一种无水阻船速测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种无水阻船速测量仪，它由加速度传感器、信号调理电路（２）、微处理器（３）组成，传感器组（１）由主传感器和补偿传感器组成，其主传感器的敏感方向安装在船艇的前进方向，补偿传感器的敏感方向与船艇的前进方向垂直；所有装置均安装在一个机盒内，使信号采集、数据处理及数据显示合为一体，简化了结构，克服了仪表外安装传感器的诸多不便，而且实现了无水阻、多自由度测量，可以更全面地了解和分析船艇的运动情况以及划手的技术动作，测出船艇摆动、纵摇、升沉时产生的加速度数据并可对主传感器的数据进行误差补偿，提高了测量的准确性和稳定性；它还可以进行实时桨频测量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种测量船艇速度的测量仪，特别是涉及一种划船运动中测量船速的测量仪。
技术介绍
有关船速测量使用的方法和装置，美国5597952号专利《用于喷射推进船的速度测量和补偿装置》，是用皮托管和压力传感器进行测量，测低船速时灵敏度差；本申请人参与设计的中国专利《船速桨频测量仪》(专利号ZL95212125.5)使用电磁传感器和半导体压阻传感器，虽然能实时同步测出船速和桨频，并提高了测量精度，但传感器仍在水中，增加了船的阻力；美国5483242号专利《测量物体的速度和距离的方法》，是用电磁波进行测量；美国6212129号专利《测量多种物体速度的装置》和美国5224075号专利《测量运动物体速度的装置》，都是利用声波的多普勒效应进行船体速度的测量；美国5814732号专利《激光多普勒速度测量装置》和上述后3项美国专利一样，虽能实现无接触、无水阻测量，但测量装置结构复杂，体积较大，成本昂贵。国内外的划船测试仪表中，船速的测量一般采用电磁传感器，螺旋桨传感器或半导体压力传感器，这些传感器必须与水接触。由于船体水线以下安装了附加设备，无法避免水阻的产生，有时还会造成偏航，测量结果并不能完全反映真实竞赛时的情况，而且对划手的动作训练有不良的影响，因而限制了应用范围。本申请人参与设计的中国专利《无水阻船速桨频测量仪》(专利号ZL98235770.2)使用加速度传感器，测出船体在前进方向上的加速度，并对加速度进行积分运算，已经可以实现无水阻测量船速和浆频，但若因为风浪太大或划手技术不佳，造成船艇严重颠簸时，测量结果含有附加的误差。美国20020002863号专利《速度表》，是测量人体运动时在其2个或3个主方向上的加速度，然后对加速度进行积分运算，做成人体步行速度表；美国20010034583号专利《运动员速度表》，是用主加速度传感器和补偿加速度传感器测出滑雪、滑冰和山地自行车运动员的速度；上述2项专利都未涉及船速的测量。因此目前划船运动、航运、舰艇上都急需一种结构简单、测量准确、价格低廉的无水阻船速测量仪。本专利技术所要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种简单却较准确的无水阻船速测量仪器。
技术实现思路
本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是一种无水阻船速测量仪，它由加速度传感器、信号调理电路、微处理器组成，传感器组由主传感器和补偿传感器组成，其主传感器的敏感方向安装在船艇的前进方向，补偿传感器的敏感方向安装方向与船艇的前进方向垂直，主传感器的检测信号a1和补偿传感器的检测信号a2的输出接口与信号调理电路的输入接口相连，随后将信号输入微处理器，微处理器进行数值处理时利用下述公式计算t时刻船艇的加速度ata‾t=a12+a22]]>此时at为2D加速度矢量at的模，其幅角的计算公式为θ1=cos-1a1a‾t]]>θ2=cos-1a2a‾t]]>船速Vt及船艇的位移St的计算公式均为vt=v0+∫0tatdt]]>St=∫0tvtdt]]>这里v0为t0(初始)时刻船艇的速度，Vt和St仍旧都是矢量，计算出它们在前进方向上的分量就是所测量出的船艇的速度和船艇的航程。测出上述参数后，用微处理器根据当前的加速度和速度变化情况，找出每次划桨的速度峰值或谷值，然后算出相邻2次划桨动作之间的时间间隔，并据此计算出当前的桨频。本专利技术测量仪中补偿传感器的敏感方向安装在与水面垂直的方向。本专利技术测量仪中补偿传感器的敏感方向安装在船艇的横轴方向。本专利技术测量仪中补偿传感器为两只，它们的敏感方向分别安装在与水面垂直的方向和船艇的横轴方向，第二只补偿传感器的检测信号a3输入微处理器(3)，利用下述公式计算t时刻的船艇的加速度ata‾t=a12+a22+a32]]>此时at为3D加速度矢量at的模，其幅角的计算公式为θ1=cos-1a1a‾t]]>θ2=cos-1a2a‾t]]>θ3=cos-1a3a‾t.]]>船速Vt及船艇的位移St的计算公式均为vt=v0+∫0tatdt]]>St=∫0tvtdt]]>这里v0为t0(初始)时刻船艇的速度，Vt和St仍旧都是矢量，计算出它们在前进方向上的分量就是所测量出的船艇的速度和船艇的航程。本专利技术测量仪中传感器可采用电容式加速度传感器。本专利技术测量仪中，微处理器可按需要安装打印和通信接口也可以连接实时数据传输装置。本专利技术测量仪中，微处理器的通信接口可以采用有线接口电路和(或)无线接口电路。配有有线接口的装置可以在上岸后直接与计算机相连，也可以经过计算机网络或电话线路等与附近或远处的计算机连接对所测参数进行数据传输和数值分析处理。在短距离的情况下，连接规格可以采用目前常见的RS232，485标准，需要长距离传递数据时可以采用485标准或利用调制/解调器(MODEN)在电话线路上传递，需要使用计算机网络时可以采用当前的IEEE802标准(局域网)，或TCP/IP标准(因特网)。未来出现的新的数据传输标准都可以适当应用。采用无线方式的信号传递则采用光电或射频方式完成仪器和计算机之间的连接，由于相互之间没有连线，使用起来更加方便。具体应用时的数据传递规格可以参考irDA，蓝牙(BLURTEETH)等标准，以及IEEE关于无线局域网的标准等。本专利技术应用于划船运动训练时，实时数据传输装置能将训练船艇测得的船速和桨频等信号，采用无线方式实时地发射到岸边的接收系统，便于教练员及时了解运动员的动作情况。也可以同时监测和调控多条船艇的训练。具体装置可以采用自行定义的数据通信格式，也可以直接利用蓝牙(BLURTEETH)等以及IEEE关于无线局域网的标准，也可以利用未来出现适当的无线数据的新标准。本专利技术测量仪中传感器组、信号调理电路、微处理器均安装在一个机盒内，机盒固定在船体(5)上。本专利技术测量仪中，可对采集的传感器信号，采用本申请人在中国专利《船速桨频测量仪》(专利号ZL95212125.5)公开的峰值法进行逻辑运算，从而检测桨频。本专利技术的有益效果是，它在船艇前进方向安装了传感器外，还在与前进方向垂直的方向上安装补偿传感器，因而能够测出船艇摆动、纵摇、升沉时产生的加速度信号，从而实现多自由度测量。这些信号首先用来更全面地了解和分析船艇的运动情况，也可以对主传感器的实测信号进行校正，提高船速的测量精度。特别是用于划船运动训练时，这些校正运算有助于改善因为风浪或者桨手技术不佳而使船艇颠簸较明显的条件下速度和浆频的测量精度。附图说明图1本专利技术测量仪的结构示意图。图2为本专利技术测量仪的功能方框图。图3为本专利技术使用1只补偿加速度传感器的船速测量仪电路原理图。图4为本专利技术使用2只补偿加速度传感器的船速测量仪电路原理图。图2为本专利技术测量仪的功能方框图图中依次为传感器输入，信号放大，模数(A/D)转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无水阻船速测量仪，它由加速度传感器、信号调理电路（２）、微处理器（３）组成，其特征是传感器组（１）由主加速度传感器和补偿加速度传感器组成，其主传感器安装在船艇的前进方向，补偿传感器安装方向与船艇的前进方向垂直，主传感器的检测信号α↓［１］和补偿传感器的检测信号α↓［２］的输出接口与信号调理电路（２）的输入接口相连，随后将信号输入微处理器（３），利用下述公式计算ｔ时刻的船艇的加速度α↓［ｔ］；＊＊＊此时＊为２Ｄ加速度矢量α↓［ｔ］的模，其幅角的计算公式为：θ↓［ １］＝ｃｏｓ↑［－１］α↓［１］／＊θ↓［２］＝ｃｏｓ↑［－１］α↓［２］／＊船速Ｖ↓［ｔ］的计算公式均为：ｖ↓［ｔ］＝ｖ↓［０］＋＊α↓［ｔ］ｄｔ这里ｖ↓［０］为ｔ↓［０］（初始）时刻船艇的速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜初，胡阳，方青，
申请(专利权)人：黄胜初，胡阳，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]