CN105004505B - 一种点阵式涌流检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点阵式涌流检测系统。它包括：点阵式涌流检测机构、现场控制器、姿态传感器、上位机和系统电源，点阵式涌流检测机构是一个安装固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，现场控制器分别与点阵式涌流检测机构、姿态传感器和上位机相连，该机构采用平面点阵采集方式进行涌流检测，现场控制器实现点阵式涌流检测机构中的所有所述圆形有机玻璃管中水位信息的数字采集，同时获取点阵式涌流检测机构的姿态传感信息，并一起整合打包发送给上位机，上位机实现涌流冲击数据的实时在线采集和分析，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的平面刨面状态的采集和分析功能。

Description

一种点阵式涌流检测系统

技术领域

本发明涉涌流检测领域，特别是涉及一种点阵式涌流检测系统，用于水下应用环境中涌流在线检测。

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，更缺少涌流平面解刨采集检测方面的研究和发明。

发明内容

本发明的目的在于要解决现有技术存在的问题，提供一种点阵式涌流检测系统，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：本发明以平面点阵采集方式为基础，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，来获得涌流冲击的平面刨面解析信息。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种点阵式涌流检测系统，包括：一个点阵式涌流检测机构、一个现场控制器、一个姿态传感器、一个上位机和一个系统电源，其特征在于所述点阵式涌流检测机构安装固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，所述现场控制器分别与所述点阵式涌流检测机构和所述姿态传感器相连，点阵式涌流检测机构和现场控制器与所述上位机相连，实现所述点阵式涌流检测机构中的所有圆形有机玻璃管中水位信息的数字采集，同时获取所述点阵式涌流检测机构的姿态传感信息，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姿态传感器、点阵式涌流检测机构、现场控制器和上位机而完成整个系统的供电控制，实现在线涌流冲击的平面刨面状态的采集和分析功能。

上述点阵式涌流检测机构采用平面点阵采集方式进行涌流检测，包括9根圆形有机玻璃管、1个固定平板、9个水位传感器、9个上螺母、9个上垫片、9个下螺母和9个下弹簧垫片，9根所述圆形有机玻璃管分别通过所述上螺母、所述上垫片、所述下螺母和所述下弹簧垫片固定在所述固定平板上，所述固定平板用于实现固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，在所述圆形有机玻璃管内部置有所述水位传感器，并分别用线引出汇聚连接到所述现场控制器，在所述固定平板上放置有所述姿态传感器，所述姿态传感器和现场控制器分别固定在所述固定平板上，所述水位传感器用于实现水位信息的数据采集；所述姿态传感器采用MPU-9150九轴姿态传感模块；整个所述点阵式涌流检测机构用于实现对涌流的在线平面刨面解析，获取涌流冲击力的平面分布状态信息，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平面刨面解析信息。

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点阵式涌流检测机构的水位传感器，用于实现所述点阵式涌流检测机构的所有水位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接口电路连接所述姿态传感器，用于实现点阵式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，通过对所述点阵式涌流检测机构获取的涌流冲击信息进行统一处理，通过水位信息转换为涌流冲力，并结合所述点阵式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，该姿态传感器采用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点阵式涌流检测机构的系统角度偏差，使得获得的涌流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：本发明采用平面点阵刨面解析方式进行涌流冲击力的检测与采集，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平面解析数据信息，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和河道洋流等水流冲击的研究。

附图说明

图1是本发明一个实施例的系统结构电路框图。

图2是图1示例中点阵式涌流检测机构的结构示意图的主视图。

图3是图1示例中点阵式涌流检测机构的结构示意图的侧视图。

图4是图1示例中点阵式涌流检测机构的结构示意图的俯视图。

图5是图1示例现场控制器的电路结构框图。

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：一个点阵式涌流检测机构(5)、一个现场控制器(3)、一个姿态传感器(2)、一个上位机(1)和一个系统电源(4)，其特征在于所述点阵式涌流检测机构(5)安装固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，所述现场控制器(3)分别与所述点阵式涌流检测机构(5)和所述姿态传感器(2)相连，点阵式涌流检测机构(5)和现场控制器(3)与所述上位机(1)相连，实现所述点阵式涌流检测机构(5)中的所有圆形有机玻璃管中水位信息的数字采集，同时获取所述点阵式涌流检测机构(5)的姿态传感信息，并一起整合打包发送给所述上位机(1)，所述上位机(1)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)电连接点阵式涌流检测机构(5)、现场控制器(3)和上位机(1)而完成整个系统的供电控制，实现在线涌流冲击的平面刨面状态的采集和分析功能。

所述姿态传感器(2)采用MPU-9150九轴姿态传感模块。

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和图4，所述点阵式涌流检测机构(5)采用平面点阵采集方式进行涌流检测，包括9根圆形有机玻璃管(101)、1个固定平板(102)、9个水位传感器(103)、9个上螺母(104)、9个上垫片(105)、9个下螺母(106)和9个下弹簧垫片(107)，9根所述圆形有机玻璃管(101)分别通过所述上螺母(104)、所述上垫片(105)、所述下螺母(106)和所述下弹簧垫片(107)固定在所述固定平板(102)上，所述固定平板(102)用于实现固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，在所述圆形有机玻璃管(101)内部置有所述水位传感器(103)，并分别用线引出汇聚连接到所述现场控制器(3)，在所述固定平板(102)上放置有所述姿态传感器(2)，所述姿态传感器(2)和现场控制器(3)分别固定在所述固定平板(102)上，所述水位传感器(103)用于实现水位信息的数据采集；所述姿态传感器(9)采用MPU-9150九轴姿态传感模块；整个所述点阵式涌流检测机构(5)用于实现对涌流的在线平面刨面解析，获取涌流冲击力的平面分布状态信息，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平面刨面解析信息。

所述水位传感器(103)采用HM21-C1-1-A1-E投入式液位变送器，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5，所述现场控制器(3)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)连接所述点阵式涌流检测机构(5)的水位传感器(103)，用于实现所述点阵式涌流检测机构(5)的所有水位传感器(103)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)连接所述姿态传感器(2)，用于实现点阵式涌流检测机构(5)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(1)，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(3)的状态显示，所述电源电路(307)实现所述现场控制器(3)的电源管理，所述现场控制器(3)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。

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 (4)

1.一种点阵式涌流检测系统，它包括：一个点阵式涌流检测机构（5）、一个现场控制器（3）、一个姿态传感器（2）、一个上位机（1）和一个系统电源（4），其特征在于所述点阵式涌流检测机构（5）安装固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，所述现场控制器（3）分别与所述点阵式涌流检测机构（5）和所述姿态传感器（2）相连，点阵式涌流检测机构（5）和现场控制器（3）与所述上位机（1）相连，实现所述点阵式涌流检测机构（5）中的所有圆形有机玻璃管中水位信息的数字采集，同时所述姿态传感器（2）获取姿态传感信息，一起整合打包发送给所述上位机（1），所述上位机（1）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）电连接姿态传感器（2）、点阵式涌流检测机构（5）、现场控制器（3）和上位机（1）而完成整个系统的供电，实现在线涌流冲击的平面刨面状态的采集和分析功能；

所述点阵式涌流检测机构（5）采用平面点阵采集方式进行涌流检测，包括9根圆形有机玻璃管（101）、1个固定平板（102）、9个水位传感器（103）、9个上螺母（104）、9个上垫片（105）、9个下螺母（106）和9个下弹簧垫片（107），9根所述圆形有机玻璃管（101）分别通过所述上螺母（104）、所述上垫片（105）、所述下螺母（106）和所述下弹簧垫片（107）固定在所述固定平板（102）上，所述固定平板（102）用于实现固定在所有需要涌流检测的水池中或船体上，在所述圆形有机玻璃管（101）内部置有所述水位传感器（103），并分别用线引出汇聚连接到所述现场控制器（3），在所述固定平板（102）上放置有所述姿态传感器（2），所述姿态传感器（2）和现场控制器（3）分别固定在所述固定平板（102）上，所述水位传感器（103）用于实现水位信息的数据采集；所述姿态传感器（9）采用MPU-9150九轴姿态传感模块；整个所述点阵式涌流检测机构（5）用于实现对涌流的在线平面刨面解析，获取涌流冲击力的平面分布状态信息，并通过姿态传感器（2）进行角度信息的补偿矫正，以获得准确的涌流冲击平面刨面解析信息。

2.根据权利要求1所述一种点阵式涌流检测系统，其特征在于：所述现场控制器（3）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）连接所述点阵式涌流检测机构（5）的水位传感器（103），用于实现所述点阵式涌流检测机构（5）的所有水位传感器（103）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）连接所述姿态传感器（2），用于实现点阵式涌流检测机构（5）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（1），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（3）的状态显示；所述电源电路（307）连接现场控制器（3），实现所述现场控制器（3）的电源管理；所述现场控制器（3）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。

3.根据权利要求1所述一种点阵式涌流检测系统，其特征在于：所述上位机（1）采用IBM笔记本电脑T520，通过对所述点阵式涌流检测机构（5）获取的涌流冲击信息进行统一处理，通过水位信息转换为涌流冲力，并结合所述点阵式涌流检测机构（5）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。

4.根据权利要求1所述一种点阵式涌流检测系统，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（2），该姿态传感器（2）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点阵式涌流检测机构（5）的系统角度偏差，使得获得的涌流冲击力信息更加准确可信。