專利名稱：一種水下掃描測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下測量裝置領(lǐng)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(shù)：
目前，水下目標的振動噪聲問題越來越受到各國重視，傳統(tǒng)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。這種測試方法由于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(shù)據(jù)，測試精度低，不能根據(jù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使用方便、對水下振動結(jié)構(gòu)體噪聲實現(xiàn)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(fā)明采用如下技術(shù)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，其特征在于， 所述掃描裝置包括安裝架，掃描架和伺服傳動機構(gòu)，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構(gòu)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(gòu)和電控裝置的運動控制器之間采用CAN總線或無線連接。所述運動控制器和計算機之間采用CAN總線或無線連接。所述伺服傳動機構(gòu)由電機和滑塊組成。所述掃描架的形狀為垂直桿狀或環(huán)狀。所述掃描架的材質(zhì)為碳纖維。一種水下掃描測量方法，其采用如下步驟
(1)開啟計算機并設(shè)定掃描架的運動方式；
(2)將(I)步所設(shè)定的運動方式控制指令發(fā)送至運動控制器；
(3)運動控制器向伺服傳動機構(gòu)發(fā)出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現(xiàn)對被測物體的掃描；
(4)將掃描所獲得的數(shù)據(jù)通過運動控制器反饋到計算機中進行分析合成。 本發(fā)明的積極效果如下
本發(fā)明根據(jù)被測聲結(jié)構(gòu)體的實際需求，如尺寸、測量頻率等參數(shù)，改變掃描裝置的位置來選擇控制測量面范圍和測量點間距，可以根據(jù)被測聲結(jié)構(gòu)體的形狀和工作特點提供相應(yīng)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(yīng)用于大型聲結(jié)構(gòu)體測量時，可大大節(jié)約裝置成本。本發(fā)明掃描架采用碳纖維材料，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；掃描架的掃描速度范圍為20-80mm/s，可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體選擇不同的掃描速度；本發(fā)明水下掃描架的主要部件的直徑遠小于測試頻段對應(yīng)的波長，不高于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(gòu)的定位誤差不高于1/700波長，掃描精度即定位精度高。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框示意圖2為本發(fā)明實施例I掃描裝置結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明實施例2掃描裝置結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明實施例3掃描裝置結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明實施例4掃描裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I、安裝架；2、伺服傳動機構(gòu)；3、掃描架；4、水聽器；5、電機；6、滑塊；7、浮筒陣；8連桿。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)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(gòu)2，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構(gòu)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(gòu)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采用CAN總線或無線連接。本實施例中的伺服傳動機構(gòu)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(huán)形旋轉(zhuǎn)掃描架，由13根直徑為16mm碳纖維桿和一段招合金內(nèi)齒輪組成，碳纖維桿之間采用鋁合金接頭連接，鋁合金接頭上通過夾具固定有水聽器，夾具采用開口半圓柱定位，螺釘夾緊方式固定。為了減少反射，夾具采用非金屬材料，尺寸盡量小，邊角采用圓弧過渡。水聽器間夾角為25°，水聽器與艙段表面距離為200mm。旋轉(zhuǎn)掃描架的旋轉(zhuǎn)部分安裝于伺服傳動機構(gòu)的滑塊下方，采用齒輪齒條傳動方式，由圓弧導(dǎo)軌和導(dǎo)軌副作導(dǎo)向，齒輪與圓弧齒條作傳動機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)角度大于±12.5°。本實施例中的掃描裝置用于對水下艙段的掃描。掃描時，掃描架沿X軸(艙段中心軸線方向)運動，以實現(xiàn)對艙段全長范圍內(nèi)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(shè)定掃描架的運動方式；
(2)將(I)步所設(shè)定的運動方式控制指令發(fā)送至運動控制器；
(3)運動控制器向伺服傳動機構(gòu)發(fā)出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現(xiàn)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(shù)據(jù)；
(4)將掃描所獲得的聲音數(shù)據(jù)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(tǒng)設(shè)置了限位保護功能，避免因位移部件的運動范圍超出系統(tǒng)設(shè)計允許值而發(fā)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(chǎn)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(tài)。第二級是限位控制開關(guān)，該控制開關(guān)是為了防止萬一由于控制電路損壞而導(dǎo)致電機失去控制，使得位移部件的運動范圍超出系統(tǒng)設(shè)計允許值，這時限位控制開關(guān)會切斷伺服電機的電源，從而避免了設(shè)備的損壞。當限位控制開關(guān)起作用后，控制系統(tǒng)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(tài)。實施例2:
如圖3所不,本實施例與實施例I的不同之處在于掃描架3米用垂直掃描架,其由一懸臂、一根直徑16mm的碳纖維桿和連接二者的鋁合金接頭組成，碳纖維桿采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，接頭采用強度較高的鋁合金，不采用非金屬材料。水聽器之間的間距為200mm，水聽器與艙段側(cè)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(qū)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(dǎo)向光軸和直線軸承作導(dǎo)向，齒輪齒條機構(gòu)作傳動，垂直方向的位移大于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(gòu)2，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構(gòu)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(gòu)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采用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(dǎo)軌構(gòu)成，導(dǎo)軌安裝在潛艇的兩個護欄上，護欄上間隔設(shè)置有導(dǎo)軌墊塊，現(xiàn)場安裝時，必須將布置的導(dǎo)軌墊塊支持平面均調(diào)整到一個平面內(nèi)，然后再在導(dǎo)軌墊塊上焊上導(dǎo)軌墊板，從而為直線導(dǎo)軌安裝提供一個較好的平面。伺服傳動機構(gòu)的滑塊通過直線軸承分別安裝在導(dǎo)軌上，可以避開指揮艙，兩臺掃描滑塊能夠沿著導(dǎo)軌方向同步進行位移運動。掃描架呈非閉合的八邊形，側(cè)面為方形的框架結(jié)構(gòu)，保證了水聽器固定架的結(jié)構(gòu)剛度，兩端分別固定在滑塊上，并隨著滑塊沿導(dǎo)軌方向運動從而實現(xiàn)潛艇艇身的掃描。水聽器通過卡具均勻布置在掃描架的內(nèi)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(jié)構(gòu)對于測試的干擾。本實施例的電控系統(tǒng)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的不同之處在于安裝架3固定在潛艇的一側(cè)護欄上， 由浮筒陣7和連接浮筒陣與護欄的連桿8構(gòu)成，浮筒陣是由若干個浮筒與桁架桿拼接而成的一個結(jié)構(gòu)剛性較好的桁架，桁架的下部桁架桿充當滑塊直線運動的導(dǎo)軌。連桿分為拉桿和支桿，浮筒陣通過可以調(diào)節(jié)的拉桿與潛艇側(cè)邊護欄相連接，拉桿一端與潛艇側(cè)邊扶欄機械連接，另一端與浮筒陣機械連接；使用帶吸盤的支桿作為第二支撐點，支桿一端通過吸盤與潛艇側(cè)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(wěn)定性，減小受海浪擾動的影響程度。掃描架固定在滑塊上，并隨著滑塊沿導(dǎo)軌方向運動從而實現(xiàn)潛艇艇身的掃描。 掃描架采用垂直的固態(tài)陣方式，固態(tài)陣為聚酯材料填充成的管狀結(jié)構(gòu)，長26m，截面為 3cmX 5cm的矩形，水聽器固定在固態(tài)陣內(nèi)部。掃描架適當焊接剛性支架進行加強，增加了掃描架的結(jié)構(gòu)剛性，防止其擺動。掃描架為折疊機構(gòu)，在浮筒陣被拖拽進入實驗位置之前，或?qū)嶒灲Y(jié)束之后，可以方便地將掃描架折疊起來，從而實現(xiàn)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(fā)明的較佳實施案例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)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，其特征在于，所述掃描裝置包括安裝架(1)，掃描架(3)和伺服傳動機構(gòu)(2)，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構(gòu)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(jù)權(quán)利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特征在于，所述掃描裝置的伺服傳動機構(gòu)和電控裝置的運動控制器之間采用CAN總線或無線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特征在于，所述運動控制器和計算機之間采用CAN總線或無線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特征在于，所述伺服傳動機構(gòu)由電機和滑塊組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特征在于，所述掃描架的形狀為垂直桿狀或環(huán)狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下掃描測量裝置，其特征在于，所述掃描架的材質(zhì)為碳纖維。
7.一種水下掃描測量方法，其特征在于，其采用如下步驟(O開啟計算機并設(shè)定掃描架的運動方式；(2)將(I)步所設(shè)定的運動方式控制指令發(fā)送至運動控制器；(3)運動控制器向伺服傳動機構(gòu)發(fā)出指令，控制掃描裝置運動到特定的位置，實現(xiàn)對被測物體的掃描；(4)將掃描所獲得的數(shù)據(jù)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(fā)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(gòu)，掃描架與安裝架通過伺服傳動機構(gòu)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。測量方法采用無線傳輸技術(shù)，通過計算機控制掃描架的運動方式，將掃描所獲得的數(shù)據(jù)通過運動控制器反饋到計算機中進行分析合成。本發(fā)明根據(jù)被測聲結(jié)構(gòu)體的實際需求，如尺寸、測量頻率等參數(shù)，選擇合適的掃描步距等參數(shù)，可以根據(jù)被測聲結(jié)構(gòu)體的形狀和工作特點提供相應(yīng)的掃描陣，進行二維掃描，測量方案靈活，實現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)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