CN109141521A - 一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性测量与信号检测技术研究领域，具体涉及一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，由传感器检测单元、供电通信线缆、监测PC机三部分组成，供电通信线缆连接着传感器检测单元和监测PC机；且传感器检测单元从下到上由集成一体化六轴惯性传感器、数据采集与信息处理电路、防水机械结构三部分组成；供电通信线缆由供电线缆和信息传输线缆两部分组成，且供电线缆和信息传输线缆封装在一个绝缘防护层中；监测PC机由PC机主体和电源转换与信号收发箱两部分组成，且电源转换与信号收发箱一端与供电通信线缆相连接，另一端与PC机主体相连接。设备体积小、价格低廉、测量结果精确、使用起来方便、效率高。

Description

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和 方法

技术领域

本发明属于惯性测量与信号检测技术研究领域，具体涉及一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法。

背景技术

船舶为大型海上航行体，其艏摇和横摇姿态信息对于船体的平稳性以及船上设备和人员的安全性有很大影响，船舶载货量及系泊吃水深度等都需要对船体升沉进行测量，此外船体的振动直接关系到船舶自身和船用设备的正常工作，故而，对于船舶姿态、升沉、振动信息的测量尤为重要。传统的船舶姿态测量多采用光纤惯性系统，其体积大，价格昂贵；升沉测量多采用浮标法，测量不准确，且数据观测与记录较为不便；振动测量多采用独立的振动测量仪，成本较高。传统的测量方式面临测量部件分散，信息分散处理，效率低，总成本高等缺陷，因此，对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化检测有着迫切的现实需求。

综上所述，现有技术中存在设备体积大、设备价格高、测量结果不精确、数据的观测与记录不方便、效率低、数据处理麻烦等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，以实现对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能检测。

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置，由传感器检测单元1、供电通信线缆2、监测PC机3三部分组成，其特征在于：供电通信线缆2连接着传感器检测单元1和监测PC机3；且传感器检测单元1从下到上由集成一体化六轴惯性传感器1-1、数据采集与信息处理电路1-2、防水机械结构1-3三部分组成；供电通信线缆2由供电线缆和信息传输线缆两部分组成，且供电线缆和信息传输线缆封装在一个绝缘防护层中；监测PC机3由PC机主体3-1和电源转换与信号收发箱3-2两部分组成，且电源转换与信号收发箱3-2一端与供电通信线缆2相连接，另一端与PC机主体3-1相连接。

所述防水机械结构1-3为表面喷涂氧化黑漆的长方体结构，其材质为硬质铝合金；且防水机械结构1-3的上部分为密封盖，下部分的螺纹孔将防水机械结构1-3与船体固定。

所述集成一体化六轴惯性传感器1-1由三个MEMS陀螺仪和三个MEMS加速度计正交安装组成，集成一体化六轴惯性传感器1-1通过安装螺钉与防水机械结构1-3连接在一起。

所述数据采集与信息处理电路1-2的材质为标准PCB制板材质，且数据采集与信息处理电路1-2表面涂有三防漆。

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)借助MEMS陀螺仪和加速度计得到船体的角运动和线运动，通过重力自适应互补滤波实现船体水平姿态的测量；

(2)在准确获得船体水平姿态信息之后，通过Z轴加速度计进行二次积分处理和无延时滤波处理，并按姿态信息匹配分解，完成船体升沉测量；

(3)通过对加速度计测量信号进行FFT变换处理，获得船体振动的幅值和频率；

(4)将这些测量信息通过通信线缆传输至PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示，从而完成对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能的检测。

本发明的有益效果在于：

设备体积小、价格低廉、测量结果精确、使用起来方便、效率高。

附图说明

图1是本发明总体装置图；

图2是本发明检测方法过程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1中：1-传感器检测单元，1-1-集成一体化六轴惯性传感器，1-2-数据采集与信息处理电路，1-3-防水机械结构；2-供电通信线缆；3-监测PC机，3-1-PC机主体，3-2-电源转换与信号收发箱。

本发明涉及一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，属于惯性测量与信号检测技术领域。传感器检测单元借助MEMS陀螺仪和加速度计敏感船体角运动和线运动，通过互补滤波实现船体水平姿态的测量；在准确获得船体姿态信息之后，通过对Z轴加速度计进行二次积分和滤波处理，并按姿态信息匹配分解，即可完成船体升沉测量；通过对加速度计测量信号进行FFT处理，即可获得船体振动的幅值和频率。这些测量信息将通过通信线缆传输至PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示，从而完成对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能检测。

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，其特征在于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法。

权利要求1中所述的适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置包括：

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置包括：传感器检测单元、供电通信线缆、监测PC机三大部分。

所述的传感器检测单元包括：集成一体化六轴惯性传感器、数据采集与信息处理电路、防水机械结构三部分。其中，防水机械结构为长方体外形，硬质铝合金材质，并喷涂氧化黑漆；上部为密封盖，下部通过四个螺纹孔与船体固连；集成一体化六轴惯性传感器是由三个MEMS陀螺仪和三个MEMS加速度计正交安装组成的，整体处于结构下部，并通过安装螺钉与结构底部固连；数据采集与信息处理电路采用标准PCB制板材质，并涂有三防漆，位于惯性传感器上部，通过螺钉与结构安装连接，整个传感器检测单元主要完成对船体姿态、升沉和振动的测量。

所述的供电通信线缆包括：供电线缆和信息传输线缆，二者封装在一个绝缘防护层中，主要完成对传感器检测单元的供电及PC机与传感器检测单元的通信。所述的监测PC机包括：PC机主体和电源转换与信号收发箱，主要完成对传感线检测单元数据的处理与实时显示。

权利要求1中所述适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法具体如下：

传感器检测单元借助MEMS陀螺仪和加速度计敏感船体角运动和线运动，通过互补滤波实现船体水平姿态的测量；在准确获得船体姿态信息之后，通过对Z轴加速度计进行二次积分和滤波处理，并按姿态信息匹配分解，即可完成船体升沉测量；通过对加速度计测量信号进行FFT处理，即可获得船体振动的幅值和频率。这些测量信息将通过通信线缆传输至PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示，从而完成对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能检测。

本发明涉及一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，属于惯性测量与信号检测技术领域。

船舶为大型海上航行体，其艏摇和横摇姿态信息对于船体的平稳性以及船上设备和人员的安全性有很大影响，船舶载货量及系泊吃水深度等都需要对船体升沉进行测量，此外船体的振动直接关系到船舶自身和船用设备的正常工作，故而，对于船舶姿态、升沉、振动信息的测量尤为重要。传统的船舶姿态测量多采用光纤惯性系统，其体积大，价格昂贵；升沉测量多采用浮标法，测量不准确，且数据观测与记录较为不便；振动测量多采用独立的振动测量仪，成本较高。传统的测量方式面临测量部件分散，信息分散处理，效率低，总成本高等缺陷，因此，对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化检测有着迫切的现实需求。

目前在核心期刊与专利查询中均未发现与此发明类似的装置和方法介绍。

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置和方法，以实现对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能检测。

本发明的目的是这样是实现的：

一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置包括：传感器检测单元、供电通信线缆、监测PC机三大部分。

所述的传感器检测单元包括：集成一体化六轴惯性传感器、数据采集与信息处理电路、防水机械结构三部分。其中，防水机械结构为长方体外形，硬质铝合金材质，并喷涂氧化黑漆；上部为密封盖，下部通过四个螺纹孔与船体固连；集成一体化六轴惯性传感器是由三个MEMS陀螺仪和三个MEMS加速度计正交安装组成的，整体处于结构下部，并通过安装螺钉与结构底部固连；数据采集与信息处理电路采用标准PCB制板材质，并涂有三防漆，位于惯性传感器上部，通过螺钉与结构安装连接，整个传感器检测单元主要完成对船体姿态、升沉和振动的测量。

所述的供电通信线缆包括：供电线缆和信息传输线缆，二者封装在一个绝缘防护层中，主要完成对传感器检测单元的供电及PC机与传感器检测单元的通信。所述的监测PC机包括：PC机主体和电源转换与信号收发箱，主要完成对传感线检测单元数据的处理与实时显示。

适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法具体如下：

传感器检测单元借助MEMS陀螺仪和加速度计敏感船体角运动和线运动，通过互补滤波实现船体水平姿态的测量；在准确获得船体姿态信息之后，通过对Z轴加速度计进行二次积分和滤波处理，并按姿态信息匹配分解，即可完成船体升沉测量；通过对加速度计测量信号进行FFT处理，即可获得船体振动的幅值和频率。这些测量信息将通过通信线缆传输至PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示。

图1是船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置总体示意图；

图中：1-传感器检测单元，1-1集成一体化六轴惯性传感器，1-2数据采集与信息处理电路板，1-3防水机械结构；2-供电通信线缆；3-监测PC机，3-1PC机主体，3-2电源转换与信号收发箱。

图2是船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法过程图；

适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置总体如图1所示，包括1-传感器检测单元，1-1集成一体化六轴惯性传感器，1-2数据采集与信息处理电路板，1-3防水机械结构；2-供电通信线缆；3-监测PC机，3-1PC机主体，3-2电源转换与信号收发箱。1-传感器检测单元通过1-3防水机械结构底部安装螺纹孔与船体安装板水平固连，然后通过2-供电通信线缆连接3-监测PC机，船上电源通过3-2电源转换与信号收发箱给整个检测装置供电；适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法如图2所示，1-1集成一体化六轴惯性传感器借助MEMS陀螺仪和加速度计敏感船体角运动和线运动，通过互补滤波实现船体水平姿态的测量；在准确获得船体姿态信息之后，通过对Z轴加速度计进行二次积分和滤波处理，并按姿态信息匹配分解，即可完成船体升沉测量；通过对加速度计测量信号进行FFT处理，即可获得船体振动的幅值和频率。这些测量信息将通过2-供电通信线缆传输至3-监测PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示。

Claims (5)

1.一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置，由传感器检测单元(1)、供电通信线缆(2)、监测PC机(3)三部分组成，其特征在于：供电通信线缆(2)连接着传感器检测单元(1)和监测PC机(3)；且传感器检测单元(1)从下到上由集成一体化六轴惯性传感器(1-1)、数据采集与信息处理电路(1-2)、防水机械结构(1-3)三部分组成；供电通信线缆(2)由供电线缆和信息传输线缆两部分组成，且供电线缆和信息传输线缆封装在一个绝缘防护层中；监测PC机(3)由PC机主体(3-1)和电源转换与信号收发箱(3-2)两部分组成，且电源转换与信号收发箱(3-2)一端与供电通信线缆(2)相连接，另一端与PC机主体(3-1)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置，其特征在于：所述防水机械结构(1-3)为表面喷涂氧化黑漆的长方体结构，其材质为硬质铝合金；且防水机械结构(1-3)的上部分为密封盖，下部分的螺纹孔将防水机械结构(1-3)与船体固定。

3.根据权利要求1所述的一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置，其特征在于：所述集成一体化六轴惯性传感器(1-1)由三个MEMS陀螺仪和三个MEMS加速度计正交安装组成，集成一体化六轴惯性传感器(1-1)通过安装螺钉与防水机械结构(1-3)连接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测装置，其特征在于：所述数据采集与信息处理电路(1-2)的材质为标准PCB制板材质，且数据采集与信息处理电路(1-2)表面涂有三防漆。

5.一种适用于船舶姿态和升沉及振动测量的一体化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)借助MEMS陀螺仪和加速度计得到船体的角运动和线运动，通过重力自适应互补滤波实现船体水平姿态的测量；

(2)在准确获得船体水平姿态信息之后，通过Z轴加速度计进行二次积分处理和无延时滤波处理，并按姿态信息匹配分解，完成船体升沉测量；

(3)通过对加速度计测量信号进行FFT变换处理，获得船体振动的幅值和频率；

(4)将这些测量信息通过通信线缆传输至PC机进一步处理，并将其以图形界面直观实时显示，从而完成对船舶姿态、升沉、振动信息的一体化、高效能的检测。