CN116358485A - 船体姿态动态监测传感器及传感器的安装使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船体姿态动态监测传感器，其包括外壳单元、支撑单元、惯性单元；外壳单元中设置有密闭的容纳腔，容纳腔中充入有气体介质；且外壳单元设置有矩阵传感器组；支撑单元安装于外壳单元，且位于容纳腔中；惯性单元位于容纳腔中，并沿Z轴方向设置，铰接安装于支撑单元；惯性单元底部设置有光源组，光源组包括第一光源、第二光源、第三光源；矩阵传感器组对应光源组设置，用以检测第一光源、第二光源、第三光源发出的光。同时，本发明还提供了一种传感器的安装使用方法。与现有技术相比，本发明提供的船体姿态动态监测传感器及传感器的安装使用方法，可以监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

Description

船体姿态动态监测传感器及传感器的安装使用方法

技术领域

本发明涉及船体姿态监测技术领域，尤其涉及一种船体姿态动态监测传感器及传感器的安装使用方法。

背景技术

海浪是一种常见的自然现象，是由海水的不规则波动产生的。海面上浪的传播形式是纵波和横波综合作用的结果而在海面上行驶的船体在这种综合作用的情况下会发生周期性的横摇、纵摇和艏摇运动，这不仅会影响正确航行，更有可能因舰船中安装在弹性浮筏上重要设备与舱内硬性连接产生错位从而产生严重损伤。因此，船体上需要安装监测设备来对船体姿态进行动态监测。

现有技术中，如公开号为CN111076680A公开了一种用于船体姿态动态监测的光纤光栅传感器及应用，其利用光纤光栅测量出三个方向的加速度矢量，然后通过求三个方向与重力加速度的夹角推导出船体横摇、纵摇和艏摇的角度。该技术方案计算出来的角度值是相对值而非绝对值，不能准确的监测反馈船体姿态。

发明内容

针对现有技术中船体姿态监测设备，不能准确的反馈船体姿态的技术问题。本发明提供了一种船体姿态动态监测传感器，其可以监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

一种船体姿态动态监测传感器，其包括外壳单元、支撑单元、惯性单元；

所述外壳单元中设置有密闭的容纳腔，所述容纳腔中充入有气体介质；且所述外壳单元设置有矩阵传感器组；

所述支撑单元安装于所述外壳单元，且位于所述容纳腔中；

所述惯性单元位于所述容纳腔中，并沿Z轴方向设置，铰接安装于所述支撑单元；

所述惯性单元底部设置有光源组，所述光源组包括第一光源、第二光源、第三光源，所述第一光源的轴沿Z轴方向设置，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内呈夹角设置，所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内呈夹角设置；

所述矩阵传感器组对应所述光源组设置，用以检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光。

优选的，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内的夹角和所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内的夹角相同。

优选的，所述惯性单元顶部通过弹簧阻尼单元与所述外壳单元连接；

所述弹簧阻尼单元包括转接头及弹簧阻尼器，所述转接头与所述惯性单元顶部连接，所述弹簧阻尼器两端分别连接所述转接头、所述外壳单元；

所述弹簧阻尼器设置有多个，多个所述弹簧阻尼器沿所述转接头的周侧依次设置。

优选的，所述支撑单元中开设有球形槽；

所述惯性单元包括连杆、铰球、基座；

所述连杆顶部通过所述弹簧阻尼单元与所述外壳单元连接；

所述铰球设置于所述连杆中部，并位于所述球形槽中，与所述支撑单元铰接；

所述基座设置于所述连杆底部，所述基座上开设有贯穿所述基座设置的光源安装孔；

所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源安装于不同的所述光源安装孔中。

优选的，所述转接头与所述惯性单元顶部螺纹连接；

所述弹簧阻尼器包括阻尼器、弹簧，所述阻尼器的一端与所述转接头连接；

所述弹簧的一端与所述阻尼器的另一端连接，所述弹簧的另一端与所述外壳单元连接。

优选的，所述外壳单元上开设有进气孔、出气孔，所述进气孔、所述出气孔分别将所述容纳腔与外部环境连通，且所述进气孔、所述出气孔中分别设置有密封塞。

优选的，还包括浓度计，所述浓度计安装于所述外壳单元，并位于所述容纳腔中，用以检测所述气体介质浓度。

优选的，所述外壳单元包括筒座、安装板、基板；

所述安装板安装于所述筒座顶部，用以安装于船体；

所述基板安装于所述筒座底部；

所述矩阵传感器组设置于所述基板上。

优选的，所述安装板与所述筒座之间设置有密封圈，所述基板与所述筒座之间设置有密封圈。

一种传感器的安装使用方法，其包括如下步骤：

S1、组装如上述中所述的船体姿态动态监测传感器；

S2、开启所述外壳单元上进气孔、出气孔的密封塞，并从所述进气孔向所述容纳腔中充入气体介质，直至所述容纳腔中的气体介质充入到所需浓度，通过密封塞将所述进气孔、所述出气孔堵塞密封；

S3、将所述外壳单元安装于船体上；

S4、依次循环开启所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源，通过所述矩阵传感器组检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光，并计算获得船体横摇、纵摇和艏摇的绝对角度参数。

与现有技术相比，本发明提供的船体姿态动态监测传感器，其包括外壳单元、支撑单元、惯性单元；所述外壳单元中设置有密闭的容纳腔，所述容纳腔中充入有气体介质；且所述外壳单元设置有矩阵传感器组；所述支撑单元安装于所述外壳单元，且位于所述容纳腔中；所述惯性单元位于所述容纳腔中，并沿Z轴方向设置，铰接安装于所述支撑单元；所述惯性单元底部设置有光源组，所述光源组包括第一光源、第二光源、第三光源，所述第一光源的轴沿Z轴方向设置，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内呈夹角设置，所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内呈夹角设置；所述矩阵传感器组对应所述光源组设置，用以检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光。所述船体姿态动态监测传感器中设置有所述惯性单元，且所述惯性单元上设置有所述光源组，而所述外壳单元上设置有所述矩阵传感器组；当所述船体姿态动态监测传感器安装于船体上时，所述惯性单元受重力影响处于竖直状态，而所述外壳单元会跟随船体同步摇摆，使得所述外壳单元与所述惯性单元发生相对运动，从而通过所述矩阵传感器组不同位置检测到所述光源组发出的光，监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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为一种实施例提供的船体姿态动态监测传感器的立体结构示意图；

图2为一种实施例提供的船体姿态动态监测传感器的剖视图；

图3为一种实施例提供的弹簧阻尼单元的分解结构示意图；

图4为一种实施例提供的惯性单元的分解结构示意图；

图5为一种实施例提供的支撑单元的分解结构示意图；

图6为一种实施例提供的外壳单元的分解结构示意图；

图7为一种实施例提供的筒座的剖视图；

图8为一种实施例提供的船体姿态动态监测传感器中光线路径空间构造图；

图9为图8所示M区域的局部放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”、“安装于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者间接设置在另一个部件上；当一个部件与另一个部件“连接”，或一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或间接连接至另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明提供了一种船体姿态动态监测传感器，其包括外壳单元、支撑单元、惯性单元；所述外壳单元中设置有密闭的容纳腔，所述容纳腔中充入有气体介质；且所述外壳单元设置有矩阵传感器组；所述支撑单元安装于所述外壳单元，且位于所述容纳腔中；所述惯性单元位于所述容纳腔中，并沿Z轴方向设置，铰接安装于所述支撑单元；所述惯性单元底部设置有光源组，所述光源组包括第一光源、第二光源、第三光源，所述第一光源的轴沿Z轴方向设置，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内呈夹角设置，所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内呈夹角设置；所述矩阵传感器组对应所述光源组设置，用以检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光。所述船体姿态动态监测传感器中设置有所述惯性单元，且所述惯性单元上设置有所述光源组，而所述外壳单元上设置有所述矩阵传感器组；当所述船体姿态动态监测传感器安装于船体上时，所述惯性单元受重力影响处于竖直状态，而所述外壳单元会跟随船体同步摇摆，使得所述外壳单元与所述惯性单元发生相对运动，从而通过所述矩阵传感器组不同位置检测到所述光源组发出的光，监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

请结合参阅图1至图7。本实施例提供了一种船体姿态动态监测传感器100，具体是一种基于光衰先验的船体姿态动态监测传感器，其用以安装于船体上对船体姿态进行监测，可以监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

所述船体姿态动态监测传感器100包括外壳单元10、支撑单元20、惯性单元30，所述外壳单元10中设置有密闭的容纳腔11，所述容纳腔11中充入有气体介质，且所述外壳单元10设置有矩阵传感器组12。所述支撑单元20安装于所述外壳单元10，且所述支撑单元20位于所述容纳腔11中。所述惯性单元30位于所述容纳腔11中并沿Z轴设置，所述惯性单元30铰接安装于所述支撑单元20。

其中，所述惯性单元30指的是受重力影响从而能使自身保持姿态位置的部件单元。在本实施例中，X轴、Y轴、Z轴为三个相互垂直的轴，Z轴为竖轴，为铅锤方向的轴；X轴、Y轴为水平方向上的两个轴，X为横轴，Y为纵轴。所述惯性单元30铰接安装于所述支撑单元20指的是，所述惯性单元30安装于所述支撑单元20上，通过所述支撑单元20将所述惯性单元30在Z轴方向支撑，使得所述惯性单元30不会由于重力影响而下落，同时所述惯性单元30和所述支撑单元20之间能在其他方向角度上相对运动。从而当船体摇摆时，所述支撑单元20能跟随船体摇摆而与所述惯性单元30发生相对运动。

所述惯性单元30底部设置有光源组31，所述光源组31包括第一光源311、第二光源312、第三光源313，所述第一光源311的轴沿Z轴方向设置。所述第二光源312的轴与所述第一光源311的轴在XZ平面内呈夹角设置，即在XZ平面内所述第二光源312倾斜设置，所述第二光源312的设置方向不与所述第一光源311的设置方向平行。所述第三光源313的轴与所述第一光源311的轴在YZ平面内呈夹角设置，即在YZ平面内所述第三光源313倾斜设置，所述第三光源313的设置方向不与所述第一光源311的设置方向平行。

所述矩阵传感器组12对应所述光源组31设置，所述矩阵传感器组12用以检测所述第一光源311、所述第二光源312、所述第三光源313发出的光。其中，所述矩阵传感器组12对应所述光源组31设置指的是，所述矩阵传感器组12的设置位置对应所述光源组31，从而所述光源组31中发出的光能对应的照射在所述矩阵传感器组12上。

可以理解的是，在海面上行驶的船体在海浪的作用下会发生周期性的横摇、纵摇和艏摇运动，这不仅会影响正确航行，更有可能因舰船中安装在弹性浮筏上重要设备与舱内硬性连接产生错位从而产生严重损伤。因此，如果能动态监测到船体姿态的变化，为浮筏装置提供可靠的调整数据势必会为舰船连续作战的可靠性增加保障。

然而，现有技术中用于船体姿态动态监测的光纤光栅传感器，计算得出的角度值是相对值而非绝对值，不能准确的监测反馈船体姿态。

而本实施例提供的所述船体姿态动态监测传感器100将所述光源组31设置在所述惯性单元30上，将所述矩阵传感器组12设置在所述外壳单元10上，使用时，通过循环开启所述第一光源311、所述第二光源312和所述第三光源313，通过测量气体介质浓度，比对气体介质对所用波长的激光吸收图谱，可以确定该浓度下气体介质对光衰减的特性来计算光路长度参数进而计算出船体横摇、纵摇和艏摇的绝对角度参数。可以监测得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

具体的，在一种实施例中，所述矩阵传感器组12由若干光敏电阻组成。

优选的，在一种实施例中，所述第二光源312的轴与所述第一光源311的轴在XZ平面内的夹角和所述第三光源313的轴与所述第一光源311的轴在YZ平面内的夹角相同，从而可以进一步的确保监测数据的准确度。具体的，在一种实施例中，所述第二光源312的轴与所述第一光源311的轴在XZ平面内的夹角为θ，所述第三光源313的轴与所述第一光源311的轴在YZ平面内的夹角同为θ，所述第二光源312的轴的延长线、所述第三光源313的轴的延长线相交于所述第一光源311的轴的延伸线上G点。

优选的，在一种实施例中，所述惯性单元30顶部通过弹簧阻尼单元40与所述外壳单元10连接。所述弹簧阻尼单元40包括转接头41及弹簧阻尼器42，所述转接头41与所述惯性单元30顶部连接，所述弹簧阻尼器42两端分别连接所述转接头41、所述外壳单元10。所述弹簧阻尼器42设置有多个，多个所述弹簧阻尼器42沿所述转接头41的周侧依次设置。通过所述弹簧阻尼单元40将所述惯性单元30顶部与所述外壳单元10连接，可以稳定所述惯性单元30运动。具体的，在一种实施例中，所述弹簧阻尼器42设置有四个，四个所述弹簧阻尼器42设置于所述转接头41四个周侧表面。

可以理解的是，现有技术中的传感器，所用柔性铰在船体发生冲击情况易变形而导致数据失真。

而本实施例提供的所述船体姿态动态监测传感器100可以更好的避免数据失真。

更优的，在一种实施例中，所述支撑单元20中开设有球形槽21。所述惯性单元30包括连杆32、铰球33、基座34，所述连杆32顶部通过所述弹簧阻尼单元40与所述外壳单元10连接。所述铰球33设置于所述连杆32中并位于所述球形槽21中，所述铰球33与所述支撑单元20铰接。所述基座34设置于所述连杆32底部，所述基座34上开设有贯穿所述基座34设置的光源安装孔341。所述第一光源311、所述第二光源312、所述第三光源313安装于不同的所述光源安装孔341中。即所述基座34上开设有多个所述光源安装孔341，所述光源组31中的每个光源对应安装于一个所述光源安装孔341中。具体的，在一种实施例中，所述光源安装孔341设置有三个，三个所述光源安装孔341分为第一安装孔3411、第二安装孔3412、第三安装孔3413，所述第一光源311安装于所述第一安装孔3411，所述第二光源312安装于所述第二安装孔3412，所述第三光源313安装于所述第三安装孔3413。所述第一安装孔3411的轴与Z轴重合，所述第二安装孔3412与所述第一安装孔3411在XZ平面内夹角为θ，所述第三安装孔3413与所述第一安装孔3411在YZ平面内同样为θ，三个安装孔的延伸线相较于G点。即在一种实施例中，通过所述光源安装孔341来限制所述光源组31中光源的位置角度。更优的，所述光源组31中的光源对应安装于所述光源安装孔341后使用树脂将所述光源组31封装在所述基座34中。

更优的，在一种实施例中，所述基座34上还设置有配重块35。

具体的，在一种实施例中，所述连杆32包括第一连杆321、第二连杆322，所述第一连杆321、所述第二连杆322均为中空管，所述第一连杆321底部、所述第二连杆322顶部与所述铰球33焊接在一起，所述铰球33上开有避让孔。所述基座34与所述第二连杆322之间螺纹连接。所述光源组31的光纤依次穿过所述第二连杆322、所述铰球33、所述第一连杆321，然后通过所述外壳单元10上的光纤孔111穿出所述外壳单元10。更优的，所述光源组31的光纤通过所述光纤孔111穿出后再使用树脂对其进行密封固定。

具体的，在一种实施例中，所述支撑单元20包括第一支撑板22、第二支撑板23，所述第一支撑板22、所述第二支撑板23分别通过螺钉安装于所述外壳单元10。所述第一支撑板22、所述第二支撑板23之间通过紧定螺钉24相互固定。安装时，所述第一支撑板22、所述第二支撑板23通过所述紧定螺钉24将所述铰球33夹持在所述球形槽21上，然后再通过螺钉将所述第一支撑板22、所述第二支撑板23安装固定在所述外壳单元10上。

优选的，在一种实施例中，所述转接头41与所述惯性单元30顶部螺纹连接。所述弹簧阻尼器42包括阻尼器421、弹簧422，所述阻尼器421的一端与所述转接头41连接。所述弹簧422的一端与所述阻尼器421的另一端连接，所述弹簧422的另一端与所述外壳单元10连接。通过此种结构可以更好的稳定所述惯性单元30。

优选的，在一种实施例中，所述外壳单元10上开设有进气孔112、出气孔113，所述进气孔112、所述出气孔113分别将所述容纳腔11与外部环境连通，从而通过所述进气孔112、所述出气孔113可以向所述容纳腔11中充入气体介质，可以确保所述容纳腔11中气体介质浓度满足所需浓度需求。所述进气孔112、所述出气孔113中分别设置有密封塞50，从而在气体介质充装完毕后，能通过两个所述密封塞50分别将所述进气孔112、所述出气孔113密封堵塞，防止气体介质流出。

优选的，在一种实施例中，所述船体姿态动态监测传感器100还包括浓度计60，所述浓度计60安装于所述外壳单元10并位于所述容纳腔11中，用以检测所述气体介质浓度。通过所述浓度计60可以实时反馈所述容纳腔11中所述气体介质的浓度，从而可以更好的确保姿态监测数据的准确性。

具体的，在一种实施例中，所述外壳单元10上开设有浓度计出线孔114，所述浓度计60的信号线通过所述浓度计出线孔114穿出所述容纳腔11。更优的，所述浓度计60的信号线通过所述浓度计出线孔114穿出后再使用树脂对其进行密封固定。

优选的，在一种实施例中，所述外壳单元10包括筒座13、安装板14、基板15。所述安装板14安装于所述筒座13顶部，所述安装板14用以安装于船体，从而通过所述安装板14与船体之间的安装连接，可以实现所述船体姿态动态监测传感器100整体的安装。所述基板15安装于所述筒座13底部，所述矩阵传感器组12安装在所述基板15上通过信号线传输电流信息。具体的，所述安装板14、所述基板15分别通过螺钉与所述筒座13安装固定。

优选的，在一种实施例中，所述安装板14与所述筒座13之间设置有密封圈16，所述基板15与所述筒座13之间设置有密封圈16，从而可以更好的保障所述外壳单元10的密封性能。

具体的，在一种实施例中，所述筒座13顶部开设有第一环槽131，所述安装板14与所述筒座13之间的所述密封圈16被所述安装板14压紧于所述第一环槽131中。所述筒座13底部开设有第二环槽132，所述基板15与所述筒座13之间的所述密封圈16被所述基板15压紧于所述第二环槽132中。

具体的，在一种实施例中，所述筒座13内壁设置有支撑单元支撑座133，所述支撑单元20对应安装于所述支撑单元支撑座133上。所述筒座13内壁还设置有浓度计支撑座134，所述浓度计60通过螺钉对应安装于所述浓度计支撑座134。

具体的，在一种实施例中，所述安装板14、所述筒座13、所述基板15、所述转接头41、所述连杆32、所述铰球33、所述基座34、所述配重块35、所述支撑单元20以及各安装用的螺钉均采用316不锈钢材质，能够满足海洋盐雾环境使用，此外使用不锈钢使得整体结构能够满足舰船爆炸冲击的强度要求。

请结合参阅图2、图4、图8、图9。所述铰球33球心定义为OXYZ。如前所述G点为三光源的交点。H点为所述第一光源311与所述基座34底面的交点；I点为所述第二光源312与所述基座34底面的交点；J点为所述第三光源313与基座34底面的交点。C点为所述第一光源311的H点在OXY平面上的垂直投影点。点A为所述第一光源311在平面OXY上的照射点；点F’为所述第二光源312在平面OXY上的照射点；点E为所述第三光源313在平面OXY上的照射点；点B’为过H点与AF’延长线的垂足；点D为过H点与AE延长线的垂直足。面HAD和面HDC垂直相交于线HD。因此代表所述基座34的法线HA绕Y轴的旋转角度为∠DHC其值记为γ_j。过HA与过HC平面的垂直面ABH与面AB’H不重合由于设计时θ很小，可认为AB’与AB近似相等。同理绕X轴的旋转角度为∠BHC其值记为γ_i。绕Z轴的旋转角度用CD与X轴的夹角定义其值记为γ_k。

依次对所述第一光源311、所述第二光源312、所述第三光源313进行通光，终端处理器会检测到所述矩阵传感器组12的电流值I。

根据光敏电阻特性计算出光敏电阻经气体介质衰减后入射光照强度：

其中I为矩阵传感器输出的电流信号，K_i为光敏电阻阻值系数，Ф_t为光照强度。

根据郎伯比尔定律公式计算出吸收层厚度即光源与矩阵传感器沿光源轴向的尺寸：

其中A为吸光度，b为吸收层厚度，c为气体介质的浓度。

取X、Y和Z上的单位向量分别为i、j和k。用单位向量表示点A、E、F’。

在

中由余弦定理可得

其中：

在

中由余弦定理可得

其中：

进而在

中

由于θ值较小所以

。

进而

(在/>

中）

(在/>

中）

在

中

因此测量空间的上活动件的水平位移分别为

绕X轴转动角度为：

绕Y轴转动角度为：

由上述分析知绕Z轴转动角度可表示为

与单位向量i之间的夹角。

绕Z轴转动角度为:

其中：

针对现有技术中的传感器提供的测量值为相对值而非绝对值；敏感元器件的使用使得该发明强度差无法满足军用爆炸冲击下高强度需求。

本实施例提供的所述船体姿态动态监测传感器100利用所述惯性单元30在自然重力环境下始终指向地心原理。通过所述矩阵传感器组12电流强度分析得到激光被气体介质吸收衰减后的激光强度，依据朗伯比尔定律比对已知气体介质对特定波长的激光吸收图谱得到光源距矩阵传感器之间的气体介质厚度，进而结合三个光源在所述基座34上的空间位置参数计算出船体摇摆方向对自然重力方向的绝对角度。

本实施例提供的所述船体姿态动态监测传感器100可以远程操作查看船体姿态信息，操作灵活方便，能够使采集数据过程变得简单高效率，而且采集到的数据精度高；能够承受舰船爆炸冲击试验，结构强度高；可以得到船体姿态的绝对摇摆角度，数据准确精度高。

同时，在一种实施例中，还提供了一种传感器的安装使用方法，其包括如下步骤：

S1、组装如上述中所述的船体姿态动态监测传感器100；

具体的，完成组装所述外壳单元10、所述弹簧阻尼单元40、所述惯性单元30、所述支撑单元20和所述浓度计60。

S2、开启所述外壳单元上进气孔、出气孔的密封塞，并从所述进气孔向所述容纳腔中充入气体介质，直至所述容纳腔中的气体介质充入到所需浓度，通过密封塞将所述进气孔、所述出气孔堵塞密封；

具体的，开启两个所述密封塞50，从所述进气孔112充入气体介质，所述外壳单元10的所述容纳腔11会在所述进气孔112和所述出气孔113间形成对流。待所述浓度计60监测到气体介质浓度达到所需设计值即用两个所述密封塞50堵住所述进气孔112和所述出气孔113。

S1、S2完成后该传感器即可作为型号产品供客户选用。

S3、将所述外壳单元10安装于船体上；

S4、依次循环开启所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源，通过所述矩阵传感器组检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光，并计算获得船体横摇、纵摇和艏摇的绝对角度参数；

具体的，传感器安装完成后，对光源持续循环开启所述第一光源311、所述第二光源312、所述第三光源313。通过测量气体介质浓度，比对气体介质对所用波长的激光吸收图谱确定该浓度下气体介质对光衰减的特性来计算光路长度参数进而计算出船体横摇、纵摇和艏摇的绝对角度参数。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船体姿态动态监测传感器，其特征在于，包括外壳单元、支撑单元、惯性单元；

所述外壳单元中设置有密闭的容纳腔，所述容纳腔中充入有气体介质；且所述外壳单元设置有矩阵传感器组；

所述支撑单元安装于所述外壳单元，且位于所述容纳腔中；

所述惯性单元位于所述容纳腔中，并沿Z轴方向设置，铰接安装于所述支撑单元；

所述惯性单元底部设置有光源组，所述光源组包括第一光源、第二光源、第三光源，所述第一光源的轴沿Z轴方向设置，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内呈夹角设置，所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内呈夹角设置；

所述矩阵传感器组对应所述光源组设置，用以检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光。

2.根据权利要求1所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述第二光源的轴与所述第一光源的轴在XZ平面内的夹角和所述第三光源的轴与所述第一光源的轴在YZ平面内的夹角相同。

3.根据权利要求1或2所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述惯性单元顶部通过弹簧阻尼单元与所述外壳单元连接；

所述弹簧阻尼单元包括转接头及弹簧阻尼器，所述转接头与所述惯性单元顶部连接，所述弹簧阻尼器两端分别连接所述转接头、所述外壳单元；

所述弹簧阻尼器设置有多个，多个所述弹簧阻尼器沿所述转接头的周侧依次设置。

4.根据权利要求3所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述支撑单元中开设有球形槽；

所述惯性单元包括连杆、铰球、基座；

所述连杆顶部通过所述弹簧阻尼单元与所述外壳单元连接；

所述铰球设置于所述连杆中部，并位于所述球形槽中，与所述支撑单元铰接；

所述基座设置于所述连杆底部，所述基座上开设有贯穿所述基座设置的光源安装孔；

所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源安装于不同的所述光源安装孔中。

5.根据权利要求3所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述转接头与所述惯性单元顶部螺纹连接；

所述弹簧阻尼器包括阻尼器、弹簧，所述阻尼器的一端与所述转接头连接；

所述弹簧的一端与所述阻尼器的另一端连接，所述弹簧的另一端与所述外壳单元连接。

6.根据权利要求1、2、4、5中任一项所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述外壳单元上开设有进气孔、出气孔，所述进气孔、所述出气孔分别将所述容纳腔与外部环境连通，且所述进气孔、所述出气孔中分别设置有密封塞。

7.根据权利要求6所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，还包括浓度计，所述浓度计安装于所述外壳单元，并位于所述容纳腔中，用以检测所述气体介质浓度。

8.根据权利要求1、2、4、5、7中任一项所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述外壳单元包括筒座、安装板、基板；

所述安装板安装于所述筒座顶部，用以安装于船体；

所述基板安装于所述筒座底部；

所述矩阵传感器组设置于所述基板上。

9.根据权利要求8所述的船体姿态动态监测传感器，其特征在于，所述安装板与所述筒座之间设置有密封圈，所述基板与所述筒座之间设置有密封圈。

10.一种传感器的安装使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、组装如权利要求1至9中任一项所述的船体姿态动态监测传感器；

S2、开启所述外壳单元上进气孔、出气孔的密封塞，并从所述进气孔向所述容纳腔中充入气体介质，直至所述容纳腔中的气体介质充入到所需浓度，通过密封塞将所述进气孔、所述出气孔堵塞密封；

S3、将所述外壳单元安装于船体上；

S4、依次循环开启所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源，通过所述矩阵传感器组检测所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源发出的光，并计算获得船体横摇、纵摇和艏摇的绝对角度参数。

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