船舶運動姿態(tài)測量應(yīng)用

應(yīng)用背景

船舶在外行駛時遭遇大風(fēng)浪，確實會面臨諸多挑戰(zhàn)，如劇烈的搖晃、降速、航向不穩(wěn)定等，這些都可能引發(fā)操作困難甚至危險?，F(xiàn)代船舶發(fā)展越來越趨向于大型化、專業(yè)化，各種新型大型船舶如超大型油船、集裝箱船等，隨著船舶尺寸的增大，船舶營運條件的復(fù)雜化，船舶的安全營運問題尤顯突出。為對海上航行船舶的安全狀態(tài)進行更加準確的監(jiān)測就需要實時測量獲取船舶的運動姿態(tài)。

姿態(tài)傳感器在船舶安全運行中確實發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是在監(jiān)測船體傾斜角度方面。它安裝在船舶甲板的水平平臺上，能夠精確測量船只在行駛過程中或靠岸時船體本身的傾斜角度。這一功能對于確保船舶的安全航行至關(guān)重要，能夠?qū)崟r、精確地測量船只在各種航行狀態(tài)下的姿態(tài)信息。當船舶本體傾斜角度超過安全閾值時，姿態(tài)傳感器會迅速發(fā)出警報信號，提醒船員及時采取緊急措施，如調(diào)整航行方向、減速或采取其他必要的防護措施，從而避免翻船等危險情況的發(fā)生。

應(yīng)用概況

為了獲取海上航行船舶及自航模試驗中船模的姿態(tài)參數(shù)，保障船舶航行安全，維特智能JY901S姿態(tài)傳感器深度應(yīng)用于船舶運動姿態(tài)測量。姿態(tài)傳感器與波高傳感器共同集成使用，波高傳感器對船舶升沉信息進行采集，姿態(tài)傳感器對船舶的縱搖和橫搖姿態(tài)信息進行采集，采集到的信息經(jīng)多路 A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機進行處理，實時得出船舶運動的升沉、縱搖及橫搖變化。經(jīng)處理后的三組數(shù)據(jù)由船舶運動姿態(tài)測量系統(tǒng)通過 RS-485 串口送到數(shù)據(jù)接收處理機存儲、分析并實時顯示船舶運動的姿態(tài)變化曲線。

JY901S姿態(tài)傳感器具備結(jié)構(gòu)緊湊、小型化、集成化、易裝卸，而且具有量程大、分辨率高、實時性強等特點，經(jīng)過客戶實際試驗及海上測試，JY901S在系統(tǒng)應(yīng)用中性能穩(wěn)定，測量精度高，實用價值良好。

應(yīng)用架構(gòu)

利用JY901S姿態(tài)傳感器可測量載體相對于慣性空間的運動參數(shù)。將姿態(tài)測量硬件集成到船舶運動姿態(tài)測量系統(tǒng)并固定暗轉(zhuǎn)到船體上，當船體的升沉運動、搖滾擺幅狀態(tài)發(fā)生改變時，所對應(yīng)的垂直加速度、水平傾角也隨之變化，傳感器檢測到水平傾角和垂直加速度的變化，并輸出相應(yīng)的信號量，最后，再對加速度傳感器輸出的信號量進行2 次積分即可得到船體的升沉、傾斜數(shù)據(jù)信息。支持設(shè)置傾斜角度和沉降閾值，當觸發(fā)閾值后提供報警警示，如：當船體的角度大于15°時，雖然尚未達到翻船的危險程度，但也可能對船舶的穩(wěn)定性和航行安全構(gòu)成威脅，傳感器同樣會在此情況下發(fā)出報警信號，提醒船員注意船舶的傾斜情況，并采取相應(yīng)的措施來確保航行安全。

姿態(tài)傳感器應(yīng)用技術(shù)指標

縱搖、橫搖測量范圍：±20°

縱搖、橫搖測量精度：0.2°動態(tài)環(huán)境

縱搖、橫搖測量分辨率：0.05°

電源電壓直流：12 V±10%

通信接口：RS485

頻響：0.05～1 Hz

姿態(tài)測量系統(tǒng)工作流程

應(yīng)用安裝

船舶運動姿態(tài)測量系統(tǒng)安裝在鋼質(zhì)圓柱體中。鋼質(zhì)圓柱體的下方有安裝孔方便安裝固定在船體上，圓柱體上面有提手方便攜帶，同時配有一根帶水密插頭的四芯屏蔽電纜，經(jīng)鋼質(zhì)圓柱體上方引出將得到的數(shù)據(jù)送入PC 機數(shù)據(jù)接收處理軟件中進行實時顯示、存儲與分析。

JY901S姿態(tài)傳感器

JY901S姿態(tài)傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運動姿態(tài)測量系統(tǒng)。它包含三軸陀螺儀、三軸加速度計，三軸電子羅盤等運動傳感器。通過集成各種高性能傳感器和運用自主研發(fā)的姿態(tài)動力學(xué)核心算法引擎，結(jié)合高動態(tài)卡爾曼濾波融合算法，為客戶提供高精度、高動態(tài)、實時補償?shù)娜S姿態(tài)角度，通過對各類數(shù)據(jù)的靈活選擇配置，可高度集成，滿足船舶運輸、橋梁建筑、高鐵道路、災(zāi)害監(jiān)測、能源電力等多種行業(yè)的的應(yīng)用場景。

姿態(tài)傳感器作為船舶安全運行中必不可少的測量工具，其精確測量和及時報警的功能對于確保船舶的航行安全具有重要意義，能夠?qū)崟r測量船舶的傾斜角度，包括俯仰角度和側(cè)滾角度，使船員能夠?qū)崟r掌握船只當前的運行姿態(tài)，從而及時調(diào)整運行方向，確保船舶的安全穩(wěn)定行駛。

審核編輯 黃宇