船舶姿态检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种船舶姿态检测装置，包括设于船体上的控制器和分别与控制器电连接的GPS定位仪、三轴地磁传感器、MPU6050处理器、气压高度计和显示屏；所述MPU6050处理器包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。还包括报警器，报警器与控制器电连接，报警器包括报警灯和蜂鸣器。本实用新型专利技术具有测量的数据更准确；测量的数据更全面；可实时显示船舶姿态，为船舶航行、装卸货物和进港等提供安全支持；电子罗盘可用于航向显示，当装置发生倾斜时也可正常工作，进一步提高了船舶航行的安全性和可靠性的特点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及船舶安全航行
，尤其是涉及一种可以实时显示船舶姿态以确保船舶安全的船舶姿态检测装置。
技术介绍
近年来，由于我国改革开放的不断深入和对外经济交流的加强，船舶运输业作为国际贸易货物流通的主要渠道，得到了迅猛的发展。由于船舶运输业对大型船舰的需求，伴随着造船技术的不断进步，船舶大型化已经成为船舶发展的趋势。大型船舶载重大、吃水深、尺度长、冲程大、惯性大,受海风、海浪等因素干扰较大，其干扰反应较小型船舶来的更为强烈。受海风、海浪等环境因素干扰，大型船舶的操纵性能下降，航行姿态发生变化，稳定性变差，不可避免地产生摇摆，尤其在恶劣的海况条件下，对船舶的海上作业造成很大的安全隐患。大量的海损事故显示，大型船舶在波浪水域航行，船舶摇摆是发生事故的主要原因。最近几年，我国发生多起大型船舶在大风浪中船沉人亡的恶性事故。发生沉船事故不仅使国家财产遭受到损失，而且，造成大量人员伤亡；另一方面，大型船舶在海面上受到大风浪影响产生各种摇荡运动，会对船上设备的使用、适居性、适航性及安全性等带来不利影响。为了保证大型船舶的航行安全，了解当前船舶的姿态，目前国内常用一种倾斜仪设备来显示船舶横摇姿态，而纵摇姿态则没有专门显示设备。倾斜仪结构简单，精度较低，特别是在 恶劣海况下作业时，倾斜仪无法为用户提供精准的摇摆信息，难以用于人员作业指导，甚至会让航海人员产生误判。因此，目前迫切需要一款能够对船舶当前姿态进行快速、全面、准确的测量的船舶姿态检测装置。中国专利授权公开号CN202511787U，授权公开日2012年10月31日公开了一种船舶水平姿态仪，包括单片机、液晶显示器、按键、通信电平转换、重力加速度传感器、蜂鸣器和稳压电源，单片机引脚上的信号线分别与液晶显示器、按键、通信电平转换、重力加速度传感器、蜂鸣器相连接；稳压电源通过导线与单片机、液晶显示器、通信电平转换、重力加速度传感器、蜂鸣器相连接，并对其供电。该技术只用加速度传感器采集数据，具有采集的数据参数单一，显示的船舶水平姿态精度低、可靠性差的缺点。
技术实现思路
本技术是为了克服现有技术中的倾斜仪精度低，特别是在恶劣海况下作业时，倾斜仪无法为用户提供精准的摇摆信息，难以用于人员作业指导，甚至会让航海人员产生误判的不足，提供了一种可以实时显示船舶姿态以确保船舶安全的船舶姿态检测装置。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案:一种船舶姿态检测装置，包括设于船体上的控制器和分别与控制器电连接的GPS定位仪、三轴地磁传感器、MPU6050处理器、气压高度计和显示屏；所述MPU6050处理器包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。本技术的船舶姿态检测装置不仅要测量船舶横摇姿态，还要对当前船舶的纵摇、航向等船舶姿态数据进行测量，并能将测得的横摇角度、纵摇角度及航向角直观的显示出来，为船舶姿态的控制操作提供参考，保证船舶航行的安全性。MPU6050中的三轴陀螺仪与三轴加速传感器分别用于测量船舶的角速度和线速度；三轴地磁传感器用于测量地磁强度，控制器根据角速度、线速度和地磁强度计算出船舶的航向角、横摇角度和纵摇角度。气压高度计可计算出船舶的所在空间的高度位置。GPS定位仪也在获取当前位置的位置信息。处理器获得当前位置的位置信息后，根据位置信息对磁场数据进行数据校准。由于磁北极与地理北极不完全一致，故定义地球表面任一点的地磁角感应强度矢量所在的垂直平面(地磁子午面)与地理子午面的夹角为磁偏角α，可以根据以地理位置为基础的查表来确定。将磁偏角α与计算得出的磁航向角相加，得到整体相对于真北的航向角。控制器内构建多个三维船舶图像，每一张三维船舶图像中的船舶姿态对应一组由纵摇角及横摇角构成的查询参数，纵摇角及横摇角以I度为间隔进行排列组合，共构建3600张图片；并将三维船舶图像及其所对应的查询参数存储至控制器的硬盘内；预先在控制器中构建一个罗盘背景图像，将罗盘背景图像在显示屏中显示。船舶姿态检测装置的工作过程如下:控制器控制GPS定位仪、三轴地磁传感器、MPU6050处理器、气压高度计和显示屏开始工作，GPS定位仪获取到当前位置的定位信息，三轴地磁传感器测量当前位置的地磁强度，MPU6050中的三轴陀螺仪与三轴加速传感器分别测量当前的角速度和线速度；控制器根据角速度、线速度和地磁强度计算出船舶的航向角、横摇角度和纵摇角度；控制器根据定位信息和航向角计算得出真北 航向角；控制器根据计算得到的横摇角度和纵摇角度查询三维船舶图像，在预设有罗盘背景图像的显示屏中将相应的三维船舶图像逆时针旋转真北航向角的角度进行显示，从而得到当前的船舶姿态；并将当前位置的海拔高度和真北航向角在显示屏中进行显示。作为优选，还包括报警器，报警器与控制器电连接，报警器包括报警灯和蜂鸣器。 在控制器内预设船舶的横摇角范围和纵摇角范围，控制器将计算得到的横摇角和纵摇角与横摇角范围和纵摇角范围相比较；若船舶的纵摇角及横摇角中的至少一个不在预设的横摇角范围和纵摇角范围内，报警器的蜂鸣器和报警灯分别发出声、光报警信息。作为优选，所述三轴地磁传感器为霍尼韦尔地磁传感器。霍尼韦尔地磁传感器具有磁场感应范围广(+/_80e)，能在±8高斯中实现2毫高斯的分辨率的优点。作为优选，所述气压高度计为BMP085气压高度计。作为优选，三轴地磁传感器设于船体的甲板中部。传感器设置于甲板中部即设置于船舶中心处，通过测量可体现出船舶各个位置所受磁场的影响。作为优选，控制器上设有若干个数据输出端口。本技术的船舶姿态检测装置可以对船舶的当前姿态(横摇姿态、纵摇姿态、航向等)信息进行实时监测，为船舶的安全行驶提供可靠数据支持。并且，本技术的船舶姿态检测装置还可以在船舶进行货物装载时提供安全支持。大型货轮进行货物装载时，保证货轮的平衡对货轮的安全具有极大意义。大型货轮载重大，吃水深，货物装载量大，在货物装载过程中，需要保证货轮的平稳，若货物装载过程中未能保证船舶的平稳，易造成货轮失去平衡，发生事故。本装置可实时监测船舶姿态，快速了解当前船舶姿态，便于船舶工作人员制定工作安排；利于工作人员展开作业；易于工作人员及时对作业过程做出调整，保证船舶的平稳，大大增加了作业的安全性。因此，本技术具有如下有益效果:(1)测量的数据更准确；(2)测量的数据更全面；(3)可实时显示船舶姿态，为船舶航行、装卸货物和进港等提供安全支持；(4)电子罗盘可用于航向显示，当装置发生倾斜时也可正常工作，进一步提高了船舶航行的安全性和可靠性。附图说明图1是本技术的一种原理框图。图中:控制器1、GPS定位仪2、三轴地磁传感器3、MPU6050处理器4、气压高度计5、显不屏6、报警器7。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的描述。如图1所示的实施例是一种船舶姿态检测装置，包括设于船体上的控制器I和分别与控制器电连接的GPS定位仪2、三轴地磁传感器3、MPU6050处理器4、气压高度计5和显示屏6 ； MPU6050处理器包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。还包括报警器7，报警器与控制器电连接，报警器包括报警灯和蜂鸣器。三轴地磁传感器为霍尼韦尔地磁传感器。气压高度计为BMP085气压高度计。三轴地磁传感器设于船体的甲板中部。控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶姿态检测装置，其特征是，包括设于船体上的控制器（1）和分别与控制器电连接的GPS定位仪（2）、三轴地磁传感器（3）、MPU6050处理器（4）、气压高度计（5）和显示屏（6）；所述MPU6050处理器包括三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周海锋，王若愚，白植湖，韩工，倪旭辉，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所北仑科学艺术实验中心，
类型：实用新型
国别省市：