一種水下掃描測量裝置及其測量方法
2023-04-23 16:51:21 3
專利名稱：一種水下掃描測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明屬於水下測量裝置領域，具體是涉及一種水下掃描測量裝置及其測量方法。
背景技術：
目前，水下目標的振動噪聲問題越來越受到各國重視，傳統的水聲測試方法多是利用固定的傳感器或傳感器陣列對水下目標進行定點或定面測試。這種測試方法由於測試傳感器位置與被測目標相對固定，因此只能得到測試目標局部聲場的數據，測試精度低，不能根據實際需求靈活制訂測量方案。如何更有效更全面的對水下目標的振動噪聲進行測量也成為非常迫切的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種使用方便、對水下振動結構體噪聲實現自動智能掃描測量的水下掃描測量裝置及其測量方法。本發明採用如下技術方案
一種水下掃描測量裝置，包括掃描裝置和與掃描裝置相連接的電控裝置，其特徵在於， 所述掃描裝置包括安裝架，掃描架和伺服傳動機構，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構滑動連接，所述電控裝置包括計算機和與計算機相連接的運動控制器，所述掃描架上安裝有水聽器。所述掃描裝置的伺服傳動機構和電控裝置的運動控制器之間採用CAN總線或無線連接。所述運動控制器和計算機之間採用CAN總線或無線連接。所述伺服傳動機構由電機和滑塊組成。所述掃描架的形狀為垂直杆狀或環狀。所述掃描架的材質為碳纖維。一種水下掃描測量方法，其採用如下步驟
(1)開啟計算機並設定掃描架的運動方式；
(2)將(I)步所設定的運動方式控制指令發送至運動控制器；
(3)運動控制器向伺服傳動機構發出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現對被測物體的掃描；
(4)將掃描所獲得的數據通過運動控制器反饋到計算機中進行分析合成。 本發明的積極效果如下
本發明根據被測聲結構體的實際需求，如尺寸、測量頻率等參數，改變掃描裝置的位置來選擇控制測量面範圍和測量點間距，可以根據被測聲結構體的形狀和工作特點提供相應的掃描陣，如平面陣、弧面陣、圓柱陣等，進而選擇掃描架的運動方式，進行二維掃描，測量方案靈活。當應用於大型聲結構體測量時，可大大節約裝置成本。本發明掃描架採用碳纖維材料，其密度為1750kg/m3，與水的密度1000kg/m3比較接近，相比鋼、鋁等金屬其透聲性更好，因此散射更低，不影響測量聲場；掃描架的掃描速度範圍為20-80mm/s，可以根據不同的結構體選擇不同的掃描速度；本發明水下掃描架的主要部件的直徑遠小於測試頻段對應的波長，不高於1/50波長,因此對聲場的散射非常小，不會干擾被測聲場；伺服傳動機構的定位誤差不高於1/700波長，掃描精度即定位精度高。
圖I為本發明的結構方框示意圖2為本發明實施例I掃描裝置結構示意3為本發明實施例2掃描裝置結構示意4為本發明實施例3掃描裝置結構示意5為本發明實施例4掃描裝置結構示意圖。圖中，I、安裝架；2、伺服傳動機構；3、掃描架；4、水聽器；5、電機；6、滑塊；7、浮筒陣；8連杆。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明做進一步說明。實施例I :
如圖I所示，本實施例包括掃描裝置和與掃描裝置相連接的電控裝置，所述電控裝置包括計算機和與計算機相連接的運動控制器，如圖2所示，所述掃描裝置包括安裝架1，掃描架3和伺服傳動機構2，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構滑動連接，所述掃描架上安裝有水聽器4。掃描裝置的伺服傳動機構和電控裝置的運動控制器之間以及運動控制器和計算機之間採用CAN總線或無線連接。本實施例中的伺服傳動機構由電機5和與掃描架固定連接在一起的滑塊6組成， 滑塊在電機的帶動下沿安裝架滑動，進而帶動掃描架進行掃描。本實施例中的掃描架為環形旋轉掃描架，由13根直徑為16mm碳纖維杆和一段招合金內齒輪組成，碳纖維杆之間採用鋁合金接頭連接，鋁合金接頭上通過夾具固定有水聽器，夾具採用開口半圓柱定位，螺釘夾緊方式固定。為了減少反射，夾具採用非金屬材料，尺寸儘量小，邊角採用圓弧過渡。水聽器間夾角為25°，水聽器與艙段表面距離為200mm。旋轉掃描架的旋轉部分安裝於伺服傳動機構的滑塊下方，採用齒輪齒條傳動方式，由圓弧導軌和導軌副作導向，齒輪與圓弧齒條作傳動機構，旋轉角度大於±12.5°。本實施例中的掃描裝置用於對水下艙段的掃描。掃描時，掃描架沿X軸(艙段中心軸線方向)運動，以實現對艙段全長範圍內的掃描，掃描測量方法步驟如下
(1)操作人員開啟計算機通過按鍵設定掃描架的運動方式；
(2)將(I)步所設定的運動方式控制指令發送至運動控制器；
(3)運動控制器向伺服傳動機構發出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現對被測物體的掃描，計算機顯示屏上實時顯示掃描架的位移，操作人員可以隨時讀取當前位移數據；
(4)將掃描所獲得的聲音數據通過運動控制器反饋到計算機中，通過算法合成掃描物體的三維空間圖像。本實施例的電控系統設置了限位保護功能，避免因位移部件的運動範圍超出系統設計允許值而發生的機械或電器損壞。限位保護分兩級進行。第一級是限位控制信號，該信號會對運動控制器中的微處理器產生中斷，從而禁止在該方向上的運動，但仍可進行反方向的運動，以便脫離限位保護狀態。第二級是限位控制開關，該控制開關是為了防止萬一由於控制電路損壞而導致電機失去控制，使得位移部件的運動範圍超出系統設計允許值，這時限位控制開關會切斷伺服電機的電源，從而避免了設備的損壞。當限位控制開關起作用後，控制系統已不能再控制該自由度上的運動，必須通過手搖方式使運動部件脫離限位保護狀態。實施例2:
如圖3所不,本實施例與實施例I的不同之處在於掃描架3米用垂直掃描架,其由一懸臂、一根直徑16mm的碳纖維杆和連接二者的鋁合金接頭組成，碳纖維杆採用定位銷加螺紋擰緊方式連接固定在懸臂末端，考慮到接頭強度直接影響最終掃描的精度，接頭採用強度較高的鋁合金，不採用非金屬材料。水聽器之間的間距為200mm，水聽器與艙段側面圓弧頂點切面距離為200mm。垂直掃描架以懸臂方式安裝在滑塊上，電機驅動力先通過齒輪傳遞至同步帶，再由同步帶傳遞至懸臂端齒輪。垂直方向運動由圓導向光軸和直線軸承作導向，齒輪齒條機構作傳動，垂直方向的位移大於200_。實施例3
本實施例包括掃描裝置和與掃描裝置相連接的電控裝置，所述電控裝置包括計算機和與計算機相連接的運動控制器，所述掃描裝置包括安裝架1，掃描架3和伺服傳動機構2，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構滑動連接，所述掃描架上安裝有水聽器4。掃描裝置的伺服傳動機構和電控裝置的運動控制器之間以及運動控制器和計算機之間採用CAN總線或無線連接。如圖4所示，本實施例的安裝架由兩個平行的導軌構成，導軌安裝在潛艇的兩個護欄上，護欄上間隔設置有導軌墊塊，現場安裝時，必須將布置的導軌墊塊支持平面均調整到一個平面內，然後再在導軌墊塊上焊上導軌墊板，從而為直線導軌安裝提供一個較好的平面。伺服傳動機構的滑塊通過直線軸承分別安裝在導軌上，可以避開指揮艙，兩臺掃描滑塊能夠沿著導軌方向同步進行位移運動。掃描架呈非閉合的八邊形，側面為方形的框架結構，保證了水聽器固定架的結構剛度，兩端分別固定在滑塊上，並隨著滑塊沿導軌方向運動從而實現潛艇艇身的掃描。水聽器通過卡具均勻布置在掃描架的內框上，水聽器卡具將水聽器延伸出框架平面安裝，可以避免水聽器尾部的框架結構對於測試的幹擾。本實施例的電控系統和掃描測量方法步驟與實施例I相同。實施例4
如圖5所示，本實施例與實施例3的不同之處在於安裝架3固定在潛艇的一側護欄上， 由浮筒陣7和連接浮筒陣與護欄的連杆8構成，浮筒陣是由若干個浮筒與桁架杆拼接而成的一個結構剛性較好的桁架，桁架的下部桁架杆充當滑塊直線運動的導軌。連杆分為拉杆和支杆，浮筒陣通過可以調節的拉杆與潛艇側邊護欄相連接，拉杆一端與潛艇側邊扶欄機械連接，另一端與浮筒陣機械連接；使用帶吸盤的支杆作為第二支撐點，支杆一端通過吸盤與潛艇側壁連接，另一端與浮筒陣機械連接，保證了浮筒陣與潛艇相對位置固定和掃描的穩定性，減小受海浪擾動的影響程度。掃描架固定在滑塊上，並隨著滑塊沿導軌方向運動從而實現潛艇艇身的掃描。 掃描架採用垂直的固態陣方式，固態陣為聚酯材料填充成的管狀結構，長26m，截面為 3cmX 5cm的矩形，水聽器固定在固態陣內部。掃描架適當焊接剛性支架進行加強，增加了掃描架的結構剛性，防止其擺動。掃描架為摺疊機構，在浮筒陣被拖拽進入實驗位置之前，或實驗結束之後，可以方便地將掃描架摺疊起來，從而實現在裝卸浮筒陣的過程中對掃描架以及線纜的保護。以上所述，為本發明的較佳實施案例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種水下掃描測量裝置，包括掃描裝置和與掃描裝置相連接的電控裝置，其特徵在於，所述掃描裝置包括安裝架(1)，掃描架(3)和伺服傳動機構(2)，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構滑動連接，所述電控裝置包括計算機和與計算機相連接的運動控制器，所述掃描架上安裝有水聽器(4)。
2.根據權利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特徵在於，所述掃描裝置的伺服傳動機構和電控裝置的運動控制器之間採用CAN總線或無線連接。
3.根據權利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特徵在於，所述運動控制器和計算機之間採用CAN總線或無線連接。
4.根據權利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特徵在於，所述伺服傳動機構由電機和滑塊組成。
5.根據權利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特徵在於，所述掃描架的形狀為垂直杆狀或環狀。
6.根據權利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特徵在於，所述掃描架的材質為碳纖維。
7.一種水下掃描測量方法，其特徵在於，其採用如下步驟(O開啟計算機並設定掃描架的運動方式；(2)將(I)步所設定的運動方式控制指令發送至運動控制器；(3)運動控制器向伺服傳動機構發出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現對被測物體的掃描；(4)將掃描所獲得的數據通過運動控制器反饋到計算機中進行分析合成。
全文摘要
本發明涉及一種水下掃描測量裝置及其測量方法，水下掃描測量裝置包括掃描裝置和與掃描裝置相連接的電控裝置，掃描裝置包括安裝架，掃描架和伺服傳動機構，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構滑動連接，電控裝置包括計算機和與計算機相連接的運動控制器，掃描架上安裝有水聽器。測量方法採用無線傳輸技術，通過計算機控制掃描架的運動方式，將掃描所獲得的數據通過運動控制器反饋到計算機中進行分析合成。本發明根據被測聲結構體的實際需求，如尺寸、測量頻率等參數，選擇合適的掃描步距等參數，可以根據被測聲結構體的形狀和工作特點提供相應的掃描陣，進行二維掃描，測量方案靈活，實現了自動智能化。
文檔編號G01H3/00GK102589670SQ20121006049
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者何元安, 林建建, 王萍, 申和平, 聶佳 申請人:北京神州普惠科技有限公司