CN114689347A - 一种无人潜水器辅助测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人潜水器辅助测试系统，包括：板卡测试单元和与其连接的传感器测试单元、推进器测试单元、噪声测试单元、室内水面通讯测试单元；在无人潜水器组装阶段依次完成板卡测试、传感器测试和推进器测试，并获取相应的测试数据；在组装完成后的无人潜水器进行整体运行阶段，在实验室水池条件下，利用卫星定位与通讯进行潜水器本体噪声及设备干扰测试，作为无人潜水器绝缘下降故障诊断的判断依据。本发明具备在实验室水池环境下对无人潜水器的组装和整体运行进行测试的能力；对于无人潜水器绝缘下降、噪声干扰等问题可以动态检测和排查，避免在湖试及海试暴露问题付出巨大代价；本发明不仅可以用于无人潜水器，还可以用在其他潜水器或海洋装备上。

Description

一种无人潜水器辅助测试系统

技术领域

本发明涉及海洋装备，水下机器人技术领域，具体来说是一种无人潜水器辅助测试系统。

背景技术

无人潜水器因在水下运行期间人员无法直接干预和检测其状态，对于其运行期间发生的故障问题不能及时发现和解决。并且完全依赖外场的湖试及海试发现和解决问题代价巨大，建立一套无人潜水器辅助测试系统，一些问题在实验室环境下便可以测试并处理，对其运维工作提供了有力的支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人潜水器辅助测试系统，以解决在实验室水池条件下对无人潜水器主要功能进行测试的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种无人潜水器辅助测试系统，在无人潜水器组装阶段获取测试数据依次完成板卡测试、传感器测试和推进器测试；在组装完成后的无人潜水器运行阶段，在实验室水池条件下，利用卫星定位与通讯进行潜水器本体噪声及设备干扰测试，包括：

板卡测试单元、待测板卡和传感器测试单元、推进器测试单元、噪声测试单元、室内水面通讯测试单元；

所述板卡测试单元连接被测板卡和传感器测试单元，对待测试板卡和传感器的串口、并口、CAN的输入输出信号进行测试；

所述推进器测试单元，用于通过内部的测试台和负载模拟单元基于待测试推进器模拟负载工况，测控系统连接负载模拟单元实时检测待测试推进器的运行电流、电压、输出转速和负载转矩；

所述噪声测试单元用于采集无人潜水器本体的噪声频谱信号及周围环境声学干扰信号；

所述室内水面通讯测试单元，用于将室外的GPS信号转接到室内，使室内试验水池环境中的无人潜水器收到GPS信号。

所述板卡测试单元包括CPU控制模块、通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块、用户电源模块，CPU控制模块通过PC104总线与通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块堆栈式连接，用户电源模块通过板卡测试单元内部连接线缆与CPU控制模块、通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块连接；通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块通过板卡测试单元外部连接线缆与待测试的板卡或者传感器连接。

所述板卡测试单元对待测试板卡和传感器的串口、并口、CAN的输入输出信号进行测试，包括：通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块通过外部连接电缆对待测试板卡和传感器发送控制指令、采集待测试板卡和传感器的反馈数据；CPU通过检测板卡测试单元输出电压的状态判断待测试板卡和传感器的供电是否正确，通过检测串口、CAN口数据是否有无、同时检测数据校验是否正确来判断待测试板卡和传感器是否故障。

所述推进器测试单元，用于提供推进器负载模拟环境，其组成包括测试台、负载模拟单元、测控系统，负载模拟单元为轴式力矩模拟器，通过固定件2紧固在测试台上，将待测试推进器通过固定件1安装在测试台上，使待测试推进器与负载模拟单元同轴，测试推进器与负载模拟单元的轴通过联轴器紧固连接，负载模拟单元通过连接电缆连接到测试系统。

所述测控系统，内部集成了电流检测电路、电压检测电路、转速检测电路、转矩检测电路和显控电路；待测试推进器在运行过程中，测控系统实时检测推进器的运行电流、电压、输出转速和负载转矩，通过计算得到待测试推进器的运行效率，进而实现对待测试推进器的全方位测试。

所述噪声测试单元，将水听器设置在无人潜水器附近，采集无人潜水器本体的噪声频谱信号并进行监测，及对声学信号干扰的监测。

所述室内水面通讯测试单元，通过卫星信号转发器将室外有效的GPS信号转接到室内，使无人潜水器收到有效的GPS信息，避免无人潜水器在实验室水池封闭环境下因遮挡造成的通讯断路。

本发明具有以下有益效果及优点

1.具备在实验室水池环境下对无人潜水器的组装和整体运行进行测试的能力。

2.对于无人潜水器绝缘下降、噪声干扰等问题可以动态检测和排查，避免在湖试及海试暴露问题付出巨大代价。

3.本发明的方法除了可以用于无人潜水器，还可以用在其他潜水器或海洋装备上。

附图说明

图1无人潜水器辅助测试系统组成示意图。

图2板卡测试单元结构示意。

图3推进器测试单元结构示意。

图4无人潜水器辅助测试系统流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示本发明一套无人潜水器辅助测试系统，应用于无人潜水器组装测试和整体运行两阶段。

组装测试包括：板卡测试单元、传感器测试单元、推进器测试单元。

板卡测试单元主要由CPU控制模块、串口通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块、用户电源模块等模块组成。CPU控制模块作为PC104总线上的核心设备即控制中心，能够控制总线并进行总线数据访问，被测板卡作为功能模块或执行模块响应控制中心指令，进而完成待测试板卡和传感器的串口、并口、CAN等输入输出功能的测试。测试通过的被测板卡作为无人潜水器可用板卡直接使用或备用。串口通讯模块可采用为RS485串口、RS422串口或者RS232串口；模数信号隔离模块由32个16位精度的可编程输入量程的模拟量输入通道、8个14位精度的用户可跳线设置量程的模拟量输出通道组成，实现数值信号和模拟信号的转换功；功率驱动模块由的24路光隔数字输入和24路光隔数字输出通道组成，可实现并口输入输出功能；用户电源模块由3个不同电压等级的隔离电压变换模块组成，可提供待测试板卡和传感器所需的不同幅值的直流电压输出，具体包括24VDC、12VDC和5VDC。

传感器测试单元，根据传感器的接口适配相应传感器调试线缆，之后通过直流稳压电源为其提供工作电压，与板卡测试单元进行通讯，根据软件协议对相应传感器测试，包括温盐仪、深度计、高度计、多普勒计程仪等。

如图2所示，板卡测试单元的通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块通过外部连接电缆对待测试板卡和传感器发送控制指令、采集待测试板卡和传感器的反馈数据；CPU控制模块通过PC104总线数据访问通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块采集反馈数据。待测试板卡和传感器各输入输出信号主要包括串口、并口、CAN口等。CPU通过检测板卡测试单元输出电压的状态判断待测试板卡和传感器的供电是否正确、通过检测串口、CAN口数据是否有无、同时检测数据校验是否正确来判断待测试板卡和传感器是否故障。

推进器测试单元，提供推进器负载模拟环境，其组成主要包括测试仪台体、负载模拟单元、测控单元等，对潜水器推进电机的负载转矩进行模拟，实时对推进电机的转速，输出转矩进行测量。

如图3所示，所述推进器测试单元，用于提供推进器负载模拟环境，其组成包括测试台、负载模拟单元、测控系统，负载模拟单元为轴式力矩模拟器，通过固定件2紧固在测试台上，将待测试推进器通过固定件1安装在测试台上，使待测试推进器与负载模拟单元同轴，测试推进器与负载模拟单元的轴通过联轴器紧固连接，负载模拟单元通过连接电缆连接到测试系统。

测试台为水平放置的具有一定承重能力的长方形底座，是用于固定待测推进器和负载模拟单元的工作台。

负载模拟单元采用磁粉离合器设备，通过控制磁粉离合器的励磁电流的大小来调整磁粉离合器的输出转矩，达到模拟电机负载转矩的作用。

所述测控系统，内部集成了电流检测电路、电压检测电路、转速检测电路、转矩检测电路和显控电路。电流检测电路主要通过霍尔传感器和模数转换板来实现对待测推进器输入电流的采集；电压检测电路主要通过放大电路和模数转换板实现对待测推进器输入电压的采集；转速检测电路通过编码器和数据采集模块实现对待测推进器输出转速的采集；显控电路主要通过工控机来读取各个检测电路获取的采集数据并通过内部显控软件显示在显示屏。除了上述输入电流、输入电压、负载转矩和输出转速外，可进一步通过这些数据计算待测电机在特定负载和转速下的效率，实现对待测试推进器的全方位测试。计算公式为：效率＝(负载转矩*输出转速)/(输入电流*输入电压*0.955)。

通过组装测试的无人潜水器在水池进行整体运行测试，组成包括：噪声测试单元、室内水面通讯测试单元。

噪声测试单元，无人潜水器的推进器作为噪声的主要来源，使用水听器对其噪声频谱进行监测、分析，及对声学信号干扰的监测。另外推进器本身为旋转部件，对其进行噪声的监测，也有助发现推进器自身内部的故障。

室内水面通讯测试单元，无人潜水器在测试与工作情况下需要接收有效的GPS信息，在实验室水池等封闭环境下，信号被遮挡无人潜水器很难接收到有效的GPS信息，通过卫星信号转发器将室外有效的GPS信号转接到室内，使无人潜水器收到有效的GPS信息。

如图4所示，本发明在无人潜水器组装阶段依次完成板卡测试、传感器测试和推进器测试，并获得测试数据。组装完成后的无人潜水器进行整体运行，在实验室水池条件下，利用卫星定位与通讯，进行潜水器本体噪声及设备干扰等测试，作为无人潜水器绝缘下降等故障诊断的判断依据。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，在无人潜水器组装阶段获取测试数据依次完成板卡测试、传感器测试和推进器测试；在组装完成后的无人潜水器运行阶段，在实验室水池条件下，利用卫星定位与通讯进行潜水器本体噪声及设备干扰测试，包括：

板卡测试单元、待测板卡和传感器测试单元、推进器测试单元、噪声测试单元、室内水面通讯测试单元；

所述板卡测试单元连接被测板卡和传感器测试单元，对待测试板卡和传感器的串口、并口、CAN的输入输出信号进行测试；

所述推进器测试单元，用于通过内部的测试台和负载模拟单元基于待测试推进器模拟负载工况，测控系统连接负载模拟单元实时检测待测试推进器的运行电流、电压、输出转速和负载转矩；

所述噪声测试单元用于采集无人潜水器本体的噪声频谱信号及周围环境声学干扰信号；

所述室内水面通讯测试单元，用于将室外的GPS信号转接到室内，使室内试验水池环境中的无人潜水器收到GPS信号。

2.根据权利要求1所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述板卡测试单元包括CPU控制模块、通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块、用户电源模块，CPU控制模块通过PC104总线与通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块堆栈式连接，用户电源模块通过板卡测试单元内部连接线缆与CPU控制模块、通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块连接；通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块通过板卡测试单元外部连接线缆与待测试的板卡或者传感器连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述板卡测试单元对待测试板卡和传感器的串口、并口、CAN的输入输出信号进行测试，包括：通讯模块、模数信号隔离模块、功率驱动模块通过外部连接电缆对待测试板卡和传感器发送控制指令、采集待测试板卡和传感器的反馈数据；CPU通过检测板卡测试单元输出电压的状态判断待测试板卡和传感器的供电是否正确，通过检测串口、CAN口数据是否有无、同时检测数据校验是否正确来判断待测试板卡和传感器是否故障。

4.根据权利要求1所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述推进器测试单元，用于提供推进器负载模拟环境，其组成包括测试台、负载模拟单元、测控系统，负载模拟单元为轴式力矩模拟器，通过固定件2紧固在测试台上，将待测试推进器通过固定件1安装在测试台上，使待测试推进器与负载模拟单元同轴，测试推进器与负载模拟单元的轴通过联轴器紧固连接，负载模拟单元通过连接电缆连接到测试系统。

5.根据权利要求4所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述测控系统，内部集成了电流检测电路、电压检测电路、转速检测电路、转矩检测电路和显控电路；待测试推进器在运行过程中，测控系统实时检测推进器的运行电流、电压、输出转速和负载转矩，通过计算得到待测试推进器的运行效率，进而实现对待测试推进器的全方位测试。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述噪声测试单元，将水听器设置在无人潜水器附近，采集无人潜水器本体的噪声频谱信号并进行监测，及对声学信号干扰的监测。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种无人潜水器辅助测试系统，其特征在于，所述室内水面通讯测试单元，通过卫星信号转发器将室外有效的GPS信号转接到室内，使无人潜水器收到有效的GPS信息，避免无人潜水器在实验室水池封闭环境下因遮挡造成的通讯断路。

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