[發(fā)明專利]一種波浪傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310520079.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN103630123A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟凡彬;王夙歆;鄭榮才;喬立偉;周璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇七研究所
• 主分類號(hào): G01C13/00
• 分類號(hào): G01C13/00
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種波浪傳感器。?

背景技術(shù)

在海洋領(lǐng)域，波浪觀測(cè)主要使用表面測(cè)量?jī)x器和水下測(cè)量?jī)x器。表面測(cè)量?jī)x器一般以浮標(biāo)、海洋平臺(tái)或船舶作為載體，波浪傳感器是測(cè)量波浪特征值的核心設(shè)備。利用波浪傳感器可以測(cè)得波高的各種特征值和對(duì)應(yīng)的波周期外，還可以測(cè)得載體隨波面縱搖、橫搖和方位三組參數(shù)，通過計(jì)算處理得到波浪的傳播方向。波浪傳感器固定在載體上，是載體的重要測(cè)量單元。目前，比較流行的波浪傳感器采用三軸電子羅盤與三軸加速度計(jì)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，由于電子羅盤測(cè)量誤差受諸多因素的影響，尤其是方位精度影響最大、最難控制的是磁羅差；加速度計(jì)在載體姿態(tài)超過±60°時(shí)，輸出會(huì)有很大的誤差。因此，根據(jù)加速度計(jì)所測(cè)的重力加速度而計(jì)算出的姿態(tài)角的精度也會(huì)明顯下降。這種波浪傳感器由于受到風(fēng)、波浪、水流的作用，會(huì)出現(xiàn)升沉運(yùn)動(dòng)、左右搖擺、前后傾斜，甚至還會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、震動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，這大大影響了波浪傳感器測(cè)量波浪特征值的準(zhǔn)確度和精度。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、精度高且性能穩(wěn)定的波浪傳感器。?

本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?

一種波浪傳感器，包括捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)、電子羅盤、波浪特征處理器，所述的捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)分別與電子羅盤和波浪特征處理器相連接，該捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)用于測(cè)量載體的加速度、姿態(tài)和方位信息；所述的電子羅盤用于校正捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)的姿態(tài)和方位信息；所述的波浪特征處理器用于處理計(jì)算波浪特征值。?

而且，所述的捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)包括三個(gè)用于測(cè)量載體角速率的陀螺儀、三個(gè)用于測(cè)量載體加速度的加速度計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換模塊和用于解算載體的波高、姿態(tài)及?方位信息的姿態(tài)解算處理器，三個(gè)陀螺儀、三個(gè)加速度計(jì)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與姿態(tài)解算處理器相連接。?

而且，所述的捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)還包括安裝在陀螺儀和加速度計(jì)附近的溫度補(bǔ)償器，該溫度補(bǔ)償器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與姿態(tài)解算處理器相連接。?

而且，所述的三個(gè)陀螺和三個(gè)加速度計(jì)均選用微機(jī)械儀表，并將它們相對(duì)載體坐標(biāo)系正交安裝。?

而且，所述的電子羅盤選用磁通門式電子羅盤。?

而且，所述的波浪特征值包括最大波高、平均波高、有效波高和十分之一大波波高及對(duì)應(yīng)的周期值、最大波周期、平均周期、有效波周期和十分之一大波周期及按16個(gè)方位角劃分的波向出現(xiàn)頻率。?

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：?

本發(fā)明將陀螺儀、加速度計(jì)、電子羅盤和處理器有機(jī)地結(jié)合在一起，能夠有效地消除載體傾斜、搖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)帶來的不利影響，利用電子羅盤校正由于陀螺儀漂移引起的誤差，這種軟硬件結(jié)合的方式不僅提高了姿態(tài)角和方位角精度，而且提高了波浪特征值的計(jì)算精度，還能夠提高波浪傳感器的穩(wěn)定性能，尤其在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，整體性能得到極大的提高，具有很好的魯棒性。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明的波浪傳感器組成原理圖；?

圖2是加速度計(jì)、陀螺儀、A/D轉(zhuǎn)換模塊及姿態(tài)結(jié)算處理器的原理框圖；?

圖3是姿態(tài)解算處理器計(jì)算測(cè)量姿態(tài)角的原理圖。?

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。?

一種波浪傳感器，如圖1所示，包括捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)、電子羅盤、波浪特征處理器，所述的捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)分別與電子羅盤和波浪特征處理器相連接，該捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)用于測(cè)量載體的加速度、姿態(tài)和方位信息；電子羅盤用于校正捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)的姿態(tài)和方位信息；波浪特征處理器用于處理計(jì)算波浪特征值。下面對(duì)各個(gè)部分分別進(jìn)行說明：?

捷聯(lián)姿態(tài)系統(tǒng)包括三個(gè)陀螺儀、三個(gè)加速度計(jì)、溫度補(bǔ)償器、A/D轉(zhuǎn)換模塊?和姿態(tài)解算處理器，三個(gè)陀螺儀、三個(gè)加速度計(jì)、溫度補(bǔ)償器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與姿態(tài)解算處理器相連接，在本實(shí)施例中，三個(gè)陀螺和三個(gè)加速度計(jì)均選用微機(jī)械儀表，將它們相對(duì)載體坐標(biāo)系正交安裝，溫度補(bǔ)償器固定在陀螺儀和加速度計(jì)附近。其中，三個(gè)加速度計(jì)用于測(cè)量載體的加速度，加速度計(jì)可以跟蹤陀螺儀的偏差；三個(gè)陀螺儀用于測(cè)量角速率，配合角加速度計(jì)測(cè)量載體角度；溫度補(bǔ)償器用于做溫度補(bǔ)償。姿態(tài)解算處理器用于解算載體的波高、姿態(tài)和方位信息及濾波，利用四元數(shù)方法實(shí)時(shí)計(jì)算出姿態(tài)矩陣，通過姿態(tài)矩陣把加速度計(jì)測(cè)量的載體坐標(biāo)系的軸向加速度信息變換到地理坐標(biāo)系，同時(shí)解算出載體的姿態(tài)和方位信息。?