CN105606206A - 一种姿态仪监测系统 - Google Patents

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林鸣
尹海卿
邵新慧
周自力
李哈汀
高纪兵
胥新伟
高潮
伍绍博
刘馨
苏怀平
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Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC Frst Harbor Engineering Co Ltd
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Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC Frst Harbor Engineering Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种姿态仪监测系统，包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端。本发明适用于超低频振动结构姿态的惯性方式测量，并成功运用到沉管沉放对接期间的姿态监测中，可同步监测到沉管首端、尾端的姿态变化，并备有冗余系统，当主系统发生故障后，仍可以利用备用系统正常监测。姿态仪中的加速度传感器采用了高精度传感器，使振动加速度测试精度提高到十几个μg的水平，可以获得水下频率在0.1Hz以下的超低频振动。

Description

一种姿态仪监测系统
技术领域
本发明涉及超低频振动以及运动姿态测试技术领域，尤其涉及一种姿态仪监测系统。
背景技术
现有技术中，沉管隧道沉放对接期间，沉放驳通过缆绳对沉管进行控制，沉管沉放的最大深度超过了40m，沉管长度为180m，总重量将近8万吨，在40m深的水下进行沉管对接，要求对接精度控制在50mm以内。
沉管下沉以及对接期间，受到水流力的影响以及沉放驳操作过程中的影响会发生一定程度的低频振动，特别是深水区，沉管的超低频振动情况时有发生。由于振动的频率及振幅均较低，采用现有的船舶用姿态仪等测量设备，无法感知到沉管在水下的运动状态，在沉管对接过程中，必须保证沉管处于稳定状态，沉管处于超低频振动状态下，不能进行对接操作，因此急需有更优良的监测系统监测沉管的运动状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可靠性更高的、测量更精确的姿态仪监测系统，解决沉管沉放对接期间的姿态测量问题，以确保在沉放对接期间可以监测到沉管的准确运动变化，对沉管对接控制提供保证。
为此目的，本发明提出了一种姿态仪监测系统，包括：
包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端；
其中，所述沉管首端姿态监测装置，用于监测沉管首端六自由度的运动变化；
所述沉管尾端姿态监测装置，用于监测沉管尾端的运动变化；
所述冗余姿态监测装置，用于作为备用监测装置；
所述数据分析终端，用于对所述沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置采集、监测到的数据进行分析操作；
其中，所述沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置，上述装置分别包括：竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器、角速度传感器、倾角传感器、放大器、线性电源、数据采集单元以及光纤通信模块。
具体地，所述首端姿态监测装置与所述尾端姿态监测装置通过光纤连接，首尾两端同步监测。
具体地，所述竖向加速度传感器用于监测沉管竖向的振动加速度；轴向加速度传感器用于监测沉管轴向的振动加速度；水平向加速度传感器用于监测沉管水平向的振动加速度。
具体地，所述倾角传感器用于监测沉管2个方向角度的变化，并通过所述倾角传感器信号对所述竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器测试结果进行修正。
本发明公开一种姿态仪监测系统，包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端。本发明适用于超低频振动结构的姿态测量，并成功运用到沉管沉放对接期间的姿态监测中，可同步监测到沉管首端、尾端的姿态变化，并备有冗余系统，当系统发生故障后，仍可以利用备用系统正常监测，同时姿态仪中的加速度传感器采用了高精度传感器，使振动加速度测试精度提高到十几个μg的水平，可以获得水下频率在0.1Hz以下的超低频振动。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中的一种姿态仪监测系统的结构示意图；
其中，1：沉管首端姿态监测装置、2：沉管尾端姿态监测装置、3：冗余姿态监测装置、4：同步光缆、5：数据分析终端；
图2示出了本发明实施例中的一种姿态仪监测系统中的监测装置示意图；
其中，1：竖向加速度传感器、2：轴向加速度传感器、3：水平向加速度传感器、4：角速度传感器、5：倾角传感器、6：放大器、7：线性电源、8：数据采集单元、9：光纤通信模块。
具体实施方式
沉管的姿态包括沉管的横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇以及艏端的转动。本发明的目的即公开了一种满足现场使用要求的姿态仪监测系统，确保在沉放对接期间可以监测到沉管的姿态变化，对沉管对接控制提供保障。
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
为了更好的理解与应用本发明提出的一种姿态仪监测系统，以如下附图示例进行详细说明。
结合如图1与图2所示，本发明提供了一种姿态仪监测系统，包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端。
具体地，沉管首端姿态监测装置用于监测沉管首端各六自由度的运动变化；沉管尾端姿态监测装置用于监测沉管尾端的运动变化，其中，首端姿态监测装置与尾端姿态监测装置通过光纤连接，首尾两端同步监测；冗余姿态监测装置用于作为备用监测装置；数据分析终端用于对沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置采集、监测到的数据进行分析操作。
进一步地，沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置，上述装置分别包括：竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器、角速度传感器、倾角传感器、放大器、线性电源、数据采集单元以及光纤通信模块，其中，竖向加速度传感器用于监测沉管竖向的振动加速度；轴向加速度传感器用于监测沉管轴向的振动加速度；水平向加速度传感器用于监测沉管水平向的振动加速度，且进一步地，倾角传感器用于监测沉管2个方向角度的变化，并通过倾角传感器信号对竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器测试结果进行修正，修正后的加速度信号进行积分后可获得沉管运动的速度及位移。
综上所述，本发明公开的一种姿态仪监测系统，可以通过惯性测量方式监测到超低频振动信号，并通过数据的积分及数据的修正获得沉管水下三个轴向的位移量，两个方向的倾角变化以及首端的转动，其中，加速度的测量精度达到了十几μg，位移量的精度达到了1cm，提高了姿态仪监测系统的测量精度。
本发明公开了一种姿态仪监测系统，包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端。本发明适用于超低频振动结构的姿态测量，并成功运用到沉管沉放对接期间的姿态监测中，可同步监测到沉管首端、尾端的姿态变化，并备有冗余系统，当系统发生故障后，仍可以利用备用系统正常监测，同时姿态仪中的加速度传感器采用了高精度传感器，使振动加速度测试精度提高到十几个μg的水平，可以获得水下频率在0.1Hz以下的超低频振动。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种姿态仪监测系统，其特征在于，包括：沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置、冗余姿态监测装置、同步光缆以及数据分析终端；
其中，所述沉管首端姿态监测装置，用于监测沉管首端六自由度的运动变化；
所述沉管尾端姿态监测装置，用于监测沉管尾端的运动变化；
所述冗余姿态监测装置，用于作为备用监测装置；
所述数据分析终端，用于对所述沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置采集、监测到的数据进行分析操作；
其中，所述沉管首端姿态监测装置、沉管尾端姿态监测装置以及冗余姿态监测装置，上述装置分别包括：竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器、角速度传感器、倾角传感器、放大器、线性电源、数据采集单元以及光纤通信模块。
2.如权利要求1所述的一种姿态仪监测系统，其特征在于，所述首端姿态监测装置与所述尾端姿态监测装置通过光纤连接，首尾两端同步监测。
3.如权利要求1所述的一种姿态仪监测系统，其特征在于，所述竖向加速度传感器用于监测沉管竖向的振动加速度；轴向加速度传感器用于监测沉管轴向的振动加速度；水平向加速度传感器用于监测沉管水平向的振动加速度。
4.如权利要求1所述的一种姿态仪监测系统，其特征在于，所述倾角传感器用于监测沉管2个方向角度的变化，并通过所述倾角传感器信号对所述竖向加速度传感器、轴向加速度传感器、水平向加速度传感器测试结果进行修正。
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