CN104122408B - 一种用于水下轮式小车的速度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下轮式小车的速度测量装置，包括支架以及连接在支架上的测速轮、测速码盘、脉冲传感器和速度处理器，测速码盘与测速轮同轴固定连接，脉冲传感器通过信号线与速度处理器相连。测量时，测速轮跟随小车同步转动并带动测速码盘转动，测速码盘每转动设定角度，脉冲传感器向速度处理器输出脉冲信号，速度处理器处理得到测速码盘转速以及小车速度。本发明的用于水下轮式小车的速度测量装置为独立装置，与小车为可拆卸连接，测速轮设置双重防打滑措施，测速盘采用抗腐蚀性强的特殊材质，脉冲传感器具有良好的密封耐压性，整个测速装置简单可靠，测量精度高，特别适用水体环境。

Description

一种用于水下轮式小车的速度测量装置

技术领域

本发明涉及一种速度测量装置，特别涉及一种用于水下轮式小车的速度测量装置，属于测量技术领域。

背景技术

随着人类对于海洋资源的探索，海洋实力的发展越来越得到各国的重视。水下轮式小车由于具有操控性好，水下通过性强等多种优点而被广泛应用于水下探矿、水下作业及水下试验等多个方面。在各种水下作业中，经常需要测量水下轮式小车的运动速度。

目前较为常用的水下轮式小车速度测量工具为惯性导航系统(INS)，多普勒测速声纳(DVS)等。惯性导航系统(INS)利用惯性传感器测量被测运动体的加速度值，积分得出其速度值，对于速度的变化有较好的响应；但其算法较为复杂，成本较高，且受初态误差影响较大。多普勒测速声纳(DVS)通过比较发出声波与接收反射声波的频率计算出水下运动体的运动速度；但其基于漫反射试验环境，对于环境要求较高。显然，现有技术用于水下轮式小车的速度测量工具均存在较大的局限性。

现有技术中也有采用“五轮仪”测量汽车速度。五轮仪分为接触式和非接触式。接触式五轮仪为在汽车的尾部或侧面安装一个小巧的轮子接触路面，用它可以准确地测定汽车行驶的距离并计算出车速，以纸带方式记录或用数字显示。非接触式五轮仪装置由第五轮仪、传感器、二次仪表及安装机架等部分组成，采用非接触式光电成像原理，即用CCD和一种光电传感器通过对地面快速拍照并接收地面图像的变化，来达到速度测量的目的。

但是如果将上述用于汽车测速的五轮仪直接应用于水下轮式小车的测速，则存在明显的缺陷与不足：接触式五轮仪的测速轮由于水下摩擦力较小而容易打滑，磁感应装置的密封性、防腐蚀性较差，不能适应水体环境等；非接触式五轮仪装置的测速方法复杂、操作不便，光信号在水中传播的折射、延时等引起的测量误差较大，因而也不适用于水体环境。

实用新型专利：“一种水下运动体初始段0-70米有线测速器”，公告日：1999.12.29，公告号：CN2356320Y，公开了一种测量水下运动体(如鱼雷、导弹等)发射初始速度的水下测速装置，测速轮固定在支架上，与待测速物体通过测速线连接，测量时，测速装置通过固定于被测物体尾部的测速线带动测速轮转动，通过测量测速轮的转速得到被测物体的运动速度，属间接测量的方法。显然，上述测速装置受制于测速线的长度，只能在有限的范围内对被测物体速度进行测量，适用面窄，尤其不适用水下作业面大、作业距离长的轮式小车的测速。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的水下轮式小车测速装置存在的不适用水体环境、测量范围窄、测量方法复杂、测量精度低等缺陷与不足，提供一种用于水下轮式小车的测速装置，采用由测速轮、测速盘、传感器、支架等组成的独立测速装置，与小车为可拆卸连接，测速轮设置双重防打滑措施，测速盘采用抗腐蚀性强的特殊材质，脉冲传感器选用具有良好的密封耐压性的水下脉冲传感器，使整个测速装置完全适用水体环境，能够精确、方便地测量轮式小车的速度，测量精度和可靠性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于水下轮式小车的速度测量装置，所述速度测量装置包括固定支架、测速轮、测速码盘、脉冲传感器和速度处理器，所述固定支架包括支撑杆、轮轴、传感器固定杆和顶板，所述支撑杆的一端固定连接轮轴和传感器固定杆，另一端固定连接顶板，所述传感器固定杆与轮轴相垂直并且中心固定在支撑杆上对应轮轴的位置，所述传感器固定杆的长度大于测速轮的直径，所述顶板固定连接在水下轮式小车上，所述测速轮和测速码盘同轴安装在轮轴上并可绕轮轴转动，所述测速轮支撑于地面上，所述脉冲传感器固定安装在传感器固定杆的端部，所述脉冲传感器通过信号线与速度处理器相连，所述支撑杆上沿轴向还装有预紧弹簧，所述预紧弹簧的一端固定，另一端压在测速轮的外缘。

一种用于水下轮式小车的速度测量装置，所述测速码盘由纯铁制成。

一种用于水下轮式小车的速度测量装置，所述测速轮为不锈钢材质，表面硫化防滑橡胶。

一种用于水下轮式小车的速度测量装置，所述脉冲传感器包括第一脉冲传感器和第二脉冲传感器，所述第一脉冲传感器和第二脉冲传感器对称安装在传感器固定杆的两端，并分别通过信号线与速度处理器相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、测速轮设置双重防打滑措施。由于水下摩擦力较小，测速轮打滑几率相比陆地显著增大，会直接对速度测量精度造成影响，因此本发明的测速装置采用在测速轮上硫化防滑橡胶，并且通过预紧弹簧对测速轮所施加的径向预紧压力，双重设置增加测速轮的摩擦力，能够严格防止测速轮打滑跳动。

2、测速码盘选用纯铁材质，具有较好的抗腐蚀性，韧性和电磁性，既具有高可靠性的电磁转换保证(其它铁素体材料存在掉磁风险)，又具有较好的抗腐蚀性，防止水下环境生锈。

3、采用两个脉冲传感器同时采集脉冲信号，并通过特定运算得到更准确的测量值，可有效减小测量误差，保证测量精度。

4、本测量装置为独立结构，不依赖于水下结构物本身的外形及结构，并且能够方便安装与拆卸，适用面广，通用性强。

6、本速度测量装置，相较于传统的水下运动体速度测量装置，如光电式，DVL,惯导测量，具有环境适应性强的特点，在水下有烟尘，磁场等工况下均能正常工作。

附图说明

图1是本发明的用于水下轮式小车的速度测量装置的结构示意图。

图2是本发明的用于水下轮式小车的速度测量装置的安装示意图。

图中：固定支架1，支撑杆11，轮轴12，传感器固定杆13，顶板14，测速轮2，测速码盘3，脉冲传感器4，第一脉冲传感器41，第二脉冲传感器42，速度处理器5，预紧弹簧6，水下轮式小车7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供的水下轮式小车的速度测量装置由固定支架1、测速轮2、测速码盘3、脉冲传感器4、速度处理器5和预紧弹簧6组成。固定支架1包括支撑杆11、轮轴12、传感器固定杆13和顶板14，支撑杆11为主要支撑部件，一端固定连接轮轴12和传感器固定杆13，另一端固定连接顶板14。传感器固定杆13用于固定脉冲传感器4，传感器固定杆13与轮轴12相垂直，并且其中心固定在支撑杆11上对应轮轴12的位置，传感器固定杆13的长度大于测速轮2的直径。顶板14固定连接在水下轮式小车7上，连接方式优选可拆卸式固定连接，如螺栓连接，顶板块4用于将整个速度测量装置与小车7固定连接。测速轮2和测速码盘2同轴安装在轮轴12上并可绕轮轴承2转动，测速轮2支撑于地面上，小车运动时，测速轮2跟随转动并进一步带动码盘3转动。脉冲传感器4固定安装在传感器固定杆13的端部，因为传感器固定杆13的长度大于测速轮2的直径，并且其中心位于测速轮2的中心处，所以脉冲传感器4的位置位于测速轮2的外部，便于检测转动码盘的磁场变化。脉冲传感器4通过信号线与速度处理器5相连，速度处理器5安装在待测速的轮式小车上。脉冲传感器4选用具有良好的密封耐压措施、适用水体环境的水下脉冲传感器。支撑杆11上沿轴向装有预紧弹簧6，预紧弹簧6的一端固定，另一端压在测速轮2的外缘，用于向测速轮2施加预紧力。

工作原理：首先将本发明的速度测量装置固定安装在水下轮式小车7的底部。水下轮式小车7运动时，测速轮2由于与地面摩擦力的作用随之转动，同时带动测速码盘3同轴转动。测速码盘3每转动设定角度，脉冲传感器4感应磁场的变化并向速度处理器5输出相应的脉冲信号，速度处理器5根据规定时间内收到的脉冲信号数目，计算得到测速码盘3的转速，进一步计算可得到水下轮式小车的运动速度及行程信息。

测速码盘3优选纯铁材质。纯铁材质具有较高的抗腐蚀性和优良的电磁性能，特别适用于水体环境中，具有高可靠性的电磁转换保证(其它铁素体材料存在掉磁风险)，测量精度高。同时整个测量装置的结构也保证了磁路的绝缘，进一步提高了测量装置的可靠性和测量精度。

测速轮2的材质优选不锈钢。为进一步增大测速轮2与地面的摩擦力，还可以在测速轮2上硫化防滑橡胶，与预紧弹簧6一起构成测速轮2的双重防打滑措施，可靠保证测速轮2的纯滚动，防止出现打滑、跳动等，特别适用于摩擦力小的水体环境。

本发明提供的水下轮式小车的速度测量装置，优选地设置脉冲传感器为两个，即包括第一脉冲传感器41和第二脉冲传感器42，对称安装在传感器固定杆13的两端，并分别通过信号线与速度处理器5相连。测量时，两个脉冲传感器同时感应磁场变化并输出脉冲信号，如果在一个测量周期内，两个脉冲传感器所测量到的脉冲个数差值小于规定误差时，则将两个脉冲传感器所测脉冲个数的平均值作为测量值输出给速度处理器5；如果在一个测量周期内，两个脉冲传感器测得脉冲个数差值大于规定误差(如5个)时，则说明其中测量脉冲个数较少的脉冲传感器出现了丢码的问题，则将其测数据去除，只取测量较多的脉冲传感器所得脉冲个数输出给速度处理器5。采用两个脉冲传感器的设置，可以有效地消除过大的测量误差，提高测量精度。

Claims (4)

1.一种用于水下轮式小车的速度测量装置，其特征在于：所述速度测量装置包括固定支架(1)、测速轮(2)、测速码盘(3)、脉冲传感器(4)和速度处理器(5)，所述固定支架(1)包括支撑杆(11)、轮轴(12)、传感器固定杆(13)和顶板(14)，所述支撑杆(11)的一端固定连接轮轴(12)和传感器固定杆(13)，另一端固定连接顶板(14)，所述传感器固定杆(13)与轮轴(12)相垂直并且中心固定在支撑杆(11)上对应轮轴(12)的位置，所述传感器固定杆(13)的长度大于测速轮(2)的直径，所述顶板(14)固定连接在水下轮式小车(7)上，所述测速轮(2)和测速码盘(3)同轴安装在轮轴(12)上并可绕轮轴(12)转动，所述测速轮(2)支撑于地面上，所述脉冲传感器(4)固定安装在传感器固定杆(13)的端部，所述脉冲传感器(4)通过信号线与速度处理器(5)相连，所述支撑杆(11)上沿轴向还装有预紧弹簧(6)，所述预紧弹簧(6)的一端固定，另一端压在测速轮(2)的外缘。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下轮式小车的速度测量装置，其特征在于：所述测速码盘(3)由纯铁制成。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下轮式小车的速度测量装置，其特征在于：所述测速轮(2)为不锈钢材质，表面硫化防滑橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种用于水下轮式小车的速度测量装置，其特征在于：所述脉冲传感器(4)包括第一脉冲传感器(41)和第二脉冲传感器(42)，所述第一脉冲传感器(41)和第二脉冲传感器(42)对称安装在传感器固定杆(13)的两端，并分别通过信号线与速度处理器(5)相连。