CN108981747A - 波浪浮标的波向检定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪浮标的波向检定装置，主要用于对三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行计量检定。本发明主要包括计算机监控装置、测量控制装置和波向模拟装置，所述计算机监控装置的输出端与测量控制装置的输入端相连接，所述测量控制装置的输出端与波向模拟装置相连接，本发明的波向模拟装置可精确模拟波浪正弦运动特性，准确测量检定波浪浮标的波向参数。本发明结构简单，可靠性好，操作方便，易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及海洋波浪浮标计量检定的技术领域，具体地是一种波浪浮标的波向检定装置。
背景技术
随着海洋技术的不断发展，世界各国对波浪浮标的准确度要求越来越高，也推动着波浪浮标的测量原理也在不断的优化改进，原重力加速度-波倾一体式传感器的波浪测量原理已慢慢被三轴加速度传感器所取代。
在三十一试验基地烟台海洋水文试验场建有的垂直升降式正弦模拟校准装置虽结构简单、设计巧妙，但其仅能对重力加速度-波倾一体式传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行准确检定，而无法对三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行静态模拟及检定。
根据波浪理论，海浪是由多个单一正弦波合成的复杂波形，其表面的水质点在其平衡位置附近作周期性振动，在不同时刻有不同的垂直和水平加速度。测出此加速度，经二次积分后可得到海浪的垂直位移、振动周期和方位角，也就是波浪的波高、波周期和波向三个技术参数，因此，要检测三轴加速度式波浪浮标的波向参数，就必须静态模拟波浪运动。
然而，现有的检定校准装置大多只可验证浮标是否工作，以及波高、波周期两项参数的校准。而波向是与波高、波周期同等重要的观测参数，为了满足波向参数的检定试验能力，波浪浮标波向的静态模拟及检定装置研发迫在眉睫。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种可用于对三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行计量检定的波浪浮标的波向检定装置，本发明通过波向模拟装置精确模拟波浪正弦运动特性，可准确测量检定波浪浮标的波向参数。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种波浪浮标的波向检定装置，包括计算机监控装置、测量控制装置、波向模拟装置，所述计算机监控装置的输出端与测量控制装置的输入端相连接，所述测量控制装置的输出端与波向模拟装置相连接，所述波向模拟装置包括减速电机、旋转桁架，所述减速电机的电机轴上设置主动带轮，所述主动带轮通过皮带、传动惰轮与从动带轮相连接，所述从动带轮固定在旋转轴的一端，所述旋转轴安装在一对轴承座中，所述旋转桁架固定在旋转轴上，旋转桁架的一端设置搭载平台，另一端设置配重块，所述搭载平台通过沿轴线对称设置的一对旋转销轴与旋转桁架相连接，所述旋转轴的另一端设置固定带轮，所述固定带轮通过同步带与固定在搭载平台一端旋转销轴上的同步带轮相连接。
所述搭载平台包括：八边形夹具、圆环形回转支撑、标尺，所述八边形夹具设置在圆环形回转支撑内侧并与圆环形回转支撑活动连接，所述标尺设置在圆环形回转支撑的环形面上，所述圆环形回转支撑上设置销轴螺栓。
所述计算机监控装置包括PC机、信号接收装置、测控软件，所述信号接收装置通过线缆与PC机的RS232串口相连接。
所述测量控制装置包括电机变频器、PLC、角度编码器，所述PLC通过线缆与PC机的输出端相连接，所述电机变频器的输出端通过线缆与减速电机相连接，所述角度编码器设置在旋转轴的轴端。
所述同步带轮与固定带轮的齿数相同。
所述设置在主动带轮与从动带轮之间用于传动的皮带、传动惰轮可根据动力传递路径及距离情况设置为N组（N≥1）。
所述波向模拟装置中除减速电机、主动带轮外的其余零部件的材料均为非导磁性材料。
本发明工作时，首先通过八边形夹具、销轴螺栓将待检波浪浮标固定在搭载平台上，记录标尺数据，将标尺数据作为波向真值存储在PC机中， 随后，PC机通过测控软件向测量控制装置发出控制指令，测量控制装置的PLC控制电机变频器运转，减速电机启动，设置在减速电机的电机轴上的主动带轮转动，主动带轮通过皮带、传动惰轮带动从动带轮转动，从动带轮带动与其固定连接的旋转轴转动，设置在旋转轴轴端的角度编码器、PLC、电机变频器形成对减速电机的闭环控制，使旋转轴保持匀速转动，固定在旋转轴上的旋转桁架也随之匀速转动，设置在旋转桁架一端的搭载平台围绕着旋转轴开始匀速转动，设置在旋转桁架另一端的配重块，可根据待检波浪浮标的重量规格对配重块的重量进行增减，以保持旋转桁架两端的平衡；设置在旋转轴另一端的固定带轮通过同步带带动同步带轮旋转，由于同步带轮固定在搭载平台一端的旋转销轴上，同步带轮和固定带轮的齿数相同，从而使得搭载平台在随旋转桁架匀速转动的同时，整个搭载平台保持水平状态，此时波向模拟装置静态模拟海浪正弦特性运动，固定在搭载平台上的待检测波浪浮标随旋转桁架做旋转运动的同时保持水平状态。
波向模拟装置运转平稳后，计算机监控装置开始进行波向测量，信号接收装置将接收到的待检波浪浮标的一组波向测量值传输至PC机，测控软件将一组波向测量值取平均值后与波向真值进行对比分析和误差计算。
待检波浪浮标首个位置的波向检测完成后，PC机通过测控软件向测量控制装置发出控制指令，PLC控制波向模拟装置停止运动，松开销轴螺栓，将八边形夹具在圆环形回转支撑内转动一定的角度，固定在八边形夹具内的待检波浪浮标也随之转动了一定的角度，拧紧销轴螺栓，将待检波浪浮标固定在搭载平台上，读取标尺读数，将标尺数据作为下一个波向真值存储在PC机中，随后PC机通过测控软件向测量控制装置发出控制指令，PLC控制波向模拟装置开始运转，计算机监控装置开始下一个波向参数的测量。
重复上述步骤，直至完成所需全部波向参数的测量，即可完成待检测波浪浮标的波向检定工作。
本发明具有如下优点：
1.本发明的波浪浮标的波向检定装置，可以精确模拟波浪正弦运动特性，准确测量检定波浪浮标的波向参数，可用于三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行计量检定。
2.本发明使用时，待检波浪浮标在一次装夹完成后，不必拆卸，只需旋转一定的角度固定后，即可完成待检波浪浮标相应检测位置的检测工作。
3.本发明的波向模拟装置中除减速电机、主动带轮外的其余零部件的材料均为非导磁性材料，可有效避免对待检波浪浮标方位传感器的干扰。
本发明结构简单，可靠性好，操作方便，易于维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明搭载平台的结构示意图。
图中：1.计算机监控装置；2.测量控制装置；3.波向模拟装置；4 .PC机；5. 信号接收装置；6.PLC；7.电机变频器；11.减速电机；12.主动带轮；13.皮带；14.传动惰轮；15.搭载平台；16.待检波浪浮标；17.同步带轮；18.同步带；19.固定带轮；20.编码器；21.旋转轴；22.配重块；23.旋转桁架；24.轴承座；25.从动带轮；101.八边形夹具；102.圆环形回转支撑；103.标尺；104.销轴螺栓；105.旋转销轴。
具体实施方式
三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向测量是利用三轴加速度传感器配合方位传感器进行波向参数的测量。当波浪浮标随海浪发生运动时，通过测量加速度传感器的方位角，是相对浮标自身测量基线的方向，经方位传感器测得的浮标方位对基线进行地磁校正，得到真实波向的测量值。
下面根据说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细说明。
如图1、图2所示，本发明的波浪浮标的波向检定装置包括计算机监控装置1、测量控制装置2、波向模拟装置3，所述计算机监控装置1的输出端与测量控制装置2的输入端相连接，所述测量控制装置2的输出端与波向模拟装置3相连接，所述波向模拟装置3包括减速电机11、旋转桁架23，所述减速电机11的电机轴上设置主动带轮12，所述主动带轮12通过皮带13、传动惰轮14与从动带轮25相连接，本实施例设置在主动带轮12与从动带轮25之间用于传动的的皮带13、传动惰轮14设置为两组；所述从动带轮25固定在旋转轴21的右端，所述旋转轴21安装在一对轴承座24中，所述旋转桁架23固定在旋转轴21上，旋转桁架23一端设置搭载平台15，另一端设置配重块22，所述搭载平台15通过沿轴线对称设置的一对旋转销轴105与旋转桁架23相连接，所述旋转轴21的左端设置固定带轮19，所述固定带轮19通过同步带18与固定在搭载平台15左端旋转销轴105上的同步带轮17相连接。
如图2所示，所述搭载平台15包括：八边形夹具101、圆环形回转支撑102、标尺103，所述八边形夹具101设置在圆环形回转支撑102内侧并可在圆环形回转支撑102内转动，所述标尺103设置在圆环形回转支撑102的环形面上，所述圆环形回转支撑102上设置销轴螺栓104。
如图1所示，所述计算机监控装置1包括PC机4、信号接收装置5、测控软件，所述信号接收装置5通过线缆与PC机4的RS232串口相连接；所述测量控制装置2包括PLC6、电机变频器7、角度编码器20，所述PLC6通过线缆与PC机4的输出端相连接，所述电机变频器7的输出端通过线缆与减速电机11相连接，所述角度编码器20设置在旋转轴21的左端。
所述同步带轮17与固定带轮19的齿数相同。
所述波向模拟装置3中除减速电机11、主动带轮12外的其余零部件的材料均为非导磁性材料。
本发明工作时，首先通过八边形夹具101、销轴螺栓104将待检波浪浮标16固定在搭载平台15上，记录标尺103的数据，将标尺103的数据作为波向真值存储在PC机4中，随后，计算机监控装置1的PC机4通过测控软件向测量控制装置2发出控制命令，测量控制装置2的PLC6控制电机变频器7运转，减速电机11启动，设置在减速电机11的电机轴上的主动带轮12转动，主动带轮12通过皮带13、传动惰轮14带动从动带轮25转动，从动带轮25带动与其固定连接的旋转轴21转动，设置在旋转轴21左端的角度编码器20、PLC6、电机变频器7形成对减速电机11的闭环控制，使旋转轴21保持匀速转动，固定在旋转轴21上的旋转桁架23也随之匀速转动，设置在旋转桁架23一端的搭载平台15围绕着旋转轴21开始匀速转动，设置在旋转桁架23另一端的配重块22，可根据待检波浪浮标16的重量规格对配重块22的重量进行增减，以保持旋转桁架23两端的平衡，设置在旋转轴21左端的固定带轮19通过同步带18带动同步带轮19旋转，由于同步带轮19固定在搭载平台15左端的旋转销轴105上，同步带轮17和固定带轮19的齿数相同，从而使得搭载平台15在随旋转桁架23匀速转动的同时，整个搭载平台保持水平状态，此时波向模拟装置3静态模拟海浪正弦特性运动，固定在搭载平台15上的待检测波浪浮标16也随旋转桁架23做旋转运动的同时保持水平状态。
波向模拟装置3运转平稳后，计算机监控装置1开始进行波向测量，信号接收装置5将接收到的待检波浪浮标16的一组波向测量值传输至PC机4，测控软件将一组波向测量值取平均值后与波向真值进行对比分析和误差计算。
待检波浪浮标16首个位置的波向检测完成后，PC机4通过测控软件向测量控制装置2发出控制指令，PLC6控制波向模拟装置3停止运转，松开销轴螺栓104，将八边形夹具101在圆环形回转支撑102内转动一定的角度，固定在八边形夹具101内的待检波浪浮标16也随之转动了一定的角度，拧紧销轴螺栓104，将待检波浪浮标16固定在搭载平台15上，读取标尺102读数，将标尺102数据作为下一个波向真值存储在PC机4中，随后PC机4通过测控软件向测量控制装置2发出控制指令，PLC6控制波向模拟装置3开始运转，计算机监控装置1开始下一个波向参数的测量。
重复上述步骤，直至完成所需全部波向参数的测量，即可完成待检测波浪浮标16的波向检定工作。
本发明具有如下优点：
1.本发明波浪浮标的波向检定装置，可以精确模拟波浪正弦运动特性，准确测量检定波浪浮标的波向参数，可用于三轴加速度传感器及相关原理的波浪浮标的波向进行计量检定。
2.本发明使用时，待检波浪浮标在一次装夹完成后，不必拆卸，只需旋转一定的角度固定后，即可完成待检波浪浮标相应检测位置的检测。
3. 本发明的波向模拟装置中除减速电机、主动带轮外的其余零部件的材料均为非导磁性材料，可有效避免对待检波浪浮标方位传感器的干扰。
本发明结构简单，可靠性好，操作方便，易于维护。
Claims (7)
1.波浪浮标的波向检定装置，包括计算机监控装置（1）、测量控制装置（2）、波向模拟装置（3），其特征在于：所述计算机监控装置（1）的输出端与测量控制装置（2）的输入端相连接，所述测量控制装置（2）的输出端与波向模拟装置（3）相连接，所述波向模拟装置（3）包括减速电机（11）、旋转桁架（23），所述减速电机（11）的电机轴上设置主动带轮（12），所述主动带轮（12）通过皮带（13）、传动惰轮（14）与从动带轮（25）相连接，所述从动带轮（25）固定在旋转轴（21）的一端，所述旋转轴（21）安装在一对轴承座（24）中，所述旋转桁架（23）固定在旋转轴（21）上，旋转桁架（23）的一端设置搭载平台（15），另一端设置配重块（22），所述搭载平台（15）通过沿轴线对称设置的一对旋转销轴（105）与旋转桁架（23）相连接，所述旋转轴（21）的另一端设置固定带轮（19），所述固定带轮（19）通过同步带（18）与固定在搭载平台（15）一端旋转销轴（105）上的同步带轮（17）相连接。
2.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述搭载平台（15）包括：八边形夹具（101）、圆环形回转支撑（102）、标尺（103），所述八边形夹具（101）设置在圆环形回转支撑（102）内侧并与圆环形回转支撑（102）活动连接，所述标尺（103）设置在圆环形回转支撑（102）的环形面上，所述圆环形回转支撑（102）上设置销轴螺栓（104）。
3.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述计算机监控装置（1）包括PC机（4）、信号接收装置（5）、测控软件，所述信号接收装置（5）通过线缆与PC机（4）的RS232串口相连接。
4.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述测量控制装置（2）包括电机变频器（7）、PLC（6）、角度编码器（20），所述PLC（6）通过线缆与PC机（4）的输出端相连接，所述电机变频器（7）的输出端通过线缆与减速电机（11）相连接，所述角度编码器（20）设置在旋转轴（21）的轴端。
5.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述同步带轮（17）与固定带轮（19）的齿数相同。
6.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述设置在主动带轮（12）与从动带轮（25）之间用于传动的皮带（13）、传动惰轮（14）可根据动力传递路径及距离情况设置为N组（N≥1）。
7.根据权利要求1所述的波浪浮标的波向检定装置，其特征在于：所述波向模拟装置（3）中除减速电机（11）、主动带轮（12）外的其余零部件的材料均为非导磁性材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 211153 No.32 Changqing street, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: China Shipbuilding Pengli (Nanjing) Atmospheric and Ocean Information System Co.,Ltd. Applicant after: PLA 63863 Unit Applicant after: CSSC Pengli (Nanjing) Technology Group Co.,Ltd. Address before: 211153 No.32 Changqing street, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: CSIC PRIDE (NANJING) ATMOSPHERE MARINE INFORMATION SYSTEM Co.,Ltd. Applicant before: PLA 63863 Unit Applicant before: CSIC NANJING PRIDE TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |