CN104502061B - 一种涌流在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涌流在线检测系统。它包括：一个涌流检测机构、一个固定支架、一个现场控制器、一个上位机和一个系统电源，所述涌流检测机构是一个安装固定在所述固定支架上并腾空固定在涌流测试水池中，所述现场控制器分别与所述涌流检测机构和所述上位机相连，该机构采用球型对称布局设计，所述涌流检测机构通过所述固定支架腾空固定在涌流测试水池中，所述现场控制器实现所述涌流检测机构的所有力传感信息的数字采集，同时获取所述涌流检测机构的姿态传感信息，并一起整合打包发送给所述上位机，所述上位机实现涌流冲击数据的实时在线采集和分析，所述系统电源完成整个系统的供电控制。该系统可以实现在线涌流冲击三维立体状态的采集和分析功能。

Description

一种涌流在线检测系统

技术领域

本发明涉涌流检测领域，特别是涉及一种用于水下应用环境中涌流在线检测系统。

背景技术

水下机器人在水下环境探测、监控、水中目标捕获及水下设施作业等方面取得巨大的实际应用成果，但水下机器人在作业过程中，需保持姿态、位置和运动状态的相对稳定，以便能够快速高效地完成相关测量、监测、监视和机械手动作等作业。当水下机器人在作业过程中遭遇到涌流干扰时，致使其出现横荡、垂荡、横摇、纵摇等姿态不稳定的问题。如何有效实现涌流信息的立体检测，为水下机器人控制提供参考和实验成为一个本领域的研究方向。

目前涌流模拟系统主要是采用推板和螺旋桨等方式实现涌流的模拟，但涌流信息的检测方法的研究却比较少，更缺少三维立体涌流干扰的检测方法研究和发明。

发明内容

本发明的目的在于要解决现有技术存在的问题，提供一种涌流在线检测系统，为实现水下作业的水下机器人等提供参考研究。

为解决上述技术问题，本发明的构思是：本发明以球型立体传感检测机构为基础，配合内部姿态传感器的角度姿态信息补偿矫正，采用多点信息数字采集和融合技术，来获得涌流冲击的三维立体信息。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种涌流在线检测系统。它包括：一个涌流检测机构、一个固定支架、一个现场控制器、一个上位机和一个系统电源，其特征在于所述涌流检测机构是一个安装固定在所述固定支架上并腾空固定在涌流测试水池中，所述现场控制器分别与所述涌流检测机构和所述上位机相连，实现所述涌流检测机构的所有力传感信息的数字采集，同时获取所述涌流检测机构的姿态传感信息，并一起整合打包发送给所述上位机，所述上位机实现涌流冲击数据的实时在线采集和分析，所述系统电源电连接涌流检测机构、现场控制器和上位机而完成整个系统的供电控制。

上述涌流检测机构采用球型对称布局设计，包括6个底板、8个侧挡片A、8个端挡片、8个侧挡片B、一个侧面支架、一个上下支架、24个球壳安装轴、24个力传感器、一个姿态传感器、一个垫块、一个螺母A和5个螺母B；6个所述底板中5个所述底板分别通过5个所述螺母B与所述上下支架和侧面支架相连，一个所述底板通过所述螺母A和垫块与所述上下支架相连；每个所述底板分别连接4个所述力传感器；在24个所述力传感器中8个所述力传感器分别经所述球壳安装轴分别连接固定8个所述侧挡片A，8个所述力传感器分别经所述球壳安装轴分别连接固定8个所述侧挡片B，8个所述力传感器分别经所述球壳安装轴分别连接固定8个所述端挡片；一个所述姿态传感器安装固定在所述上下支架上；整个所述检测涌流检测机构用于实现在线三维立体获取各个方向涌流冲击力的状态信息和角度信息，并通过自身的姿态传感器进行角度信息的补偿矫正，以获得准确的涌流冲击三维立体信息。

上述固定支架包括一个支撑杆、一个螺母、一个水平撑杆、一个竖直撑杆和一个三角架，所述水平撑杆与所述竖直撑杆通过所述螺母完成紧固连接，所述竖直撑杆与所述三角架采用电焊接固定连接，所述支撑杆通过内外螺纹连接方式与所述涌流检测机构的所述上下支架固定连接，所述支撑杆与所述水平撑杆采用螺栓固定连接，所述固定支架用于腾空固定所述涌流检测机构在涌流测试水池中。

上述现场控制器包括有微处理器、多路A/D数据转换电路、运放滤波电路、IIC接口电路、RS485接口电路、LED显示电路和电源电路，所述微处理器经所述多路A/D数据转换电路连接所述运放滤波电路，所述运放滤波电路连接所述涌流检测机构的力传感器，用于实现所述涌流检测机构的所有力传感器输出信号的放大、整形滤波和A/D高速模数转换，所述微处理器经所述IIC接口电路连接所述涌流检测机构的姿态传感器，用于实现涌流检测机构的内部姿态角度信息的获取，所述微处理器经所述RS485接口电路连接所述上位机，用于实现数据上传，所述微处理器连接所述LED显示电路实现所述现场控制器的状态显示，所述电源电路实现所述现场控制器的电源管理，所述现场控制器实现现场信号的采集和整合，同时完成数据的打包传输的功能。

上述上位机采用IBM笔记本电脑T520，通过对所述涌流检测机构获取的涌流冲击信息进行统一处理，并结合所述涌流检测机构的姿态角度信息进行角度信息的补偿矫正，最终计算获得准确的涌流冲击三维立体信息。

上述角度信息的补偿矫正主要采用所述姿态传感器采用MPU-9150九轴姿态传感模块，获得的姿态角度信息来修正由于安装和涌流冲击所造成的所述涌流检测机构的系统角度偏差，使得获得的三维立体冲击力信息更加准确可信。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用立体球型对称布局设计机构，采用立体传感检测机构获得涌流冲击的三维立体信息，配合内部姿态传感器的角度姿态信息补偿矫正，采用多点信息数字采集和融合技术，实现涌流冲击干扰情况下准确三维立体信息，为涌流研究提供进一步研究分析资料。

本发明的涌流在线检测系统可广泛适用于水下作业机器人的涌流冲击干扰研究。

附图说明

图1是本发明一个实施例的框图。

图2是图1示例中涌流检测机构的结构示意图的主剖视图。

图3是图1示例中涌流检测机构的结构示意图的俯视图。

图4是图1示例中涌流检测机构的结构示意图的侧视图。

图5是图3示例中涌流检测机构的力传感器（8）的结构图。

图6是图1示例中固定支架的结构示意图。

图7是图1示例现场控制器的框图。

图8是图1示例中涌流检测机构的力传感器布局图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

如图1所示，在本涌流在线检测系统中包括：一个涌流检测机构（100）、一个固定支架（201）、一个现场控制器（202）、一个上位机（203）和一个系统电源（204），其特征在于所述涌流检测机构（100）是一个安装固定在所述固定支架（201）上并腾空固定在涌流测试水池中，所述现场控制器（202）分别与所述涌流检测机构（100）和所述上位机（203）相连，实现所述涌流检测机构（100）的所有力传感信息的数字采集，同时获取所述涌流检测机构（100）的姿态传感信息，并一起整合打包发送给所述上位机，所述上位机（203）实现涌流冲击数据的实时在线采集和分析，所述系统电源（204）完成整个系统的供电控制。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图2、图3、图4和图5，所述涌流检测机构（100）采用球型对称布局设计，包括6个底板（1）、8个侧挡片A(2)、8个端挡片（3）、8个侧挡片B（4）、一个侧面支架（5）、一个上下支架（6）、24个球壳安装轴（7）、24个力传感器（8）、一个姿态传感器（9）、一个垫块（10）、一个螺母A（11）和5个螺母B（12）；6个所述底板（1）中5个所述底板（1）分别通过5个所述螺母B（12）与所述上下支架（6）和侧面支架（5）相连，一个所述底板（1）通过所述螺母A（11）和垫块（10）与所述上下支架（6）相连；每个所述底板（1）分别连接4个所述力传感器（8）；在24个所述力传感器（8）中8个所述力传感器（8）分别所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述侧挡片A(2)，8个所述力传感器（8）分别经所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述侧挡片B(4)，8个所述力传感器（8）分别经所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述端挡片(3)；一个所述姿态传感器（9）安装固定在所述上下支架（6）上；整个所述涌流检测机构（100）用于实现在线三维立体获取各个方向涌流冲击力的状态信息和角度信息，并通过自身的姿态传感器进行角度信息的补偿矫正，以获得准确的涌流冲击三维立体信息。

所述姿态传感器（9）采用MPU-9150九轴姿态传感模块。

所述力传感器（8）的主视和俯视图如图5所示，采用电阻应变式压力应传感器，完成力/电转换功能。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图6，所述固定支架（201）包括一个支撑杆（101）、一个螺母（102）、一个水平撑杆（103）、一个竖直撑杆（104）和一个三角架（105），所述水平撑杆（103）与所述竖直撑杆（104）通过所述螺母（102）完成紧固连接，所述竖直撑杆（104）与所述三角架（105）采用电焊接固定连接，所述支撑杆（101）通过内外螺纹连接方式与所述涌流检测机构（100）的所述上下支架（6）固定连接，所述支撑杆（101）与所述水平撑杆（103）采用螺栓固定连接，所述固定支架（201）用于腾空固定所述涌流检测机构（100）在涌流测试水池中。

实施例四：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图7，所述现场控制器（202）包括有微处理器（301）、多路A/D数据转换电路（302）、运放滤波电路（303）、IIC接口电路（304）、RS485接口电路（305）、LED显示电路（306）和电源电路（307）。

所述微处理器（301）经所述多路A/D数据转换电路（302）连接所述运放滤波电路（303），所述运放滤波电路（303）连接所述涌流检测机构（100）的力传感器（8），用于实现所述涌流检测机构（100）的所有力传感器输出信号的放大、整形滤波和A/D高速模数转换。

所述微处理器（301）经所述IIC接口电路（304）连接所述涌流检测机构（100）的姿态传感器（9），用于实现涌流检测机构（100）的内部姿态角度信息的获取。

所述微处理器（301）经所述RS485接口电路（305）连接所述上位机（203），用于实现数据上传。

所述微处理器（301）连接所述LED显示电路（306）实现所述现场控制器（202）的状态显示，所述电源电路（307）实现所述现场控制器（202）的电源管理。

所述现场控制器（202）实现现场信号的采集和整合，同时完成数据的打包传输的功能。

实施例五：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图8，所述涌流检测机构（100）中共有24个所述力传感器（8），其布局采用立体全对称布局方式，以便更好地获取涌流三维立体冲击信息。整个坐标系采用三轴坐标模式，a、b为固定长度，则对应24个所述力传感器（8）的坐标数据为：（x，y，z），具体为（a,b,b），（a,b,-b），（a,-b,b），（a,-b,-b）；（-a,b,b），（-a,b,-b），（-a,-b,b），（-a,-b,-b）；（b,a,b），（b,a,-b），（-b,a,b），（-b,a,-b），（b,-a,b），（b,-a,-b），（-b,-a,b），（-b,-a,-b），（b,b,a），（b,-b,a），（-b,b,a），（-b,-b,a），（b,b,-a），（b,-b,-a），（-b,b,-a），（-b,-b,-a）。

该系统采用立体球型对称布局设计机构，采用立体传感检测机构获得涌流冲击的三维立体信息，配合内部姿态传感器的角度姿态信息补偿矫正，采用多点信息数字采集和融合技术，可以实现对涌流冲击的三维立体信息的准确在线采集功能。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种涌流在线检测系统，它包括：一个涌流检测机构（100）、一个固定支架（201）、一个现场控制器（202）、一个上位机（203）和一个系统电源（204），其特征在于所述涌流检测机构（100）安装固定在所述固定支架（201）上并腾空固定在涌流测试水池中，所述现场控制器（202）分别与所述涌流检测机构（100）和所述上位机（203）相连，实现所述涌流检测机构（100）的所有力传感信息的数字采集，同时获取所述涌流检测机构（100）的姿态传感信息，并一起整合打包发送给所述上位机（203），所述上位机（203）实现涌流冲击数据的实时在线采集和分析，所述系统电源（204）电连接涌流检测机构（100）、现场控制器（202）和上位机（203）而完成整个系统的供电控制；所述涌流检测机构（100）采用球型对称布局设计，包括6个底板（1）、8个侧挡片A(2)、8个端挡片（3）、8个侧挡片B（4）、一个侧面支架（5）、一个上下支架（6）、24个球壳安装轴（7）、24个力传感器（8）、一个姿态传感器（9）、一个垫块（10）、一个螺母A（11）和5个螺母B（12）；6个所述底板（1）中5个所述底板（1）分别通过5个所述螺母B（12）与所述上下支架（6）和侧面支架（5）相连，一个所述底板（1）通过所述螺母A（11）和垫块（10）与所述上下支架（6）相连；每个所述底板（1）分别连接4个所述力传感器（8）；在24个所述力传感器（8）中8个所述力传感器（8）分别经所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述侧挡片A(2)，8个所述力传感器（8）分别经所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述侧挡片B(4)，8个所述力传感器（8）分别经所述球壳安装轴（7）分别连接固定8个所述端挡片(3)；一个所述姿态传感器（9）安装固定在所述上下支架（6）上；所述力传感器（8）采用电阻应变式压力传感器，完成力/电转换功能；所述姿态传感器（9）采用MPU-9150九轴姿态传感模块；整个所述涌流检测机构（100）用于实现在线三维立体获取各个方向涌流冲击力的状态信息和角度信息，并通过自身的姿态传感器进行角度信息的补偿矫正，以获得准确的涌流冲击三维立体信息。

2.根据权利要求1所述一种涌流在线检测系统，其特征在于：所述固定支架（201）包括一个支撑杆（101）、一个螺母（102）、一个水平撑杆（103）、一个竖直撑杆（104）和一个三角架（105），所述水平撑杆（103）与所述竖直撑杆（104）通过所述螺母（102）完成紧固连接，所述竖直撑杆（104）与所述三角架（105）采用电焊接固定连接，所述支撑杆（101）通过内外螺纹连接方式与所述涌流检测机构（100）的所述上下支架（6）固定连接，所述支撑杆（101）与所述水平撑杆（103）采用螺栓固定连接，所述固定支架（201）用于腾空固定所述涌流检测机构（100）在涌流测试水池中。

3.根据权利要求1所述一种涌流在线检测系统，其特征在于：所述现场控制器（202）包括有微处理器（301）、多路A/D数据转换电路（302）、运放滤波电路（303）、IIC接口电路（304）、RS485接口电路（305）、LED显示电路（306）和电源电路（307），所述微处理器（301）经所述多路A/D数据转换电路（302）连接所述运放滤波电路（303），所述运放滤波电路（303）连接所述涌流检测机构（100）的力传感器（8），用于实现所述涌流检测机构（100）的所有力传感器（8）输出信号的放大、整形滤波和A/D高速模数转换，所述微处理器（301）经所述IIC接口电路（304）连接所述涌流检测机构（100）的姿态传感器（9），用于实现涌流检测机构（100）的内部姿态角度信息的获取，所述微处理器（301）经所述RS485接口电路（305）连接所述上位机（203），用于实现数据上传，所述微处理器（301）连接所述LED显示电路（306）实现所述现场控制器（202）的状态显示，所述电源电路（307）实现所述现场控制器（202）的电源管理，所述现场控制器（202）实现现场信号的采集和整合，同时完成数据的打包传输的功能。

4.根据权利要求1所述一种涌流在线检测系统，其特征在于：所述上位机（203）采用IBM笔记本电脑T520，通过对所述涌流检测机构（100）获取的涌流冲击信息进行统一处理，并结合所述涌流检测机构（100）的姿态角度信息进行角度信息的补偿矫正，最终计算获得准确的涌流冲击三维立体信息。

5.根据权利要求1所述一种涌流在线检测系统，其特征在于：所述角度信息的补偿矫正主要采用所述姿态传感器（9），该姿态传感器（9）采用MPU-9150九轴姿态传感模块，获得的姿态角度信息来修正由于安装和涌流冲击所造成的所述涌流检测机构（100）的系统角度偏差，使得获得的三维立体冲击力信息更加准确可信。