RU2631965C1 - Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков - Google Patents
Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631965C1 RU2631965C1 RU2016137459A RU2016137459A RU2631965C1 RU 2631965 C1 RU2631965 C1 RU 2631965C1 RU 2016137459 A RU2016137459 A RU 2016137459A RU 2016137459 A RU2016137459 A RU 2016137459A RU 2631965 C1 RU2631965 C1 RU 2631965C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buoy
- inertial measuring
- wave
- measuring unit
- pitch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/02—Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed
- G01W1/04—Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed giving only separate indications of the variables measured
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения. Волномерный буй содержит корпус, обеспечивающий необходимую плавучесть, герметичный отсек, в нижней части которого размещен блок аккумуляторных батарей. Блок аккумуляторных батарей соединен с инерциальным измерительным модулем, процессорным модулем и антенной, размещенной на крышке герметичного отсека. Инерциальный измерительный модуль соединен с процессорным модулем, который в свою очередь соединен с антенной. В инерциальном измерительном модуле размещены три микромеханических кремниевых вибрационных гироскопа, три микромеханических кремниевых акселерометра и трехкомпонентный магнитометр. Оси чувствительности датчиков направлены ортогонально. Достигаемый технический результат - повышение надежности волномерного буя, повышение его автономности, расширение диапазона измеряемых длин волн, уменьшение массогабаритных характеристик буя, повышения его вибро- и ударостойкости. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения.
Известен волномерный буй для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения [Directional Waverider MkIII [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.datawell.nl/Products/Completesvstems/DirectionalWaveriderMKIII.aspx, свободный. - Загл. с экрана]. В корпусе буя размещены блок датчиков, блок электроники и аккумуляторные батареи. Блок датчиков включает в себя стабилизирующую платформу с установленным на ней вертикальным акселерометром, датчики углов качки, два горизонтальных акселерометра и трехкомпонентный магнитный компас. Блок датчиков соединен с блоком электроники для передачи информации о трех значениях ускорения от трех акселерометров, углах крена и дифферента от датчиков углов качки и трех значениях магнитного поля от трехкомпонентного магнитометра. Блок электроники включает в себя микропроцессорную плату, предназначенную для управления процессом измерений, обработки и записи результатов измерений, и питающую плату, соединенную с аккумуляторными батареями и обеспечивающую электроэнергией другие компоненты буя. Передача данных потребителю происходит по каналам спутниковой, мобильной или УКВ-радиосвязи с помощью соответствующих антенн, соединенных с блоком электроники.
Известно устройство, представляющее собой волномерный буй для измерения спектральных и статистических характеристик морского волнения [Triaxys directional wave buoy [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://axystechnologies.com/products/triaxys-directional-wave-buoy/, свободный. - Загл. с экрана.]. В корпусе буя размещены блок датчиков, процессор, система электропитания и система связи. Блок датчиков включает в себя три акселерометра, три пьезоэлектрических вибрационных гироскопа и феррозондовый магнитометр. Блок датчиков вырабатывает информацию о параметрах движения волномерного буя по поверхности волны: три составляющие линейных ускорений, три составляющие угловых скоростей, а также информацию о трех компонентах магнитного поля Земли. Блок датчиков соединен с процессором, который выполняет обработку данных от датчиков, производит расчет статистических характеристик волнения и определяет направление распространения волн. Процессор соединен с системой связи, осуществляющей передачу рассчитанных параметров волнения потребителю. Система электропитания оборудования может состоять из аккумуляторных батарей или солнечных панелей.
Данное устройство принято за прототип предлагаемого изобретения.
Указанное устройство-прототип позволяет производить измерение спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения, в том числе и определять направление распространения волн. Однако применение подобных волномерных буев существенно ограничено, поскольку пьезоэлектрические гироскопы имеют низкую метрологическую надежность (температурную стабильность характеристик) и вибро- и ударостойкость, блок датчиков подобных устройств имеет большее энергопотребление, чем у микромеханических датчиков, в связи с чем увеличиваются габариты буя и сокращается диапазон измеряемых длин волн. Отметим, что высокочастотная область диапазона измерений зависит от массогабаритных характеристик буя. Кроме того, подобные устройства являются дорогостоящими из-за высокой стоимости гироскопов, входящих в их состав.
Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование конструкции волномерного буя для измерений спектральных и статистических характеристик морского волнения за счет применения инерциального измерительного модуля на основе микромеханических датчиков - кремниевых вибрационных гироскопов и акселерометров.
Технический результат: повышение надежности волномерного буя за счет исключения механических элементов из конструкции блока датчиков; повышение автономности устройства за счет снижения энергопотребления датчиков, входящих в его состав; расширение диапазона измеряемых длин волн и достижение возможности измерения коротких волн за счет уменьшения количества аккумуляторных батарей и, соответственно, массогабаритных характеристик буя; достижение возможности установки волномерного буя на воду с воздушных носителей за счет повышения вибро- и ударостойкости.
Технический результат достигается тем, что в предложенном волномерном буе блок датчиков, включающий пьезоэлектрические вибрационные гироскопы и механические акселерометры, заменен инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков - кремниевых вибрационных гироскопов и кремниевых акселерометров.
На фиг. 1 показан общий вид волномерного буя с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков, где приняты следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - герметичный отсек;
3 - блок аккумуляторных батарей;
4 - инерциальный измерительный модуль;
5 - процессорный модуль;
6 - антенна;
7 - микромеханический кремниевый вибрационный гироскоп (далее - гироскоп);
8 - микромеханический кремниевый акселерометр (далее - акселерометр);
9 - трехкомпонентный магнитометр (далее - магнитометр).
Волномерный буй содержит корпус 1, обеспечивающий необходимую плавучесть, герметичный отсек 2, в нижней части которого размещен блок аккумуляторных батарей 3. Блок аккумуляторных батарей 3 соединен с инерциальным измерительным модулем 4, процессорным модулем 5 и антенной 6, размещенной на крышке герметичного отсека 2. Инерциальный измерительный модуль 4 соединен с процессорным модулем 5, который в свою очередь соединен с антенной 6. В инерциальном измерительном модуле 4 размещены три микромеханических кремниевых вибрационных гироскопа 7, три микромеханических кремниевых акселерометра 8 и трехкомпонентный магнитометр 9. Оси чувствительности датчиков направлены ортогонально.
Волномерный буй работает следующим образом. При движении корпуса 1 по взволнованной поверхности, гироскопы 7, акселерометры 8 и магнитометр 9, размещенные в инерциальном измерительном модуле 4, выполняют измерения трех составляющих угловой скорости буя, трех составляющих линейного ускорения буя и трех составляющих магнитного поля Земли соответственно. Информация от датчиков инерциального измерительного модуля 4 поступает в процессорный модуль 5, выполняющий постобработку информации на борту волномерного буя для расчета спектральных и статистических характеристик морского волнения. Процессорный модуль 5 с помощью антенны 6 передает конечному потребителю рассчитанные характеристики морского волнения. Питание всех элементов волномерного буя осуществляется с помощью блока аккумуляторных батарей 3. Режимы функционирования прибора предусматривают сбор информации от датчиков инерциального измерительного модуля 4, ее обработку на борту, получение спектральных и статистических характеристик морского волнения и направления распространения волн и передачу информации по радиоканалу. Наличие априорной информации о волнении, такой как его стационарность, центрированность, распределение высот волн по закону Рэлея, и дрейфов датчиков инерциального измерительного модуля 4, позволяет производить расчет характеристик морского волнения на уровне точности не хуже прототипа.
Работа волномерного буя проверена с помощью компьютерного моделирования, лабораторных и сравнительных натурных испытаний опытного образца. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что указанные существенные признаки позволяют повысить надежность волномерного буя минимум на порядок за счет исключения механических элементов из конструкции блока датчиков буя; увеличить его автономность при том же количестве аккумуляторных батарей не менее чем на 2 месяца за счет снижения энергопотребления датчиков, входящих в состав буя. За счет снижения более чем в два раза массы буя может быть расширен диапазон измеряемых длин волн и достигнута возможность измерения коротких волн. Поскольку микромеханические датчики являются стойкими к воздействию ударов и вибрации, то появляется возможность установки на воду подобных буев с воздушных носителей. Таким образом, заявленный технический результат считается достигнутым.
Claims (1)
- Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков, содержащий корпус, обеспечивающий необходимую плавучесть, герметичный отсек, в нижней части которого размещен блок аккумуляторных батарей, процессорный модуль и антенну, размещенную на крышке герметичного отсека, отличающийся тем, что он дополнительно содержит инерциальный измерительный модуль, в котором размещены три микромеханических кремниевых вибрационных гироскопа, три микромеханических кремниевых акселерометра и трехкомпонентный магнитометр, при этом оси датчиков направлены ортогонально, соединенный с процессорным модулем и блоком аккумуляторных батарей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016137459A RU2631965C1 (ru) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016137459A RU2631965C1 (ru) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631965C1 true RU2631965C1 (ru) | 2017-09-29 |
Family
ID=60040893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016137459A RU2631965C1 (ru) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631965C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4220044A (en) * | 1979-05-02 | 1980-09-02 | Environmental Devices Corporation | Wave measuring buoy |
JPH0238823A (ja) * | 1988-07-28 | 1990-02-08 | Hitachi Zosen Corp | 環状浮体と浮子を組合せた波浪計測用ブイ |
RU2490679C1 (ru) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Буй для определения характеристик морских ветровых волн |
US20150025804A1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-01-22 | Sea Engineering Inc. | Device And Method For Measuring Wave Motion |
RU2561229C1 (ru) * | 2014-04-17 | 2015-08-27 | Владимир Васильевич Чернявец | Буй для определения характеристик морских ветровых волн |
-
2016
- 2016-09-19 RU RU2016137459A patent/RU2631965C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4220044A (en) * | 1979-05-02 | 1980-09-02 | Environmental Devices Corporation | Wave measuring buoy |
JPH0238823A (ja) * | 1988-07-28 | 1990-02-08 | Hitachi Zosen Corp | 環状浮体と浮子を組合せた波浪計測用ブイ |
RU2490679C1 (ru) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Буй для определения характеристик морских ветровых волн |
US20150025804A1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-01-22 | Sea Engineering Inc. | Device And Method For Measuring Wave Motion |
RU2561229C1 (ru) * | 2014-04-17 | 2015-08-27 | Владимир Васильевич Чернявец | Буй для определения характеристик морских ветровых волн |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103754327B (zh) | 一种海况测量浮标 | |
US20150025804A1 (en) | Device And Method For Measuring Wave Motion | |
US20140292543A1 (en) | Multidimensional system for monitoring and tracking states and conditions | |
JP4892972B2 (ja) | 波高測定装置 | |
US9395187B2 (en) | Portable device for determining azimuth | |
JP6787304B2 (ja) | 物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、および移動体 | |
Wang et al. | A six-degree-of-freedom acceleration sensing method based on six coplanar single-axis accelerometers | |
CN106525006A (zh) | 一种表层波流移动观测系统 | |
CN110887463A (zh) | 一种基于惯性传感器的海浪起伏幅度检测方法及系统 | |
RU2561229C1 (ru) | Буй для определения характеристик морских ветровых волн | |
US9688371B1 (en) | Vehicle based vector sensor | |
RU2490679C1 (ru) | Буй для определения характеристик морских ветровых волн | |
CN112762935B (zh) | 一种基于船体姿态监测的定位方法及系统 | |
RU2631965C1 (ru) | Волномерный буй с инерциальным измерительным модулем на основе микромеханических датчиков | |
Weston et al. | Strapdown inertial navigation technology | |
JPH1090017A (ja) | 海面定点を浮遊する多目的ポッド | |
JP2005241441A (ja) | 移動式水上風観測システム | |
Wei et al. | A preliminary assessment of an innovative air-launched wave measurement buoy | |
Zhu et al. | A hybrid step model and new azimuth estimation method for pedestrian dead reckoning | |
CN204329960U (zh) | 基于重锤的倾角动态测量装置 | |
TW593981B (en) | Micro integrated global positioning system/inertial measurement unit system | |
Crandle et al. | Advances in wave sensing using MEMS | |
Sinclair | FlowRider: A lagrangian float to measure 3-D dynamics of plunging breakers in the surf zone | |
Kuch et al. | Preliminary report: Embedded platform for inertial based underwater navigation | |
Gryazin et al. | Inertial measurement unit of waverider buoy. Development and test results |