NL1006896C2

NL1006896C2 - Schip voorzien van een vervormingssensor en vervormingssensor-stelsel voor het meten van de vervorming van een schip.

Info

Publication number: NL1006896C2
Application number: NL1006896A
Authority: NL
Inventors: Jan Klaas Brouwer
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-02
Also published as: DE69812116D1; TR200000497T2; EP1009654B1; WO1999011517A1; US6253697B1; CA2299395A1; AR016895A1; EP1009654A1; ZA987486B; DE69812116T2; AU744054B2; KR20010023006A; AU9344798A

Description

Schip voorzien van een vervorminassensor en vervorminos-sensor-stelsel voor het roeten van de vervorming van een schip 5 De uitvinding heeft betrekking op een schip en meer in het bijzonder een marineschip. Schepen hebben in het algemeen een beperkte stijfheid. Met name moderne marineschepen zijn doorgaans dunwandig uitgevoerd teneinde het gewicht zo veel mogelijk te beperken. Een nadeel dat de beperkte stijfheid 10 met zich meebrengt is dat het schip gemakkelijk vervormt, bijvoorbeeld door inwerking van zeebewegingen, door temperatuurverschillen of door verschillen in belading. Dit nadeel komt met name tot uiting indien het schip is voorzien van een meetinstrument voor het uitvoeren van 15 hoekpositiemetingen van objecten relatief ten opzichte van het schip. Voor een nauwkeurige hoekpositiemeting dient de hoekpositie van het meetinstrument zelf nauwkeurig bekend te zijn. Deze hoekpositie wordt doorgaans met een uitlijnprocedure bepaald. Na verloop van tijd verandert 20 deze hoekpositie echter als gevolg van de scheepsvervormingen. Het schip volgens de uitvinding beoogt dit nadeel op te heffen en is daartoe voorzien van een vervormingssensor voor het althans in hoofdzaak continu meten van vervormingen van het schip.

25

Een bijkomend voordeel is dat het schip nu niet meer zodanig stijf behoeft te worden uitgevoerd dat het meetinstrument een met betrekking tot de meetfout nog acceptabele hoekverdraaiing ondergaat. Dit betekent dat kan 30 worden bespaard op het gewicht en daarmee de kosten van het schip.

De vervormingsmetingen kunnen nu, althans in hoofdzaak continu en tijdens de vaart, op een display worden 35 weergegeven of voor ieder ander doel worden gebruikt.

1006896 2

In een gunstige uitvoeringsvorm worden de vervormings-metingen gebruikt voor het bepalen van torsie- en buigvervormingen van het schip, daar deze van grote invloed zijn op de positie van op het schip geplaatste toestellen.

5 Met name torsievervormingen rond de langs-as, en buigvervormingen rond de dwars-as en top-as zijn hierbij van belang.

Een gunstige uitvoeringsvorm, waarbij het schip is voorzien 10 van ten minste één doelssensor en een bewerkingseenheid voor het bewerken van meetgegevens van de doelssensor, heeft het kenmerk, dat de bewerkingseenheid of de doelssensor is voorzien van correctiemiddelen voor het corrigeren van de meetgegevens van de doelssensor met 15 behulp van meetgegevens van de vervormingssensor.

In deze uitvoeringsvorm wordt de nauwkeurigheid van de doelssensor in belangrijke mate verhoogd.

20 Een verder gunstige uitvoeringsvorm, waarbij het schip verder voorzien is van een richttoestel en stuurmiddelen voor genereren van stuursignalen voor het richttoestel, heeft het kenmerk, dat de stuurmiddelen of het richttoestel is voorzien van correctiemiddelen voor het corrigeren van 25 de stuursignalen met behulp van meetgegevens van de vervormingssensor.

Het richttoestel kan hierbij bijvoorbeeld een optische tracker, een volgradar of een kanonsysteem omvatten. In 30 deze uitvoeringsvorm wordt de richtnauwkeurigheid van het richttoestel in belangrijke mate verhoogd.

De uitvinding betreft tevens een vervormingssensor-stelsel voor het meten van een vervorming van een schip, 35 omvattende: 1006896 3 - een lichtbron voor het genereren van een nauwe lichtbundel, verbindbaar met een eerste gedeelte van het schip; - een lichtsensor, verbindbaar met een tweede gedeelte van 5 het schip, en ingericht voor het afgeven van een deflectiesignaal van de lichtbundel in responsie op opvallend licht van de lichtbundel op de lichtsensor.

Een dergelijk stelsel heeft als voordeel dat hiermee 10 continu een electrisch signaal dat representatief voor de scheepsvervorming is wordt afgegeven en dat verder voor ieder gewenst doel kan worden gebruikt. De gevoeligheid van het sensorstelsel kan naar wens worden ingesteld door de afstand tussen de lichtbron en de lichtsensor naar believen 15 te variëren. Bovendien is de meting in hoge mate temperatuurongevoelig.

In een gunstige uitvoeringsvorm omvat de lichtbron een laserbron en de lichtsensor een CCD array. Met een 20 laserbron kan eenvoudig een smalle lichtbundel worden gegenereerd. De CCD array kan in twee dimensies een vervorming registreren.

De uitvinding betreft tevens een systeem voor het meten van 25 scheepsvervormingen, omvattende: een aantal vervormingssensor-stelsels volgens conclusie 5 of 6; - rekenmiddelen voor het uit de deflectiesignalen van de lichtsensoren berekenen van torsie- en buigvervormings- 30 hoeken van het schip.

Op deze wijze wordt een systeem verkregen dat de torsievervormingshoeken van het schip rond de langs-as, en buigvervormingshoeken rond de dwars-as en zwenk-as van het 35 schip kan meten.

1006896 4

Een schip voorzien van een dergelijk stelsel heeft het voordeel dat de vervorming nauwkeurig kan worden gemeten en dat de vervormingsmetingen verder voor ieder doel kunnen worden gebruikt.

5

Een gunstige uitvoeringsvorm van een dergelijk schip heeft het kenmerk, dat van één of alle der vervormingssensor-stelsels de lichtsensor is aangebracht op een eerste spant van het schip en de lichtbron is aangebracht op een tweede 10 spant van het schip en de lichtbron is gericht op de lichtsensor.

Op deze wijze wordt steeds de grootste vervorming van het schip gemeten, daar deze plaatsvindt tussen de relatief 15 stijve spanten. Hierdoor wordt een hoge nauwkeurigheid bereikt.

Het schip en het sensorstelsel volgens de uitvinding zal nu verder worden verduidelijkt aan de hand van de volgende 20 figuren, waarin:

Fig. 1 schematisch van belang zijnde vervormingen van een schip weergeeft;

Fig. 2 schematisch een sensorstelsel overeenkomstig de uitvinding aangebracht aan spanten van een schip 25 weergeeft;

Fig. 3 een schip voorzien van een aantal sensorstelsels, een aantal richttoestellen en een besturingscomputer voor de richttoestellen weergeeft.

30

In figuur 1 is schematisch aangegeven welke vervormingen van een schip 1 in het kader van de uitvinding van belang zijn. Het schip is hiertoe in zij-aanzicht A, bovenaanzicht B en perspectivisch C weergegeven. In zij-aanzicht A en 35 bovenaanzicht B is een lengte-as 2 van het schip l 1006896 5 aangegeven. Het schip omvat, zoals bekend, tevens een niet aangegeven stamp-as en gier-as. Door inwerking van het water op het schip vervormt de lengte-as 2 van het schip, zoals in overdreven mate aangegeven met gebogen lijnen 3a, 5 3b, 3c en 3d door buiging rond de stamp-as en gier-as.

Evenzo tordeert het schip rond lengte-as 2, zoals aangegeven met pijlen 4a en 4b.

In figuur 2A en 2B is aangegeven hoe een tweetal sensor-10 stelsels 5a en 5b volgens de uitvinding aan spanten van het schip kunnen worden bevestigd, teneinde scheepsvervormingen te kunnen meten. Een deel van het schip tussen twee spanten is hier schematisch weergegeven als een draadmodel van een doosvormig lichaam 6, in een eerste, normale, toestand en 15 in een tweede toestand, waarin het schip rond een stamp-as is getordeerd. De twee sensorstelsels zijn symmetrisch ten opzichte van een verticaal middenvlak van het schip aangebracht. Een sensorstelsel omvat hierbij een laser 7 en een CCD array 8, eventueel voorzien van een niet aangegeven 20 lenzenstelsel voor het focuseren van de laserstraal op de CCD-array. De laser is verbonden met een eerste spant 9 en de CCD array met een tweede spant 10. In de normale toestand is de laserstraal gefocuseerd op een centraal punt op de CCD array en vormt daar een laserspot 11. Door 25 buigvervorming verplaatst de laserspot op de CCD array, naar punt 12 afhankelijk van de buighoek 13. Op overeenkomstige wijze kan de buigvervorming rond de gier-as worden bepaald.

30 In figuur 2B is hetzelfde scheepssegment als in figuur 2A weergegeven, waarbij deze ditmaal een torsie 14 rond de lengte-as uitvoert. Hierdoor verplaatsen de laserspots van de twee sensorstelsels zich antisymmetrisch ten opzichte van elkaar. Met dit gegeven is het mogelijk om uit de 35 plaatsbepalingen van de laserspots op de CCD array de mate 1006896 6 van torsievervorming rond de lengte-as en buigvervorming rond de stamp-as onafhankelijk van elkaar te bepalen, door metingen van de CCD-arrays op te tellen respectievelijk van elkaar af te trekken.

5

In figuur 3 is schematisch een schip voorzien van meerdere spanten weergegeven waarin meerdere sensorstelsels aangebracht zijn voor een nauwkeurige bepaling van de vervorming van het schip. Daar de mate van vervorming op 10 verschillende plaatsen kan verschillen, is het gunstig om een veelvoud van sensorstelsels aan te brengen.

Het schip is verder voorzien van twee richttoestellen. Het eerste richttoestel omvat een volgradarapparaat 15 en het 15 tweede een kanonsysteem 16. Centraal in het schip is verder een scheepsstandreferentie-eenheid 17 aangebracht, uitgevoerd als een gyrostelsel, voor het bepalen van roll, pitch en heading van het schip ten opzichte van een noordhorizontaal assenstelsel. Op grote marineschepen is 20 het gebruikelijk om twee van dergelijke gyrostelsels aan te brengen, waarvan een in het voorschip en een in het achterschip. Een vuurleidingscomputer 18 bepaalt stuursignalen voor het kanonsysteem op basis van gegevens van het volgradarapparaat en het gyrostelsel. Het volgradar-25 apparaat volgt een niet in de figuur aangegeven doel, bijvoorbeeld een missile. De doelsafstand en richting ten opzichte van een met het volgradarapparaat verbonden radar-assenstelsel worden met behulp van het volgradarapparaat opgemeten. Vervolgens worden deze gegevens omgerekend in 30 coördinaten ten opzichte van een centraal aan het schip verbonden scheepsassenstelsel. Daarbij wordt rekening gehouden met de afstand van het radar-assenstelsel tot de oorsprong van dit scheepsassenstelsel en met vooraf tijdens een uitlijnprocedure bepaalde uitlijnhoeken van het radar-35 assenstelsel ten opzichte van het scheepsassenstelsel.

1006896 7

Overeenkomstig de uitvinding wordt nu echter tevens rekening gehouden met statische en dynamische hoekverdraaiingen van het radar-assenstelsel ten opzichte van het scheepsassenstelsel, die ontstaan doordat het schip 5 torsie- en buigvervormingen ondergaat. Daartoe worden de metingen van de CCD-arrays 8 toegevoerd aan de vuurleidingscomputer 18, waarin de verplaatsingen van de laserspots op de CCD-arrays worden omgerekend in deze hoekverdraaiingen. In de vuurleidingscomputer worden de 10 doelsmetingen nu gecorrigeerd. Dit corrigeren kan uiteraard ook plaatsvinden in de volgradar zelf. In dat geval worden de metingen van de CCD-arrays toegevoerd aan een in de radar aangebrachte rekeneenheid. Bij grote schepen is het nu niet meer nodig om een gyrostelsel in het voorschip en 15 het achterschip aan te brengen. Een enkel gyrostelsel in het midden van het schip, in combinatie met de hoekvervorroingssensoren volstaat.

Op overeenkomstige wijze kunnen nu de stuursignalen voor 20 het kanonsysteem 16 worden gecorrigeerd. Daarbij wordt het kanonsysteem verbonden met een kanon-assenstelsel, waarvan de hoekverdraaiingen ten opzichte van het scheepsassenstelsel op basis van metingen van het sensorstelsel worden bepaald.

25

Teneinde met een beperkt aantal hoeksensorstelsels de scheepsvervorraing op iedere gewenste plaats in het schip te kunnen bepalen, kan een interpolatie plaatsvinden tussen de verschillende sensorstelsels van gemeten hoekvervormingen.

1006896

Claims

1. Schip voorzien van een vervormingssensor voor het althans in hoofdzaak continu meten van vervormingen van het 5 schip.

2. Schip volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vervormingen torsie- en buigvervormingen omvatten.

3. Schip volgens conclusie 1 of 2, verder voorzien van ten minste een doelssensor en een bewerkingseenheid voor het bewerken van meetgegevens van de doelssensor, met het kenmerk, dat de bewerkingseenheid of de doelssensor is voorzien van correctiemiddelen voor het corrigeren van de 15 meetgegevens van de doelssensor met behulp van meetgegevens van de vervormingssensor.

4. Schip volgens conclusie 1 of 2, verder voorzien van een richttoestel en stuurmiddelen voor het genereren van 20 stuursignalen voor het richttoestel, met het kenmerk, dat de stuurmiddelen of het richttoestel is voorzien van correctiemiddelen voor het corrigeren van de stuursignalen.

5. Vervormingssensor-stelsel voor het meten van een 25 vervorming van een schip, omvattende: een lichtbron voor het genereren van een nauwe lichtbundel, verbindbaar met een eerste gedeelte van het schip; een lichtsensor, verbindbaar met een tweede gedeelte van 30 het schip, en ingericht voor het afgeven van een deflectiesignaal van de lichtbundel in responsie op opvallend licht van de lichtbundel op de lichtsensor. J006896 ''

6. Stelsel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de lichtbron een laserbron en de lichtsensor een CCD array omvat.

7. Systeem voor het meten van scheepsvervormingen, met het kenmerk, dat dit omvat: - een aantal vervormingssensor-stelsels volgens conclusie 5 of 6; rekenmiddelen voor het uit de deflectiesignalen van de 10 lichtsensoren berekenen van torsie- en buigvervormings-hoeken van het schip.

8. Schip voorzien van een stelsel of systeem volgens één der conclusies 5 t/m 7. 15

9. Schip volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat van één of alle der vervormingssensor-stelsels de lichtsensor is aangebracht op een eerste spant van het schip en de lichtbron is aangebracht op een tweede spant van het schip 20 en de lichtbron is gericht op de lichtsensor. 1006896