用船舶上的迅速普及，使一些航海人员对磁罗经的科学使用、管理不够重视。在2007年3月至6月期间对营口港50艘港作船舶(拖轮、施工船舶、交通艇)进行调查，发现
12、41艘船舶磁罗经的装配、使用、管理、自差校正都达不到相关要求，占被调查船的82%，给海上航行安全带来很大隐患。四、对磁罗经技术在航海领域应用开发方面的回顾与展望 船舶指向仪器主要有两种:磁罗经和陀螺罗经。虽然陀螺罗经以地球真北作为航向基准，指向精度高，操作使用方便而受到多数船舶驾驶人员的偏爱，不过古老的磁罗经由于其结构简单、性能可靠、经济耐用、特别是其不需要动力电源而成为必备的导航仪器之一。然而，随着以信息和计算机技术为代表的高新技术的迅速发展，船舶正在向智能化、自动化和数字化方向发展，船上的各种导航仪器已不再是孤立的，而是组合在一起发挥组合导航的优势。磁罗经作为船舶必不可少的导航仪器之一，其
13、功能已从单纯的指示航向，发展为一个航向传感器，为雷达、ARPA、卫导等设备提供航向信息.目前，船舶要求配备A IS设备，由于AIS设备需要本船为它提供航向信号，对于那些要求配备A IS设备而又没有安装电罗经的船舶，就要由磁罗经向AIS提供航向信号。由于传统的磁罗经无法直接输出航向电信号，若要提供航向信息，必须利用磁场传感器直接敏感周围磁场，把随外界磁场变化的感应信号进行处理后，直接输出罗经航向，即电子磁罗经.它的输出已摆脱了传统磁罗经单一的模拟输出方式，可用数码管显示数字航向，并将航向方便地传送到需要显示航向的地方.由于电子磁罗经采用了计算机技术，除可完成指向功能外，还可以测量载体的姿态(ro
14、lling ,pitching , yawing)，自动地消除由于船舶摇摆而使罗经产生的摇摆误差及由船舶自身的船磁场使罗经产生的自差.输入当地的磁差后，罗经可直接显示船舶的真航向.与传统的磁罗经相比，电子磁罗经没有转动的机械部件，体积小、重量轻、数字显示、指向精度高，适应船舶自动化的要求，是磁罗经的发展方向。 1、传统航海指向仪器的未来发展方向1、采用数字技术处理磁罗经航向信号 以前的磁罗经复示器多采用电磁感应式或光电二极管式转换航向信号，晶体管放大信号，精确度和可靠性都比较差。现在采用数码检测技术和CPU处理航向信号，不但提高了磁罗经航向传输的精度，还可以通过对航向信号的处理，将磁差和自差消
15、除，使磁罗经也能和陀螺罗经一样，提供精确的向位并控制船舶自动航行。2、 提高陀螺仪的可靠性 现在船用陀螺罗经使用的陀螺仪(陀螺电机)，全部使用电动陀螺仪，工作时转子必须高速旋转，电流大、机械磨损大、误差大、故障率高，寿命短，是影响陀螺罗经指向性能的重要因素。未来可用体积小、精度高、寿命长的激光陀螺仪或性能更好的陀螺仪代替现在使用的电动陀螺仪，以提高陀螺罗经指向的可靠性和使用寿命。3、全部采用数字化技术处理和传输航向 现在的陀螺罗经一般采用信号电桥、随动变压器、交流自整角机、光电转换器等，测量和传输陀螺球航向至主罗经(刻度盘)和分罗经。测量精度低、故障率高，信号传输过程中不容易对信号进行再处理，
16、以消除有关指向误差和对信号的自动监测，影响了传输到其他仪器的航向精度及可靠性。若采用数字技术和CPU电路，将大幅度提高航向传输的精度和可靠性。4、增加罗经的自动监测功能 设置陀螺仪(球)主轴指向、主罗经指向、各复示器指向、电路故障、主要元器件故障和指向误差等的自动监测功能，当有关要素及器件发生变化时，能够自动检测故障原因、位置，并及时显示和发出报警，告知使用人员，以便采取及时正确的应对措施，确保陀螺航向信号源的可靠性。2、电子磁罗经 电子磁罗经的核心部分是磁性传感器，不同工作原理的磁传感器构成了不同类型的罗经.目前在航海上应用的磁性传感器的种类很多，主要有线圈式的、基于霍尔效应原理的、磁通门效应原理的、磁阻效应原理的和巨磁电阻效应原理的传感器.
