CN110435821B - 一种波浪浮标振动补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波浪浮标振动补偿装置，包括：加速度传感器；加速度传感器的第一侧部设置第一调节单元；第一调节单元用于调节加速度传感器Z方向的位移；加速度传感器的第二侧部设置第二调节单元；第二调节单元用于调节加速度传感器Y方向的位移；加速度传感器的第三侧部设置第三调节单元；第三调节单元用于调节加速度传感器X方向的位移。加速度传感器通过弹性组件和弹簧进行缓冲，伺服电机带动凸轮转动，凸轮驱动传感器顶针作直线往复运动，伺服电机通过软件算法驱动凸轮转动一个幅度，使弹性组件长度发生变化，从而改变加速度传感器频率，与水质点的运动状态保持一致。可以减小测量结果偏移使得其频率与波浪频率接近一致。

Description

一种波浪浮标振动补偿装置

技术领域

本发明涉及浮标测量技术领域，尤其涉及一种波浪浮标振动补偿装置。

背景技术

在海洋研究领域，海浪是最重要最复杂的一种海洋气象要素。波浪浮标是一种小型浮标测量系统。波浪浮标无人值守，能长时间的自动对海洋环境参数进行检测，如波浪周期、波高、波浪方向、海上温度、气压参数。

现有技术中，波浪浮标受到浮力和重力的影响而运动，因为所受重力大小不变而浮力会发生变化，所以波浪浮标会随着波浪运动，但浮标的运动频率与波浪并不一致，运动传感器所测得的数据与实际波浪频率有偏差，不能反应波浪的真实运动情况，造成出现测量偏差加大，影响数据准确性。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种可以减小测量结果偏移使得其频率与波浪频率接近一致的波浪浮标振动补偿装置，包括：加速度传感器；

加速度传感器的第一侧部设置第一调节单元；第一调节单元用于调节加速度传感器Z方向的位移；

加速度传感器的第二侧部设置第二调节单元；第二调节单元用于调节加速度传感器Y方向的位移；

加速度传感器的第三侧部设置第三调节单元；第三调节单元用于调节加速度传感器X方向的位移。

进一步需要说明的是，加速度传感器外部包裹有壳体；

第一调节单元，第二调节单元以及第三调节单元分别设有弹性组件；

壳体的第一侧部设有第一侧孔，第一调节单元的弹性组件穿过第一侧孔通过与加速度传感器的第一侧部连接；

壳体的第二侧部设有第二侧孔，第二调节单元的弹性组件穿过第二侧孔与加速度传感器的第二侧部连接；

壳体的第三侧部设有第二侧孔，第三调节单元的弹性组件穿过第三侧孔与加速度传感器的第三侧部连接。

进一步需要说明的是，弹性组件设有传感器顶针，压缩弹簧和套管；

套管套设在压缩弹簧和传感器顶针的外部；

套管与壳体上的侧孔连接；

压缩弹簧一端连接加速度传感器，压缩弹簧另一端通过传感器顶针连接凸轮的轮槽。

进一步需要说明的是，还包括微控制器；

微控制器分别与加速度传感器和伺服电机连接；

微控制器通过傅里叶变换对采集的数据进行数据处理，并通过积分方法计算出加速度传感器的位移变化。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明中加速度传感器通过弹性组件和弹簧进行缓冲，伺服电机带动凸轮转动，凸轮驱动传感器顶针作直线往复运动，伺服电机通过软件算法驱动凸轮转动一个幅度，使弹性组件长度发生变化，从而改变加速度传感器频率，使其与水质点的运动状态保持一致。

通过波浪浮标振动补偿装置可以减小测量结果偏移使得其频率与波浪频率接近一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为波浪浮标振动补偿装置示意图；

图2为波浪浮标振动补偿装置示意图；

图3为装置运动轨迹图示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本发明提供一种波浪浮标振动补偿装置，如图1和图2所示，包括：加速度传感器6；加速度传感器6的第一侧部设置第一调节单元11；第一调节单元11用于调节加速度传感器6Z方向的位移；加速度传感器6的第二侧部设置第二调节单元12；第二调节单元12用于调节加速度传感器6Y方向的位移；加速度传感器6的第三侧部设置第三调节单元13；第三调节单元13用于调节加速度传感器6X方向的位移。

这里涉及X方向，Y方向以及Z方向，不具体限定方向，仅仅是对当下的一种表述，可能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在…下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。

本发明各个部件的连接关系应当理解，在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。

本发明所采用的术语仅做描述具体实施例的用途，并非意在限制本文件内的表述。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还要理解的是，当用于本说明书时，术语“包括”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。

本发明中，加速度传感器6外部包裹有壳体8；第一调节单元11，第二调节单元12以及第三调节单元13分别设有弹性组件5；壳体8的第一侧部设有第一侧孔，第一调节单元11的弹性组件5穿过第一侧孔与加速度传感器6的第一侧部连接；壳体8的第二侧部设有第二侧孔，第二调节单元12的弹性组件5穿过第二侧孔与加速度传感器6的第二侧部连接；壳体8的第三侧部设有第二侧孔，第三调节单元13的弹性组件5穿过第三侧孔与加速度传感器6的第三侧部连接。

第一调节单元11，第二调节单元12以及第三调节单元13具体的结构形式为：

第一调节单元11还设有第一机架21和第一弹簧7；第一机架21连接有第一伺服电机22，第一伺服电机22的输出端连接凸轮调节机构3；凸轮调节机构3通过弹性组件5与加速度传感器6的第一侧部连接；第一弹簧7的第一端与加速度传感器6第一侧部相对的另一侧连接；第一弹簧7的第二端连接壳体8内壁。

凸轮调节机构3设有连杆9和凸轮10；凸轮10套设在连杆9上；连杆9第一端连接第一伺服电机22的输出端；凸轮10的轮槽与弹性组件5配合连接；第一调节单元11还设有第一连板23和第一支撑板24；第一连板23的一端与第一机架21连接，第一连板23的另一端与壳体8外壁连接；第一支撑板24的一端与壳体8外壁连接；第一支撑板24的另一端与所述连杆9第二端转动连接。

第二调节单元12还设有第二机架1和第二弹簧25；第二机架1连接有第二伺服电机2，第二伺服电机2的输出端连接凸轮调节机构3；凸轮调节机构3通过弹性组件5与加速度传感器6的第二侧部连接；第二弹簧25的第一端与加速度传感器6第二侧部相对的另一侧连接；第二弹簧25的第二端连接壳体8内壁。

凸轮调节机构3的连杆9第一端连接第二伺服电机2的输出端；凸轮10的轮槽与弹性组件5配合连接；第二调节单元12还设有第二支撑板16；第二机架1与第一支撑板24连接；第二支撑板16的一端与壳体8外壁连接；第二支撑板16的另一端与所述连杆9第二端转动连接。

第三调节单元13还设有第三机架31和第三弹簧；第三机架31连接有第三伺服电机32，第三伺服电机32的输出端连接凸轮调节机构3；凸轮调节机构3通过弹性组件5与加速度传感器6的第三侧部连接；第三弹簧的第一端与加速度传感器6第三侧部相对的另一侧连接；第三弹簧的第二端连接壳体8内壁。

凸轮调节机构3的连杆9第一端连接第三伺服电机32的输出端；凸轮10的轮槽与弹性组件5配合连接；第三调节单元13还设有第三连板33和第三支撑板34；第三连板33的一端与第三机架31连接，第三连板33的另一端与壳体8外壁连接；第三支撑板34的一端与壳体8外壁连接；第三支撑板34的另一端与所述连杆9第二端转动连接。

作为第一调节单元11，第二调节单元12以及第三调节单元13共同设置的弹性组件5设有传感器顶针53，压缩弹簧51和套管52；套管52套设在压缩弹簧51和传感器顶针53的外部；套管52与壳体8上的侧孔连接；压缩弹簧51一端连接加速度传感器6，压缩弹簧51另一端通过传感器顶针53连接凸轮10的轮槽。

第一调节单元11，第二调节单元12以及第三调节单元13的工作状态为，加速度传感器通过弹性组件和弹簧进行缓冲，伺服电机带动凸轮转动，凸轮驱动传感器顶针作直线往复运动，伺服电机通过软件算法驱动凸轮转动一个幅度，使弹性组件长度发生变化，从而改变加速度传感器频率，使其与水质点的运动状态保持一致。

通过波浪浮标振动补偿装置可以减小测量结果偏移使得其频率与波浪频率接近一致。常用的运动传感器是加速度传感器，凸轮调节机构主要是对加速度传感器的调节。

本发明中，波浪浮标振动补偿装置还包括微控制器；微控制器分别与加速度传感器6和伺服电机连接；微控制器通过傅里叶变换对采集的数据进行数据处理，并通过积分方法计算出加速度传感器6的位移变化。

波浪浮标振动补偿装置通过凸轮调节机构调节加速度传感器频率，使其与波浪真实频率接近，最终波浪浮标会采集到更准确的数据。

微控制器可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。

微控制器可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

微控制器可以是软件和/或固件由处理电路包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路(ASICs)，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

本发明通过在波浪浮标中涉及的凸轮调节机构，可以减小偏差，实时获取更真实的波浪数据。

具体的工作原理为：运动分析：

F浮＝G排水＝ρV排水g

F浮＝Mg时，浮标相对波浪静止，浮标位置可以反应出波浪位置如图3点A；

F浮<Mg时，V排水减小，浮标在波浪上方，浮标下降，如图3点B；

F浮>Mg时，V排水增大，浮标在波浪下方，浮标上浮，如图3点C。

加速度传感器测波方法是将装有加速度传感器的波浪浮标进行测量波浪式，浮标伴随着海面的变化作相应的运动，即代表了水质点的运动状态，结果计算输出一个加速度信号。离散的加速度信号由采集电路采集得到一系列竖直加速度值来得到波高、波周期等数据。

微控制器通过傅里叶变换对采集的数据进行数据处理，并通过积分方法计算出加速度传感器(6)的位移变化，具体的，先通过傅里叶变换对数据进行处理，当然这里不仅仅局限于使用傅里叶变换对数据进行处理，还可以采用其他方式进行处理。

这样，微控制器通过相关算法对采集的数据进行数据处理，并通过积分方法计算出位移变化。

当然本发明所采用相关算法，并不局限于上述方式对采集的数据进行数据处理。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，包括：加速度传感器(6)；

加速度传感器(6)的第一侧部设置第一调节单元(11)；第一调节单元(11)用于调节加速度传感器(6)Z方向的位移；

加速度传感器(6)的第二侧部设置第二调节单元(12)；第二调节单元(12)用于调节加速度传感器(6)Y方向的位移；

加速度传感器(6)的第三侧部设置第三调节单元(13)；第三调节单元(13)用于调节加速度传感器(6)X方向的位移；

加速度传感器(6)外部包裹有壳体(8)；

第一调节单元(11)，第二调节单元(12)以及第三调节单元(13)分别设有弹性组件(5)；

壳体(8)的第一侧部设有第一侧孔，第一调节单元(11)的弹性组件(5)穿过第一侧孔通过与加速度传感器(6)的第一侧部连接；

壳体(8)的第二侧部设有第二侧孔，第二调节单元(12)的弹性组件(5)穿过第二侧孔与加速度传感器(6)的第二侧部连接；

壳体(8)的第三侧部设有第二侧孔，第三调节单元(13)的弹性组件(5)穿过第三侧孔与加速度传感器(6)的第三侧部连接；

第一调节单元(11)还设有第一机架(21)和第一弹簧(7)；

第一机架(21)连接有第一伺服电机(22)，第一伺服电机(22)的输出端连接凸轮调节机构(3)；

凸轮调节机构(3)通过弹性组件(5)与加速度传感器(6)的第一侧部连接；

第一弹簧(7)的第一端与加速度传感器(6)第一侧部相对的另一侧连接；

第一弹簧(7)的第二端连接壳体(8)内壁。

2.根据权利要求1所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

凸轮调节机构(3)设有连杆(9)和凸轮(10)；凸轮(10)套设在连杆(9)上；连杆(9)第一端连接第一伺服电机(22)的输出端；凸轮(10)的轮槽与弹性组件(5)配合连接；

第一调节单元(11)还设有第一连板(23)和第一支撑板(24)；

第一连板(23)的一端与第一机架(21)连接，第一连板(23)的另一端与壳体(8)外壁连接；

第一支撑板(24)的一端与壳体(8)外壁连接；第一支撑板(24)的另一端与所述连杆(9)第二端转动连接。

3.根据权利要求1所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

第二调节单元(12)还设有第二机架(1)和第二弹簧(25)；

第二机架(1)连接有第二伺服电机(2)，第二伺服电机(2)的输出端连接凸轮调节机构(3)；

凸轮调节机构(3)通过弹性组件(5)与加速度传感器(6)的第二侧部连接；

第二弹簧(25)的第一端与加速度传感器(6)第二侧部相对的另一侧连接；

第二弹簧(25)的第二端连接壳体(8)内壁。

4.根据权利要求3所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

凸轮调节机构(3)的连杆(9)第一端连接第二伺服电机(2)的输出端；凸轮(10)的轮槽与弹性组件(5)配合连接；

第二调节单元(12)还设有第二支撑板(16)；

第二机架(1)与第一支撑板(24)连接；

第二支撑板(16)的一端与壳体(8)外壁连接；第二支撑板(16)的另一端与所述连杆(9)第二端转动连接。

5.根据权利要求1所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

第三调节单元(13)还设有第三机架(31)和第三弹簧；

第三机架(31)连接有第三伺服电机(32)，第三伺服电机(32)的输出端连接凸轮调节机构(3)；

凸轮调节机构(3)通过弹性组件(5)与加速度传感器(6)的第三侧部连接；

第三弹簧的第一端与加速度传感器(6)第三侧部相对的另一侧连接；

第三弹簧的第二端连接壳体(8)内壁。

6.根据权利要求5所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

凸轮调节机构(3)的连杆(9)第一端连接第三伺服电机(32)的输出端；凸轮(10)的轮槽与弹性组件(5)配合连接；

第三调节单元(13)还设有第三连板(33)和第三支撑板(34)；

第三连板(33)的一端与第三机架(31)连接，第三连板(33)的另一端与壳体(8)外壁连接；

第三支撑板(34)的一端与壳体(8)外壁连接；第三支撑板(34)的另一端与所述连杆(9)第二端转动连接。

7.根据权利要求1或3或5所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

弹性组件(5)设有传感器顶针(53)，压缩弹簧(51)和套管(52)；

套管(52)套设在压缩弹簧(51)和传感器顶针(53)的外部；

套管(52)与壳体(8)上的侧孔连接；

压缩弹簧(51)一端连接加速度传感器(6)，压缩弹簧(51)另一端通过传感器顶针(53)连接凸轮(10)的轮槽。

8.根据权利要求1或3或5所述的波浪浮标振动补偿装置，其特征在于，

还包括微控制器；

微控制器分别与加速度传感器(6)和伺服电机连接；

微控制器通过傅里叶变换对采集的数据进行数据处理，并通过积分方法计算出加速度传感器(6)的位移变化。

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