CN102589670A - 一种水下扫描测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下扫描测量装置及其测量方法，水下扫描测量装置包括扫描装置和与扫描装置相连接的电控装置，扫描装置包括安装架，扫描架和伺服传动机构，扫描架与安装架通过伺服传动机构滑动连接，电控装置包括计算机和与计算机相连接的运动控制器，扫描架上安装有水听器。测量方法采用无线传输技术，通过计算机控制扫描架的运动方式，将扫描所获得的数据通过运动控制器反馈到计算机中进行分析合成。本发明根据被测声结构体的实际需求，如尺寸、测量频率等参数，选择合适的扫描步距等参数，可以根据被测声结构体的形状和工作特点提供相应的扫描阵，进行二维扫描，测量方案灵活，实现了自动智能化。

Description

一种水下扫描测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于水下测量装置领域，具体是涉及一种水下扫描测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，水下目标的振动噪声问题越来越受到各国重视，传统的水声测试方法多是利用固定的传感器或传感器阵列对水下目标进行定点或定面测试。这种测试方法由于测试传感器位置与被测目标相对固定，因此只能得到测试目标局部声场的数据，测试精度低，不能根据实际需求灵活制订测量方案。如何更有效更全面的对水下目标的振动噪声进行测量也成为非常迫切的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用方便、对水下振动结构体噪声实现自动智能扫描测量的水下扫描测量装置及其测量方法。

本发明采用如下技术方案：

一种水下扫描测量装置，包括扫描装置和与扫描装置相连接的电控装置，其特征在于，所述扫描装置包括安装架，扫描架和伺服传动机构，扫描架与安装架通过伺服传动机构滑动连接，所述电控装置包括计算机和与计算机相连接的运动控制器，所述扫描架上安装有水听器。

所述扫描装置的伺服传动机构和电控装置的运动控制器之间采用CAN总线或无线连接。

所述运动控制器和计算机之间采用CAN总线或无线连接。

所述伺服传动机构由电机和滑块组成。

所述扫描架的形状为垂直杆状或环状。

所述扫描架的材质为碳纤维。

一种水下扫描测量方法，其采用如下步骤：

（1）开启计算机并设定扫描架的运动方式；

（2）将（1）步所设定的运动方式控制指令发送至运动控制器；

（3）运动控制器向伺服传动机构发出指令，控制扫描装置运动到特定的位置，实现对被测物体的扫描；

（4）将扫描所获得的数据通过运动控制器反馈到计算机中进行分析合成。

本发明的积极效果如下：

本发明根据被测声结构体的实际需求，如尺寸、测量频率等参数，改变扫描装置的位置来选择控制测量面范围和测量点间距，可以根据被测声结构体的形状和工作特点提供相应的扫描阵，如平面阵、弧面阵、圆柱阵等，进而选择扫描架的运动方式，进行二维扫描，测量方案灵活。当应用于大型声结构体测量时，可大大节约装置成本。本发明扫描架采用碳纤维材料，其密度为1750kg/m³，与水的密度1000kg/m³比较接近，相比钢、铝等金属其透声性更好，因此散射更低，不影响测量声场；扫描架的扫描速度范围为20-80mm/s，可以根据不同的结构体选择不同的扫描速度；本发明水下扫描架的主要部件的直径远小于测试频段对应的波长，不高于1/50波长，因此对声场的散射非常小，不会干扰被测声场；伺服传动机构的定位误差不高于1/700波长，扫描精度即定位精度高。

附图说明

图1为本发明的结构方框示意图；

图2为本发明实施例1扫描装置结构示意图；

图3为本发明实施例2扫描装置结构示意图；

图4为本发明实施例3扫描装置结构示意图；

图5为本发明实施例4扫描装置结构示意图。

图中，1、安装架；2、伺服传动机构；3、扫描架；4、水听器；5、电机；6、滑块；7、浮筒阵；8连杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例包括扫描装置和与扫描装置相连接的电控装置，所述电控装置包括计算机和与计算机相连接的运动控制器，如图2所示，所述扫描装置包括安装架1，扫描架3和伺服传动机构2，扫描架与安装架通过伺服传动机构滑动连接，所述扫描架上安装有水听器4。扫描装置的伺服传动机构和电控装置的运动控制器之间以及运动控制器和计算机之间采用CAN总线或无线连接。

本实施例中的伺服传动机构由电机5和与扫描架固定连接在一起的滑块6组成，滑块在电机的带动下沿安装架滑动，进而带动扫描架进行扫描。

本实施例中的扫描架为环形旋转扫描架，由13根直径为16mm碳纤维杆和一段铝合金内齿轮组成，碳纤维杆之间采用铝合金接头连接，铝合金接头上通过夹具固定有水听器，夹具采用开口半圆柱定位，螺钉夹紧方式固定。为了减少反射，夹具采用非金属材料，尺寸尽量小，边角采用圆弧过渡。水听器间夹角为25°，水听器与舱段表面距离为200mm。旋转扫描架的旋转部分安装于伺服传动机构的滑块下方，采用齿轮齿条传动方式，由圆弧导轨和导轨副作导向，齿轮与圆弧齿条作传动机构，旋转角度大于±12.5°。

本实施例中的扫描装置用于对水下舱段的扫描。扫描时，扫描架沿X轴（舱段中心轴线方向）运动，以实现对舱段全长范围内的扫描，扫描测量方法步骤如下：

（1）操作人员开启计算机通过按键设定扫描架的运动方式；

（2）将（1）步所设定的运动方式控制指令发送至运动控制器；

（3）运动控制器向伺服传动机构发出指令，控制扫描装置运动到特定的位置，实现对被测物体的扫描，计算机显示屏上实时显示扫描架的位移，操作人员可以随时读取当前位移数据；

（4）将扫描所获得的声音数据通过运动控制器反馈到计算机中，通过算法合成扫描物体的三维空间图像。

本实施例的电控***设置了限位保护功能，避免因位移部件的运动范围超出***设计允许值而发生的机械或电器损坏。

限位保护分两级进行。第一级是限位控制信号，该信号会对运动控制器中的微处理器产生中断，从而禁止在该方向上的运动，但仍可进行反方向的运动，以便脱离限位保护状态。第二级是限位控制开关，该控制开关是为了防止万一由于控制电路损坏而导致电机失去控制，使得位移部件的运动范围超出***设计允许值，这时限位控制开关会切断伺服电机的电源，从而避免了设备的损坏。当限位控制开关起作用后，控制***已不能再控制该自由度上的运动，必须通过手摇方式使运动部件脱离限位保护状态。

实施例2：

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于扫描架3采用垂直扫描架，其由一悬臂、一根直径16mm的碳纤维杆和连接二者的铝合金接头组成，碳纤维杆采用定位销加螺纹拧紧方式连接固定在悬臂末端，考虑到接头强度直接影响最终扫描的精度，接头采用强度较高的铝合金，不采用非金属材料。水听器之间的间距为200mm，水听器与舱段侧面圆弧顶点切面距离为200mm。垂直扫描架以悬臂方式安装在滑块上，电机驱动力先通过齿轮传递至同步带，再由同步带传递至悬臂端齿轮。垂直方向运动由圆导向光轴和直线轴承作导向，齿轮齿条机构作传动，垂直方向的位移大于200mm。

实施例3：

本实施例包括扫描装置和与扫描装置相连接的电控装置，所述电控装置包括计算机和与计算机相连接的运动控制器，所述扫描装置包括安装架1，扫描架3和伺服传动机构2，扫描架与安装架通过伺服传动机构滑动连接，所述扫描架上安装有水听器4。扫描装置的伺服传动机构和电控装置的运动控制器之间以及运动控制器和计算机之间采用CAN总线或无线连接。

如图4所示，本实施例的安装架由两个平行的导轨构成，导轨安装在潜艇的两个护栏上，护栏上间隔设置有导轨垫块，现场安装时，必须将布置的导轨垫块支持平面均调整到一个平面内，然后再在导轨垫块上焊上导轨垫板，从而为直线导轨安装提供一个较好的平面。伺服传动机构的滑块通过直线轴承分别安装在导轨上，可以避开指挥舱，两台扫描滑块能够沿着导轨方向同步进行位移运动。扫描架呈非闭合的八边形，侧面为方形的框架结构，保证了水听器固定架的结构刚度，两端分别固定在滑块上，并随着滑块沿导轨方向运动从而实现潜艇艇身的扫描。

水听器通过卡具均匀布置在扫描架的内框上，水听器卡具将水听器延伸出框架平面安装，可以避免水听器尾部的框架结构对于测试的干扰。

本实施例的电控***和扫描测量方法步骤与实施例1相同。

实施例4：

如图5所示，本实施例与实施例3的不同之处在于安装架3固定在潜艇的一侧护栏上，由浮筒阵7和连接浮筒阵与护栏的连杆8构成，浮筒阵是由若干个浮筒与桁架杆拼接而成的一个结构刚性较好的桁架，桁架的下部桁架杆充当滑块直线运动的导轨。连杆分为拉杆和支杆，浮筒阵通过可以调节的拉杆与潜艇侧边护栏相连接，拉杆一端与潜艇侧边扶栏机械连接，另一端与浮筒阵机械连接；使用带吸盘的支杆作为第二支撑点，支杆一端通过吸盘与潜艇侧壁连接，另一端与浮筒阵机械连接，保证了浮筒阵与潜艇相对位置固定和扫描的稳定性，减小受海浪扰动的影响程度。

扫描架固定在滑块上，并随着滑块沿导轨方向运动从而实现潜艇艇身的扫描。扫描架采用垂直的固态阵方式，固态阵为聚酯材料填充成的管状结构，长26m，截面为3cm×5cm的矩形，水听器固定在固态阵内部。扫描架适当焊接刚性支架进行加强，增加了扫描架的结构刚性，防止其摆动。扫描架为折叠机构，在浮筒阵被拖拽进入实验位置之前，或实验结束之后，可以方便地将扫描架折叠起来，从而实现在装卸浮筒阵的过程中对扫描架以及线缆的保护。

以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水下扫描测量装置，包括扫描装置和与扫描装置相连接的电控装置，其特征在于，所述扫描装置包括安装架（1），扫描架（3）和伺服传动机构（2），扫描架与安装架通过伺服传动机构滑动连接，所述电控装置包括计算机和与计算机相连接的运动控制器，所述扫描架上安装有水听器（4）。

2.根据权利要求1所述的水下扫描测量装置，其特征在于，所述扫描装置的伺服传动机构和电控装置的运动控制器之间采用CAN总线或无线连接。

3.根据权利要求1所述的水下扫描测量装置，其特征在于，所述运动控制器和计算机之间采用CAN总线或无线连接。

4.根据权利要求1所述的水下扫描测量装置，其特征在于，所述伺服传动机构由电机和滑块组成。

5.根据权利要求1所述的水下扫描测量装置，其特征在于，所述扫描架的形状为垂直杆状或环状。

6.根据权利要求1所述的水下扫描测量装置，其特征在于，所述扫描架的材质为碳纤维。

7.一种水下扫描测量方法，其特征在于，其采用如下步骤：

（1）开启计算机并设定扫描架的运动方式；

（2）将（1）步所设定的运动方式控制指令发送至运动控制器；

（3）运动控制器向伺服传动机构发出指令，控制扫描装置运动到特定的位置，实现对被测物体的扫描；

（4）将扫描所获得的数据通过运动控制器反馈到计算机中进行分析合成。

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