CN102914291A - 一种自容式系泊姿态监测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自容式系泊姿态监测装置与方法，本发明采用独立的存储和电池供电的自容式传感器数据采集装置来进行测量并存储锚链上某点的水深及倾斜角度，具有以下优点：低功耗，监测持续时间长；数据存储容量大；可自由设定采样时间，采样时长，休眠时间和采样频率；具有圆柱形外壳，体积小，方便于水下安装；金属密闭外壳，具有防水耐压特点。本发明一种自容式系泊姿态监测方法，为通过系泊姿态间接测量系泊受力提供数据依据。由系泊姿态间接地测量系泊受力与传统直接测锚链顶端受力的监测方案相比，避免了摩擦及波频运动等引起的误差，能够比较真实地反映出系泊受力情况。

Description

一种自容式系泊姿态监测装置与方法

技术领域

本发明涉及海洋浮式平台系泊姿态的监测领域，特别涉及一种自容式系泊姿态监测装置与方法。

背景技术

悬链线锚泊定位系统在海洋浮式平台的定位中占有非常重要的作用。在波浪、海流、台风等环境外力综合作用下，系泊锚链提供水平回复力以保持浮体的定位。根据锚链线内张力的变化规律及系泊系统动力响应，可得到系泊系统与上端浮体的相互影响关系，从而可验证锚链设计是否合理，并对今后系泊系统的设计起指导性作用。由此可知，对系泊系统进行监测是非常重要的。

对于系泊系统的监测，许多生产平台采用通过监测系泊锚链止缆器顶端张力的方式直接获得系泊力。止缆器只能测得锚链静止时受力，无法测量海流、波浪等引起的波频运动。而且由于摩擦等因素，直接测量方式得到的系泊力误差较大，不能真实地反映系泊受力情况。因此，可以考虑通过监测系泊锚链的姿态来获得系泊力，完成系泊系统的监测任务。

目前水下测量仪器大多采用电缆连接式，即通过电缆给传感器供电，同时把水中传感器的信号通过电缆传送回水上终端进行处理。海洋浮式平台靠系泊锚链的收放进行重新定位，在水下拉线会受到限制。鉴于无线传耗电量较大，无法保证持续长久的工作，可以考虑采用独立的存储和电池供电的自容式传感器数据采集装置来进行测量。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中的技术问题，提供一种自容式系泊姿态监测装置与方法，本发明能够实时地测量并存储锚链上某点的水深及倾斜角度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自容式系泊姿态监测装置的圆柱形密封外壳7内设有：电池架、微处理器模块1、存储器模块10、时钟管理器模块3、倾角传感器及AD模块9、总线模块2、水深计模块8、水深计探头6、电源管理模块4及大容量电池5；所述总线模块2竖直放置，微处理器模块1、存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3、电源管理模块4从上至下依次垂直地放置于总线模块2电路板上，并与总线模块2信号连接；电源管理模块4通过总线模块2为微处理器模块1、存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3及水深计模块8提供电源，微处理器模块1通过总线模块2与存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3连接；所述电池架放置在总线模块2的下端，大容量电池5安装于电池架上，且通过排线与电源管理模块4连接；所述水深计探头6安装在圆柱形密封外壳7的底部，并通过排线与水深计模块8相连接；所述水深计模块8通过导线12连接到总线模块2上，并通过总线模块2与倾角传感器及AD模块9连接；所述微处理器模块1上端设有外部通讯接口11。

其中，所述大容量电池5采用两节高能锂亚电池串联而成，并通过电源管理模块4上的稳压芯片提供3.3V、5V及7.2V的电压值，微处理器模块1、存储器模块10以及时钟管理器模块3需要3.3V恒压供电，水深计模块8供电需要5V恒压供电，倾角传感器及AD模块9需要5V供电以及7.2V给AD模块利用。

其中，所述微处理器模块1的处理器型号为MSP430F149，存储器模块10的存储卡采用2G的TF卡，时钟管理模块3采用实时时钟芯片型号为PCF8563。

其中，采用总线的方式进行各个模块间的通信。

其中，各个模块选用低功耗元器件，整套装置功耗低、监测时间长。

其中，结合了倾角传感器与水深计，同时采集测量点的水深与倾斜角度信息。

其中，该装置具有多种方式的数据读取形式；在测量结束，打开密封外壳后，可以通过外部接口读出数据；SD卡具有文件系统管理功能，亦可取出SD卡，通过PC终端对数据进行直接读取。

其中，通过外部通讯接口11进行相关参数的设定，包括启动时间、测量时间间隔、测量时长、测量频率。

一种自容式系泊姿态监测方法，具体包括以下步骤：

步骤100：浮式平台16每条系泊锚链13上间隔地安装两个自容式系泊姿态监测装置15；

步骤200：上述两个自容式监测装置15按照此前设定的时间自动启动；

步骤300：上述两个自容式监测装置15按照设定的采样频率及采样时长，通过水深计模块8和倾角传感器及AD模块9分别采集安装位置处水深及锚链倾斜角度，并存入存储器模块10中；

步骤400：待到达预计监测时间后，将上述两个自容式系泊姿态监测装置15从海底取出并读出采集到的监测信息，从而获得系泊的姿态信息。

有益效果：本发明一种自容式系泊姿态监测装置具有以下优点：

1、低功耗，监测持续时间长；

2、数据存储容量大；

3、可自由设定采样时间，采样时长，休眠时间和采样频率；

4、具有圆柱形外壳，体积小，方便于水下安装；

5、金属密闭外壳，具有防水耐压特点。

本发明一种自容式系泊姿态监测方法，为通过系泊姿态间接测量系泊受力提供数据依据。由系泊姿态间接地测量系泊受力与传统直接测锚链顶端受力的监测方案相比，避免了摩擦及波频运动等引起的误差，能够比较真实地反映出系泊受力情况。

附图说明

图1为本发明一种自容式系泊姿态监测装置的结构示意图。

图2为本发明一种自容式系泊姿态监测方法的实施图。 

附图标识：1-微处理器模块，2-总线模块，3-时钟管理器模块，4-电源管理模块，5-大容量电池，6-水深计探头，7-圆柱形密封外壳，8-水深计模块，9-倾角传感器及AD模块，10-存储器模块，11-外部通讯接口，12-导线，13-系泊锚链，14-立管，15-自容式系泊监测装置，16浮式平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明一种自容式系泊姿态监测装置的圆柱形密封外壳7内设有：电池架、微处理器模块1、存储器模块10、时钟管理器模块3、倾角传感器及AD模块9、总线模块2、水深计模块8、水深计探头6、电源管理模块4及大容量电池5；所述总线模块2竖直放置，微处理器模块1、存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3、电源管理模块4从上至下依次垂直地放置于总线模块2电路板上，并与总线模块2信号连接；电源管理模块4通过总线模块2为微处理器模块1、存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3及水深计模块8提供电源，微处理器模块1通过总线模块2与存储器模块10、倾角传感器及AD模块9、时钟管理器模块3连接；所述电池架放置在总线模块2的下端，大容量电池5安装于电池架上，且通过排线与电源管理模块4连接；所述水深计探头6安装在圆柱形密封外壳7的底部，并通过排线与水深计模块8相连接；所述水深计模块8通过导线12连接到总线模块2上，并通过总线模块2与倾角传感器及AD模块9连接；所述微处理器模块1上端设有外部通讯接口11，并通过外部通讯接口11与上位机相连设置采集时间、采样时长、休眠时间和采样频率，此参数将会保存在微处理器模块1的FLASH中。仪器回收后数据可通过外部通讯接口11传至上位机，进行数据处理，也可以将存储卡从存储器模块10中拔出直接由PC机读取。

其中，所述大容量电池5采用两节高能锂亚电池串联而成，并通过电源管理模块4上的稳压芯片提供3.3V、5V及7.2V的电压值，微处理器模块1、存储器模块10以及时钟管理器模块3需要3.3V恒压供电，水深计模块8供电需要5V恒压供电，倾角传感器及AD模块9需要5V供电以及7.2V给AD模块利用。

其中，所述微处理器模块1的处理器型号为MSP430F149，存储器模块10的存储卡采用2G的TF卡，时钟管理模块3采用实时时钟芯片型号为PCF8563，实时时钟为系统提供准确的时间，系统休眠时采用报警模式定时产生中断信号唤醒微处理器模块1，还能充当外部看门狗防止微处理器模块1死机或者程序跑飞。

其中，采用总线的方式进行各个模块间的通信。

其中，各个模块选用低功耗元器件，整套装置功耗低、监测时间长。

其中，结合了倾角传感器与水深计，同时采集测量点的水深与倾斜角度信息。

其中，一种自容式系泊姿态监测装置具有多种方式的数据读取形式：在测量结束，打开密封外壳后，可以通过外部接口读出数据；SD卡具有文件系统管理功能，亦可取出SD卡，通过PC终端对数据进行直接读取。

其中，通过外部通讯接口11进行相关参数的设定，包括启动时间、测量时间间隔、测量时长、测量频率。

参照图2，本发明一种自容式系泊姿态监测方法，其原理是根据系泊锚链13上两个测量点的水深和系泊倾斜角度的信息，结合系泊锚链13设计的悬链线理论，推出系泊的姿态信息，具体包括以下步骤：

步骤100：浮式平台16每条系泊锚链13上间隔地安装两个自容式系泊姿态监测装置15；

步骤200：上述两个自容式监测装置15按照此前设定的时间自动启动；

步骤300：上述两个自容式监测装置15按照设定的采样频率及采样时长，通过水深计模块8和倾角传感器及AD模块9分别采集安装位置处水深及锚链倾斜角度，并存入存储器模块10中；

步骤400：待到达预计监测时间后，将上述两个自容式系泊姿态监测装置15从海底取出并读出采集到的监测信息，从而获得系泊的姿态信息。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种自容式系泊姿态监测装置，其特征在于，所述一种自容式系泊姿态监测装置的圆柱形密封外壳（7）内设有：电池架、微处理器模块（1）、存储器模块（10）、时钟管理器模块（3）、倾角传感器及AD模块（9）、总线模块（2）、水深计模块（8）、水深计探头（6）、电源管理模块（4）及大容量电池（5）；所述总线模块（2）竖直放置，微处理器模块（1）、存储器模块（10）、倾角传感器及AD模块（9）、时钟管理器模块（3）、电源管理模块（4）从上至下依次垂直地放置于总线模块（2）电路板上，并与总线模块（2）信号连接；电源管理模块（4）通过总线模块（2）为微处理器模块（1）、存储器模块（10）、倾角传感器及AD模块（9）、时钟管理器模块（3）及水深计模块（8）提供电源，微处理器模块（1）通过总线模块（2）与存储器模块（10）、倾角传感器及AD模块（9）、时钟管理器模块（3）连接；所述电池架放置在总线模块（2）的下端，大容量电池（5）安装于电池架上，且通过排线与电源管理模块（4）连接；所述水深计探头（6）安装在圆柱形密封外壳（7）的底部，并通过排线与水深计模块（8）相连接；所述水深计模块（8）通过导线（12）连接到总线模块（2）上，并通过总线模块（2）与倾角传感器及AD模块（9）连接；所述微处理器模块（1）上端设有外部通讯接口（11）。

2.根据权利要求1所述的一种自容式系泊姿态监测装置，其特征在于，所述大容量电池（5）采用两节高能锂亚电池串联而成，并通过电源管理模块（4）上的稳压芯片提供3.3V、5V及7.2V的电压值，微处理器模块（1）、存储器模块（10）以及时钟管理器模块（3）需要3.3V恒压供电，水深计模块（8）供电需要5V恒压供电，倾角传感器及AD模块（9）需要5V供电以及7.2V给AD模块利用。

3.根据权利要求1所述的一种自容式系泊姿态监测装置，其特征在于，所述微处理器模块（1）的处理器型号为MSP430F149，存储器模块（10）的存储卡采用2G的TF卡，时钟管理模块（3）采用实时时钟芯片型号为PCF8563。

4.根据权利要求1所述的一种自容式系泊姿态监测装置，其特征在于，采用总线的方式进行各个模块间的通信。

5.根据权利要求1所述的一种自容式系泊姿态监测装置，其特征在于，通过外部通讯接口(11)进行相关参数的设定，包括启动时间、测量时间间隔、测量时长、测量频率。

6.一种自容式系泊姿态监测方法，具体包括以下步骤：

步骤100：浮式平台（16）每条系泊锚链（13）上间隔地安装两个自容式系泊姿态监测装置（15）；

步骤200：上述两个自容式监测装置（15）按照此前设定的时间自动启动；

步骤300：上述两个自容式监测装置（15）按照设定的采样频率及采样时长，通过水深计模块（8）和倾角传感器及AD模块（9）分别采集安装位置处水深及锚链倾斜角度，并存入存储器模块（10）中；

步骤400：待到达预计监测时间后，将上述两个自容式系泊姿态监测装置（15）从海底取出并读出采集到的监测信息，从而获得系泊的姿态信息。

Images