[發(fā)明專(zhuān)利]一種可三維運(yùn)動(dòng)的水中振動(dòng)源模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811316510.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109342017B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇;劉冠軍;邱靜;鄭賢德;季明江;呂克洪;楊鵬;劉瑛;林鑫;王欽;程先哲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市護(hù)航專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 謝新苗

本發(fā)明涉及一種可三維運(yùn)動(dòng)的水中振動(dòng)源模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)水箱、激振系統(tǒng)、傳感器陣列、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)；所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)置于實(shí)驗(yàn)水箱上部，所述傳感器陣列、激振系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)順序相連；本方案通過(guò)激振系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水下偶極子源的振動(dòng)，通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及編程實(shí)現(xiàn)偶極子源自動(dòng)移動(dòng)，與信號(hào)采集系統(tǒng)配合，共同實(shí)現(xiàn)信號(hào)的自動(dòng)化采集。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水中振動(dòng)源模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于感知陣列感受水中流場(chǎng)壓力、速度變化信號(hào)，采集后的數(shù)據(jù)可用于水中目標(biāo)定位、跟蹤、識(shí)別等方法和算法研究模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

背景技術(shù)

側(cè)線，是魚(yú)類(lèi)和兩棲動(dòng)物所特有的一類(lèi)器官，一般情況下，大多數(shù)魚(yú)都擁有側(cè)線。在魚(yú)鱗之下，魚(yú)的頭部和身體兩側(cè)覆蓋著一條或多條“看不見(jiàn)的虛線”，被稱(chēng)為魚(yú)側(cè)線，在魚(yú)的感覺(jué)器官中，魚(yú)側(cè)線是分化程度非常高的一類(lèi)器官，大多數(shù)魚(yú)軀干兩側(cè)都有一條體側(cè)線，為魚(yú)精確感知目標(biāo)起了關(guān)鍵作用，說(shuō)明書(shū)附圖5為魚(yú)側(cè)線示意圖。

魚(yú)類(lèi)具有不可思議的超靈敏水下探測(cè)能力，而這項(xiàng)能力的來(lái)源就是魚(yú)側(cè)線。魚(yú)類(lèi)通過(guò)其側(cè)線器官可以感知水下流場(chǎng)，獲得壓力和流速變化信息，基于這些變化信息，實(shí)現(xiàn)避障、導(dǎo)航、捕食、躲避天敵、集群活動(dòng)等行為。魚(yú)側(cè)線由一系列被稱(chēng)作神經(jīng)丘的基本傳感單元陣列而成，適用于光學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)等探測(cè)手段失效的極端復(fù)雜水下環(huán)境，如沿海、淺海和島礁密布的水域。魚(yú)側(cè)線是魚(yú)類(lèi)在進(jìn)化過(guò)程中形成的獨(dú)特水下感知器官，其結(jié)構(gòu)、功能、布局等生理學(xué)特征都是為適應(yīng)其生存環(huán)境而優(yōu)化選擇的結(jié)果，針對(duì)魚(yú)側(cè)線開(kāi)展研究，這對(duì)于發(fā)展新型水下探測(cè)感知技術(shù)具有重要的借鑒與指導(dǎo)意義。

受魚(yú)側(cè)線感知水中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的原理啟發(fā)，尋求一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可模擬水中三維直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)還可以振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度和振動(dòng)參數(shù)可調(diào)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)感知陣列感受水中流場(chǎng)壓力/速度變化信號(hào)，采集后的數(shù)據(jù)可用于水中目標(biāo)定位、跟蹤、識(shí)別等方法和算法研究。

發(fā)明內(nèi)容

為了研究仿生魚(yú)側(cè)線流場(chǎng)感知技術(shù)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位和識(shí)別的能力，首先需弄清楚目標(biāo)流場(chǎng)的特性及規(guī)律。偶極子源由做正弦運(yùn)動(dòng)的剛性且不變體積的振動(dòng)球體產(chǎn)生，常用來(lái)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)的一般目標(biāo)進(jìn)行模擬，方便計(jì)算和推導(dǎo)，常作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源目標(biāo)，廣泛應(yīng)用于生物側(cè)線及人工側(cè)線的研究中。

為研究感知陣列對(duì)偶極子源目標(biāo)的定位能力，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需滿(mǎn)足以下要求：1、一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水下環(huán)境；

2、能模擬偶極子源的振動(dòng)；

3、能感知偶極子源引起的水流場(chǎng)變化；

4、偶極子源和傳感器陣列相對(duì)位置可根據(jù)需要自動(dòng)變化；

5、能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的連續(xù)自動(dòng)化采集。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供如下解決方案：

一種可三維運(yùn)動(dòng)的水中振動(dòng)源模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)水箱、激振系統(tǒng)、傳感器陣列、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)；所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)置于實(shí)驗(yàn)水箱上部，所述傳感器陣列、激振系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)順序相連；

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置、驅(qū)動(dòng)器及運(yùn)動(dòng)控制器組成；所述運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置包括四個(gè)滾珠絲杠，四個(gè)滾珠絲杠組成三維形狀，其中X方向?yàn)閮蓚€(gè)滾珠絲杠平行放置，Y方向一個(gè)滾珠絲杠置于X方向的兩個(gè)滾珠絲杠上，Z方向一個(gè)滾珠絲杠與Y方向一個(gè)滾珠絲杠活動(dòng)連接；

所述激振系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和激振器組成；所述信號(hào)發(fā)生器將信號(hào)通過(guò)功率放大器后傳遞到激振器上；所述激振器的頂桿連接一個(gè)小球，并激勵(lì)小球做正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)激振器連接到Z方向的滾珠絲杠上；正弦運(yùn)動(dòng)的小球用于模擬偶極子源目標(biāo)，并產(chǎn)生一個(gè)偶極子流場(chǎng)；

所述信號(hào)采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成；通過(guò)傳感器陣列來(lái)感知流場(chǎng)參數(shù)變化。

優(yōu)選地，所述小球用于模擬偶極子源的振動(dòng)，振動(dòng)參數(shù)可調(diào)。