CN105607139A - 海洋重力仪稳定平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋重力仪稳定平台，包括基座、框架和用于安装海洋重力仪的台体。基座设置有容纳腔，框架转动连接于容纳腔内，基座设置有第一角度传感器和用于驱动框架转动的第一电机。台体转动连接于框架围成的空腔内，框架设置有第二角度传感器和用于驱动台体转动的第二电机。框架相对于基座的旋转轴和台体相对于框架的旋转轴相互垂直。通过计算海洋重力仪稳定平台中各测量元件测得的数据，控制第一电机和第二电机转动，调整台体和框架的偏移角度，使重力仪与地垂线保持平行，保证重力仪的测量精度。

Description

海洋重力仪稳定平台

技术领域

本发明涉及航洋重力测量领域，具体而言，涉及一种海洋重力仪稳定平台。

背景技术

海洋重力仪是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，经常会受到舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，以及垂直加速度、水平加速度、基座倾斜等影响，重力测量的精度会降低。因此，调整海洋重力仪的位置，使之与地垂线保持平行成为了目前海洋重力测量的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种海洋重力仪稳定平台，以隔离舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，使海洋重力仪始终与地垂线保持平行，不受加速度的影响，从而提高海洋重力仪的测量精度。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种海洋重力仪稳定平台，所述海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和用于安装海洋重力仪的台体，所述基座设置有容纳腔，所述框架转动连接于所述容纳腔内，所述基座设置有第一角度传感器和用于驱动所述框架转动的第一电机，所述台体转动连接于所述框架围成的空腔内，所述框架设置有第二角度传感器和用于驱动所述台体转动的第二电机，所述框架相对于所述基座的旋转轴和所述台体相对于所述框架的旋转轴相互垂直，所述台体还设置有陀螺仪传感器和加速度传感器，所述基座设置有重力仪电子箱，所述重力仪电子箱包括数字控制模块和加速度模数转换模块，所述加速度模数转换模块与所述加速度传感器电连接，所述数字控制模块与所述加速度模数转换模块、陀螺仪传感器、第一角度传感器、第二角度传感器、第一电机、第二电机均电连接

优选地，所述数字控制模块用于接收所述第一角度传感器、第二角度传感器采集的角度电信号，接收所述陀螺仪传感器接采集的陀螺仪信号，所述加速度模数转换模块用于将所述加速度传感器采集的模拟信号转换为数字脉冲信号并将该数字脉冲信号输出至所述数字控制模块，所述数字控制模块还用于对所述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数，并根据角度电信号、陀螺仪信号和数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

优选地，所述第一角度传感器用于感测所述框架的旋转角度，所述第二角度传感器用于感测所述台体的旋转角度，所述陀螺仪传感器用于感测所述台体相对于水平面的偏移角度，所述加速度传感器用于感测所述台体的加速度。

优选地，所述数字控制模块包括串口、旋变数字转换器、微控制器、脉冲计数电路，所述串口、旋变数字转换器、脉冲计数电路与所述微控制器电连接。

优选地，所述旋变数字转换器用于将所述第一角度传感器和所述第二角度传感器采集的角度电信号转换为数字角度信号，所述串口用于接收所述陀螺仪传感器采集的陀螺仪信号，所述脉冲计数电路用于对所述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数，所述微控制器用于对所述数字角度信号、陀螺仪信号、数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

优选地，所述重力仪电子箱还包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述加速度传感器、加速度模数转换模块电连接，所述温度控制模块用于控制所述加速度传感器和所述加速度模数转换模块所在环境的温度。

优选地，所述重力仪电子箱还包括电源转换模块，用于将输入电源转换为所述海洋重力仪稳定平台工作所需的电源。

优选地，所述陀螺仪传感器为光纤陀螺。

优选地，所述加速度传感器为石英加速度计。

优选地，所述第一电机和所述第二电机均为力矩电机。

本发明提供的海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和台体，台体用于安装海洋重力仪，台体可转动连接在框架内，框架可转动地连接在基座内。通过计算各测量元件测得的数据，控制第一电机和第二电机转动，调整台体和框架的偏移角度，使重力仪与地垂线保持平行，保证测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种海洋重力仪稳定平台的结构示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台的结构示意图。本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台用于隔离舰船等载体的俯仰和横滚等角运动，使得海洋重力仪始终保持与地垂线水平，不受水平加速度的影响，从而提高海洋重力仪的测量精度。本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台包括基座110、框架120和台体130，台体130用于安装海洋重力仪200。

其中，基座110设置有容纳腔111，容纳腔111可以为各种形状，比如圆形、长方形、多边形等等，本发明实施例对此不做限定。框架120转动连接于容纳腔111内，基座110还设置有第一角度传感器112和第一电机113，该第一电机113可以驱动框架120进行旋转。框架120设置有第二角度传感器121和第二电机122，该第二电机122可以驱动台体130进行旋转。框架120相对于基座110旋转的旋转轴与台体130相对于框架120旋转的旋转轴垂直，即框架120与台体130旋转的方向相互垂直。这里的旋转轴可以理解为虚拟的轴，即框架120相对于基座110转动所围绕的轴线和台体130相对于框架120转动所围绕的轴线。

台体130还设置有陀螺仪传感器131和加速度传感器132，优选地，在本发明实施例中，陀螺仪传感器131为光纤陀螺，加速度传感器132为石英加速度计。

光纤陀螺零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；结构简单、价格低，体积小、重量轻。

石英加速度计结构简单、体积小、响应快、灵敏度高。

基座110设置有重力仪电子箱114。重力仪电子箱114包括数字控制模块(图未示)和加速度模数转换模块(图未示)。重力仪电子箱114与陀螺仪传感器131、加速度传感器132、第一角度传感器112、第二角度传感器121、第一电机113、第二电机122均电连接。第一电机113与第二电机122均为力矩电机。力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力，其具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。

第一角度传感器112用于感测框架120的旋转角度，第二角度传感器121用于感测台体130的旋转角度，进而输出与旋转角度匹配的角度电信号。加速度传感器132用于感测台体130的加速度，该加速度包括三维坐标系中X、Y、Z三个方向的加速度，进而输出与加速度匹配的加速度模拟信号。加速度模数转换模块用于将加速度传感器132采集的模拟信号转换为数字脉冲信号并将该数字脉冲信号输出至数字控制模块。陀螺仪传感器131用于感测所述台体130相对于水平面的偏移角度，并输出与偏移角度匹配的陀螺仪信号。

数字控制模块用于接收第一角度传感器112、第二角度传感器121采集的角度电信号，以及接收陀螺仪传感器131采集的陀螺仪信号，并根据接收的角度电信号、陀螺仪信号和数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制第一电机113和第二电机122转动，以调整框架120和台体130的水平位置，以使安装于台体130的海洋重力仪200与地垂线保持平行。

本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台安装于舰船等载体上，在舰船的行驶过程中，由于海浪的起伏，舰船会跟着起伏运动，海洋重力仪稳定平台随之起伏运动，安装于台体130的重力仪200无法保持与地垂线平行。

本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台的作用即是为了保证重力仪200始终与地垂线保持平行，具体的工作原理如下所述：当舰船在移动过程中，由于载体倾斜和加速度的影响，整个海洋重力仪稳定平台及其上的框架120会相对于水平面发生倾斜，重力仪200也会相对于地垂线发生倾斜或者偏移，这样就会严重影响其测量海洋重力的精确性，当上述情况发生时，数字控制模块根据接收到的第一角度传感器112和第二角度传感器121感测的框架120和台体130相对于水平面的偏移角度、陀螺仪传感器131采集的陀螺仪信号、加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计算，然后控制第一电机113和第二电机122转动，第一电机113和第二电机122从而驱动框架120和台体130转动，调整框架120和台体130的水平位置，使重力仪200与地垂线保持平行，从而保证重力仪200测量重力的精确性和稳定性。

数字控制模块主要包括串口、旋变数字转换器、微控制器和脉冲计数电路。所述串口、旋变数字转换器、脉冲计数电路与所述微控制器电连接。串口用于接收所述陀螺仪传感器131采集的陀螺仪信号。

旋变数字转换器用于将所述第一角度传感器112和所述第二角度传感器121采集的角度电信号转换为数字角度信号。脉冲计数电路用于对加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数。微控制器用于对数字角度信号、陀螺仪信号和数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机113和第二电机122转动，以调整框架120和台体130的水平位置。

重力仪电子箱114还包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述加速度传感器、加速度模数转换模块电连接。由于加速度传感器132和加速度模数转换模块在外界温度变化时，测量的精度受影响较为明显，为了使加速度传感器132和加速度模数转换模块工作在一个稳定的温度环境下，本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台还设置有温度控制模块。

温度控制模块通过控制流过加热片的电流，控制加热片的加热功率，从而使本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台内的温度达到一个固有的温度，该固有的温度值可以被预先设定。从而保证加速度的测量精度。

重力仪电子箱114还包括电源转换模块，用于将输入电源转换为本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台工作所需的电源。输入的电源一般为220V的交流电压源，通过采用一系列的电压变换，将该220V电压源转换为其他电源，例如，通过AC/DC开关变换为28V的直流电源，再将该直流电源变换为本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台中各个惯性仪表、电路模块、电路板工作所需的直流或者交流电源。

例如，针对数字控制模块的工作电源为5V的直流电源，通过一DC/DC电源转换模块即可将28V的直流电源降压至5V。

第一角度传感器112和第二角度传感器121的工作电源为26V/400Hz激磁电源，通过一个DC/AC电源转换模块，即可将28V直流电源转换为26V/400Hz的激磁交流电源。

综上所述，本发明实施例提供的海洋重力仪稳定平台通过计算各测量元件测得的数据，控制第一电机113和第二电机122转动，调整台体130和框架120的偏移角度，使重力仪200与地垂线保持平行，保证测量精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述海洋重力仪稳定平台包括基座、框架和用于安装海洋重力仪的台体，所述基座设置有容纳腔，所述框架转动连接于所述容纳腔内，所述基座设置有第一角度传感器和用于驱动所述框架转动的第一电机，所述台体转动连接于所述框架围成的空腔内，所述框架设置有第二角度传感器和用于驱动所述台体转动的第二电机，所述框架相对于所述基座的旋转轴和所述台体相对于所述框架的旋转轴相互垂直，所述台体还设置有陀螺仪传感器和加速度传感器，所述基座设置有重力仪电子箱，所述重力仪电子箱包括数字控制模块和加速度模数转换模块，所述加速度模数转换模块与所述加速度传感器电连接，所述数字控制模块与所述加速度模数转换模块、陀螺仪传感器、第一角度传感器、第二角度传感器、第一电机、第二电机均电连接。

2.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述数字控制模块用于接收所述第一角度传感器、第二角度传感器采集的角度电信号，接收所述陀螺仪传感器接采集的陀螺仪信号，所述加速度模数转换模块用于将所述加速度传感器采集的模拟信号转换为数字脉冲信号并将该数字脉冲信号输出至所述数字控制模块，所述数字控制模块还用于对所述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数，并根据角度电信号、陀螺仪信号和数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

3.根据权利要求2所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述第一角度传感器用于感测所述框架的旋转角度，所述第二角度传感器用于感测所述台体的旋转角度，所述陀螺仪传感器用于感测所述台体相对于水平面的偏移角度，所述加速度传感器用于感测所述台体的加速度。

4.根据权利要求2所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述数字控制模块包括串口、旋变数字转换器、微控制器、脉冲计数电路，所述串口、旋变数字转换器、脉冲计数电路与所述微控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述旋变数字转换器用于将所述第一角度传感器和所述第二角度传感器采集的角度电信号转换为数字角度信号，所述串口用于接收所述陀螺仪传感器采集的陀螺仪信号，所述脉冲计数电路用于对所述加速度模数转换模块输出的数字脉冲信号进行计数，所述微控制器用于对所述数字角度信号、陀螺仪信号、数字脉冲信号按照预先设定的算法进行计算，以控制所述第一电机和第二电机转动，以调整所述框架和台体的水平位置。

6.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述重力仪电子箱还包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述加速度传感器、加速度模数转换模块电连接，所述温度控制模块用于控制所述加速度传感器和所述加速度模数转换模块所在环境的温度。

7.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述重力仪电子箱还包括电源转换模块，用于将输入电源转换为所述海洋重力仪稳定平台工作所需的电源。

8.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述陀螺仪传感器为光纤陀螺。

9.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述加速度传感器为石英加速度计。

10.根据权利要求1所述的海洋重力仪稳定平台，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均为力矩电机。