DK170625B1 - Apparat til måling af en skibsmodels kølvand - Google Patents

Description

DK 170625 B1

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til måling af kølvandet i et forsøgsbassin, som er udstyret med en bevægelig platform, der er i stand til at forskyde sig med henblik på at forfølge modellen i samme retning og med samme hastighed som denne.

5 Målingen af kølvandet for en skibsmodel ud fra formen af bølgefeltet, der dannes ved forskydningen af denne i forsøgsbassinet, er forbundet med betydelige problemer på grund af overvågningsfeltets udstrækning (adskillige kvadratmeter) og det store antal af målepunkter, der skal registreres.

10 Formålet med opfindelsen er at overvinde disse vanskeligheder ved hjælp af et apparat til nøjagtig måling af vandets niveau, hvilket opnås ved at foretage bestemmelsen af den variable højde af et område, som nøjagtigt er på niveau med vandets overflade, og hvor dette apparat fungerer uden fysisk kontakt med vandet og drives ved en bevægelsesafsøgning.

15 Ifølge opfindelsen omfatter dette apparat i det mindste et hoved til optisk punktmåling af vandniveauet, og som bæres af platformen og er i stand til at forskyde sig i forhold til dette i en retning på tværs af retningen for dets følgebevægelse efter modellen og på en måde. så der ved tværgående scanning sker en måling af de af modellens kølvand forårsagede bølgebevægelser af vandoverfladen i et lodret plan, der er parallelt med nævnte tværretning. I en fore-20 trukket udførelsesform er tværretningen vinkelret på platformens følgebevægelsesretning.

Et sådant apparat repræsenterer en løsning på det forelagte problem, og som, efter at man har opstillet den hypotese, at bølgefeltet er stationært i forhold til et holdepunkt, der er placeret på platformen, omfatter en serie af punktmålinger af vandhøjden følgende en akse på tværs af 25 modellens manøvreretning, med fordel vinkelret på denne retning.

Apparatet omfatter med fordel en gruppe af flere målehoveder, med fordel et antal større end tre, sammenstillet og følgende bevægelsesretningen for platformen, og som udfører en tegning af de nævnte bølgebevægelser i lige så mange lodrette planer, der er anordnet parallelt ved 30 siden af hinanden. Denne disposition gør det muligt at udføre samtidig måling af vandspejlets højde i et antal punkter, der mindst er lig med fire.

Ved en foretrukket udførelse omfatter hvert målehoved en laser, der udsender et lysbundt, med fordel lodret, og som rammer vandoverfladen, idet det dér danner en lysende plet, og et ka-35 mera med en følsom, optoelektronisk overflade, hvis optiske akse med fordel er rettet skråt mod midterpositionen af nævnte lysplet, indtager en fast vinkel i forhold til laserlydbundtet, og som tilvejebringer et udgangssignal i overensstemmelse med afstanden til spejlbilledet af pletten, som er dannet på den følsomme overflade omkring dets optiske akse, og hvor dette signal DK 170625 B1 2 bliver behandlet på en måde, så der ved beregning kan udledes den variable højde af pletten på den bevægelige overflade.

Med henblik på at forøge synligheden af den lysende plet på påvirkningsstedet for hvert laser- * 5 strålebundt på vandoverfladen er det nyttigt at tilslutte et forstøvningsapparat, som kaster de små væskedråber på vandoverfladen i området med den (eller de) lysende plet(ter). ;

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor 10 fig. 1 viser et perspektivisk billede af en del af et forsøgsbassin for modelskibe, og som er udstyret med en bevægelig platform, der bærer et måleapparat i henhold til opfindelsen, fig. 1a skematisk en skitse i mindre målestok af forsøgsbassinet i fig. 1, fig. 2 skematisk i større målestok et vandret billede af et målehoved for måleapparatet i fig.

15 1, fig. 3 et perspektivisk billede i større målestok af forstøveren, som er tilknyttet måleapparatet i fig. 1, og fig. 4 princippet ved den geometriske bestemmelse af højdevariationerne for et punkt på bassinets vandoverflade ud fra de omtalte informationer fra et niveaumålehoved.

20 I fig. 1 ser man en del af et forsøgsbassin 1 med rektangulær form og udstyret med en bevægelig platform 2, som i sin længderetning spænder derover og kan forskydes i dets længderetning, idet den følger en forsøgsmodel 17, der sejler i bassinet. Under platformen 2 er der anbragt en bjælke 14, som strækker sig i bassinets bredde, og langs hvilken der kan forskydes en 25 vogn 15. Denne bærer en gruppe med fem målehoveder 3, der er beregnet til at måle vandniveauet i bassinet i de punkter, som det hænger ud over, og hvor variationerne i dette niveau er knyttet til kølvandet 13 for modellen 17.

Hvert af målehovederne 3 omfatter (fig. 2), monteret i en kasse 4, en laser 5 til kontinuert ud-30 sendelse og et kamera 6 af CCD-typen (charge coupled device) i en matrix eller på ret linie, og hvor deres respektive optiske akser 5a,6a løber sammen. De fem kasser 4 er sammenstillet * under vognen 15, hvor de er fastgjort ved hjælp af et fastgørelsesskaft 7 på en sådan måde, at de optiske akser 5a for laserne 5 er lodrette og fortløbende i samme plan parallel med for-skydningsretningen for platformen 2, og de optiske akser 5a,6a for laseren og for kameraet på 35 hvert målehoved konvergerer mod et punkt 0, der befinder sig på niveau med overfladen 8 af vandet i bassinet, når det er stille.

DK 170625 B1 3 I nærheden af gruppen med målehoveder er der, fastgjort til vognen 15 ved hjælp af et stift forsyningsrør 10, forudset en forstøver 11 (fig. 1 og 3), der bærer en flerhed af dyser 11a. som er i stand til at forstøve en væske mod vandoverfladen i bassinet i et område 12. der omslutter punkterne 0, som er knyttet til de fem målehoveder 3. Den forstøvede væske, som kan være 5 vand, danner en "mat" tilstand på vandoverfladen, hvilket tilgodeser diffusionen af laserlysstrålerne, som rammer denne overflade.

Ifølge fig. 4, når vandet i bassinet er roligt, danner laserlysbundtet på overfladen 8 af vandet en lysende plet i punkt 0, af hvilken kameraet 6 danner et billede i centrum I af sin følsomme 10 overflade 6b. På grund af kølvandet deformeres vandoverfladen og når fx i 8' op over middeloverfladen 8, hvorved den lysende plet stiger fra punkt 0 til et punkt A, medens dets billede på den følsomme overflade 6b i kameraet forskydes til et punkt L.

Idet der med d betegnes centret for objektivet 6c i kameraet 6, i vinklen som dannes mellem de 15 optiske akser 5a og 6a, de retvinklede, ligedannede trekanter dOB, dHA og dlL. den retvinklede trekant OHA, er det muligt at skrive:

Od-IL

OA =- IL · cos i + Id · sin i 20 =--- η·Κ1 + Κ2

, „ cos i Id · sin i IL

hvor Ki =-, =--— ogn = — 1 Od 2 e · Od e og e betegner størrelsen af et billedelement eller pixel på den følsomme overflade 6b af kame-25 raet, følgende retningen af segmentet IL.

Ud fra signalet i kameraet 6 kan man udlede antallet n af pixels, som dækker billedet af lyspletten, medens sidstnævnte forskydes fra 0 til A, hvilket tillader beregning af strækningen OA (ved hjælp af en programmeret mikroprocessor), idet man kender værdierne af konstanterne K-j og 30 K2, der er fastlagt ved den geometriske konfiguration af det optiske system.

Man kan således følge forskydningerne ved at følge den lodrette bevægelse af punktet på vandoverfladen, som sættes i bølgebevægelse af kølvandet 13, der befinder sig lodret neden under laseren 5. På grund af bevægelsen, der bibringes vognen 15 på langs af bjælken 14, 35 forskyder dette punkt sig fra den ene side af bassinet 1 til den anden i et lodret plan, som er DK 170625 B1 4 vinkelret på fremskridningsretningen for modellen 17, og hvor dette plan desuden er stationært i forhold til sidstnævnte på grund af platformens følgebevægelse. Det følger heraf, at signalet, der frembringes af det betragtede målehoved, er repræsentativt for en niveaukurve, som svarer til et snit i vandoverfladen gennem nævnte, lodrette plan. På samme måde leverer de an-5 dre målehoveder 3 signaler, der er repræsentative for niveaukurverne, der befinder sig i de parallelle, lodrette planer, som ligger ved siden af hinanden.

Medens vognen 15 således vandrer langs bjælken 14, samtidig med at platformen 2 følger modellen 17, idet den forskyder sig med samme hastighed som denne, gør de fem målehove-10 der 3 det muligt at tegne fem niveaukurver, der gengiver svingningerne af vandoverfladen under påvirkning af kølvandet fra modellen i et tværgående bånd 16, og som er placeret i en konstant, men justerbar afstand fra modellen 17.

Det anbefales I praksis at sørge for, at vognen 15 gennemløber bjælken 14 i løbet af den tid.

15 det tager platformen 2 at gennemløbe længdeudstrækningen af bassinet 1. således at vognen 15 forskyder sig kendeligt, idet den følger en diagonal for bassinet.

Driften af systemet er overladt til en mikrocomputer, der er forbundet til de fem målehoveder 3 ved hjælp af et mellemliggende elektronisk interface, som er tilvejebragt for at sikre kontrollen 20 med disse og foranstalte overføring af de modtagne signaler til RAM-hukommelsen, der understøtter computeren. Disse data gør det efter behandling muligt at tegne et veritabelt topografisk kort over vandoverfladen, som er kruset af kølvandet fra skibsmodellen.

'1 *

Claims (8)

1. Apparat til måling af Kølvandet fra en skibsmodel i et forsøgsbassin, som er udstyret med en bevægelig platform, der er i stand til at bevæge sig med henblik på at følge modellen i 5 samme retning og med samme hastighed som denne, kendetegnet ved, at det i det mindste omfatter et målehoved (3) til nøjagtig optisk punktmåling af vandniveauet, og som bæres af platformen (2) og er i stand til at forskyde sig i vandret retning i forhold til dette i en retning på tværs af sin følgebevægelsesretning efter modellen (17), således at der ved tværgående scanning tilvejebringes en måling af bølgebevægelserne af vandoverfladen (8), der er 10 forårsaget af kølvandet fra modellen (17), i et lodret plan, som er parallelt med nævnte tværgående retning.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte tværgående retning er vinkelret på følgebevægelsesretningen for platformen (2). 15

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det omfatter en gruppe af flere målehoveder (3), som er anbragt ved siden af hinanden i samme retning som følgebevægelsesretningen for platformen (2), og som tilvejebringer en måling af de nævnte bølgebevægelser i lige så mange lodrette planer, der er indbyrdes parallelle. 20

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det omfatter en gruppe på mindst fire målehoveder (3), som er anbragt ved siden af hinanden.

5. Apparat ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at hvert målehoved (3) omfatter en laser 25 (5), som udsender et lysbundt, der rammer vandoverfladen, idet det dér danner en lysende plet (A), og et kamera (6) med en følsom optoelektronisk overflade (6b), hvis optiske akse (6a), som er rettet mod midterpositionen (0) for nævnte lysende plet, danner en fast vinkel (i) med laserlysbundtet, og som tilvejebringer et udgangssignal, der overfører afstanden til billedet (L) af pletten (A), som dannes på dets følsomme overflade (6b) i forhold til dets optiske akse (6a), 30 og hvor dette signal bliver behandlet på en måde, så der beregningsmæssigt kan udledes den variable højde (OA) for pletten (A) på den bevægede vandoverflade (8‘).

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at lysbundtet, som udsendes fra laseren (5), falder lodret ned på vandoverfladen. 35

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at den optiske akse (6a) for kameraet (6) er skrå i forhold til lodret retning. DK 170625 B1 6

8. Apparat ifølge krav 5-7, kendetegnet ved, at der på målehovedet eller gruppen af målehoveder er anordnet et forstøvningsapparat (11), som retter de små væskedråber mod vandoverfladen i området med den lysende plet eller de lysende pletter. 5