CN203349841U - 一种舰船波浪运动检测装置 - Google Patents

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苏一丹
徐艳敏
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Abstract

本实用新型提供一种舰船波浪运动检测装置，其特征在于：包括加速度检测装置、工控机、电源装置，所述的加速度检测装置设有加速度计检测阵列、信号调理模块、检测信号输出接口，所述的工控机设有检测信号输入口及数据采集卡；由加速度计检测阵列采集模拟信号给信号调理模块进行调理，再由检测信号输出接口输出检测数据到检测信号输入口及数据采集卡给工控机进行工作。采用上述结构后，以一定的频率检测船舶不同位置不同方向上的加速度，其检测使用性能越来越好，且制造成本越来越低，能方便地检测舰船某点处横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡的角加速度、角速度、角度和三向加速度、速度及位移等波浪运动参数。

Description

一种舰船波浪运动检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种多自由度运动物体姿态运动参数检测装置，特别涉及一种采用基于加速度计的惯性测量系统测量舰船横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等波浪运动参数的装置。
背景技术
海上舰船或平台在风浪的作用下存在六个自由度的不规则运动：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡，在舰船海上吊运过驳、石油钻井采油平台和挖泥船上，为了在较差海况下能正常工作，必须设计波浪补偿系统。为实现对舰船或平台的波浪补偿，首先必须检测舰船的波浪运动。目前海洋上常见的几种运动位置测量方法有：(1)张紧索在船体和海底之间装一根钢索，测量其在恒张力情况下的伸缩和角度变化来解算出船舶的位置变化。该检测方法机构简单，但由于流的存在，将会导致张紧索在长时间段的偏移，所以精确度并不高。(2)声学系统将一组发射器和接收器按一定几何图形或基阵布置在船舶和作为基准坐标的海底上，系统依靠声信号从发射器经过水传播到接收器，然后根据接收到的信号计算出船舶的运动数据。声学定位系统随着水深的增加，精度相应下降。同时由于其基阵布设复杂等因素，也限制了声学定位系统的运用。(3)无线电系统由无线电发射、接收设备以及支持设备组成，通过测量到固定发射机的距离确定接收机的位置。无线电定位系统具有很高的精确度，但需要固定的发射点，而且会受到别的无线电波、天气等的干扰，一般只适用于近海。(4)全球卫星定位系统由空间卫星系统、地面监控系统和用户接收系统组成，能够迅速、准确、全天候地提供定位导航信息，是目前应用比较广泛的定位测量系统。但要将其运用到船舶的升沉运动测量上，还难以满足高精度、实时响应和快速可靠输出的要求。(5)惯性测量系统惯性测量系统是随着惯性传感器的发展而发展起来的一门导航技术，它具有完全自主、不受干扰、输出信息量大、输出信息实时性强等优点，使其在军用航行载体和民用相关领域获得了广泛应用。惯性测量系统的基本原理一般是利用陀螺仪和加速度传感器测得物体每瞬时的角度和加速度，再对加速度进行两次积分得到物体的位移。由于经过几十年的成熟发展，受制造工艺以及物理原理方面的限制，陀螺工作性能难以得到进一步的提高，而高精度的陀螺制造成本昂贵、抗过载能力较差且体积大，与此相反加速度计性能越来越好，且制造成本越来越低。
发明内容
为解决上述问题，实现一种成本低、质量轻和动力消耗量小、温度特性好及抗震能力高的一种检测装置，本实用新型提供一种舰船波浪运动检测装置，其特征在于：包括加速度检测装置、工控机、电源装置，所述的加速度检测装置设有加速度计检测阵列、信号调理模块、检测信号输出接口，所述的工控机设有检测信号输入口及数据采集卡；
由加速度计检测阵列采集模拟信号给信号调理模块进行调理，再由检测信号输出接口输出检测数据到检测信号输入口及数据采集卡给工控机进行工作。
所述加速度计检测阵列设有最少9个加速度计，所述的9个加速度计在舰船三维连体坐标系中布置。
所述的加速度计是采用二轴加速度计或三轴加速计。
采用上述结构后，采用加速度计来检测，以一定的频率检测船舶不同位置不同方向上的加速度，其检测使用性能越来越好，且制造成本越来越低，能方便地检测舰船某点处横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡的角加速度、角速度、角度和三向加速度、速度及位移等波浪运动参数。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型加速度计配置参考图。
图中标示为：
1加速度检测装置、2工控机、3电源装置、11加速度计检测阵列、12信号调理模块、13检测信号输出接口、21检测信号输入口、22数据采集卡。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型名称的具体实施例作进一步详述，但不构成对本实用新型的任何限制。
如图1、2所示：
一种舰船波浪运动检测装置，包括加速度检测装置1、工控机2、电源装置3，所述的加速度检测装置1设有加速度计检测阵列11、信号调理模块12、检测信号输出接口13，所述的工控机2设有检测信号输入口21及数据采集卡22。
工作时，由加速度计检测阵列11采集模拟信号给信号调理模块12进行调理，再由检测信号输出接口13输出检测数据到检测信号输入口21及数据采集卡22给工控机2进行工作。
作为技术的进一步改进，所述加速度计检测阵列11设有最少9个加速度计，所述的9个加速度计在舰船三维连体坐标系中有序布置。
作为技术的进一步改进，所述的加速度计是采用二轴加速度计或三轴加速计。
加速度计的配置如图2所示，在Q点可采用三轴加速度计；在A、B、C点可采用二轴加速度计，分别检测与所在轴正交的另两轴向的加速度。为确定待测点任意点M在QXsYsZs坐标系中的坐标，可在A、B、C点连结测量绳子，或采用激光测距仪，测量MA、MB、MC的距离，然后计算出M点的坐标。
工控机2安装有处理软件，在数据采集卡22接到加速度检测数据后，加速度检测数据在软件中进行如下处理：通过加速度计标定公式转换为实际的加速度，实时显示在软件界面的连体坐标系实测数据中；实际的加速度数据结合各加速度计之间的位置坐标数据和所要测量舰船波浪运动的任意点M处相对测量系统的坐标值，进行计算即可得到舰船横摇、纵摇和艏摇的角加速度和角速度，以及舰船M点处横荡、纵荡和垂荡三向加速度；最后通过数值积分即可得到舰船横摇、纵摇和艏摇的角度，以及舰船M点处横荡、纵荡和垂荡三向速度和位移。
本实用新型装置实现了一种成本低、质量轻和动力消耗量小、温度特性好及抗震能力高的一种检测装置。

Claims (3)

1.一种舰船波浪运动检测装置，其特征在于：包括加速度检测装置（1）、工控机（2）、电源装置（3），所述的加速度检测装置（1）设有加速度计检测阵列（11）、信号调理模块（12）、检测信号输出接口（13），所述的工控机（2）设有检测信号输入口（21）及数据采集卡（22）；
由加速度计检测阵列（11）采集模拟信号给信号调理模块（12）进行调理，再由检测信号输出接口（13）输出检测数据到检测信号输入口（21）及数据采集卡（22）给工控机（2）进行工作。
2.根据权利要求1所述的一种舰船波浪运动检测装置，其特征在于：所述加速度计检测阵列（11）设有最少9个加速度计，所述的9个加速度计在舰船三维连体坐标系中布置。
3.根据权利要求2所述的一种舰船波浪运动检测装置，其特征在于：所述的加速度计是采用二轴加速度计或三轴加速计。
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