本发明属于船舶水下测量技术领域，具体涉及一种船用水下测量波浪主动补偿装置。
背景技术
船舶在海上进行测量作业时，除船舶本身推进器产生的推进运动外，还受多种海洋环境因素的影响，包括风、浪、流的联合作用，从而产生对船舶稳定性有害的运动，包括横摇、纵摇、横荡、垂荡等运动。
由于船舶漂浮在海面上，受到风、浪、流的联合作用，在船舶上进行测量活动必然会受到一定的干扰。固定于船底板的水下声呐、多波束等装置，由于要在一定的深度，按一定方向、角度发射信号，其必然受到船舶自身运动的影响，如果运动过大，则可能导致信号偏差过大，导致测量结果存在较大偏差。现有的测量装置是把测量装置安装在船底板，当船舶产生较大的横摇、纵摇、横荡或垂荡时，测量装置必然会随船体产生运动，难以实现高精度测量。因此，要设计一种装置，能保证水下测量装置的位置、角度不随船舶自身运动而变化，从而实现固定于船上的船载水下测量装置的准确测量。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种船用水下测量波浪主动补偿装置，针对船舶漂浮在海面上进行测量活动时因受到风、浪、流等干扰导致测量不准确的情况而研发，结构简单合理，使测量仪器受船舶运动干扰小、测量准确。
本发明通过以下技术方案具体实现：
本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置，包括上固定支架、下固定支架、仪器舱支架、升降机构和横移机构，所述升降机构的两端分别与所述上固定支架和所述下固定支架连接，所述仪器舱支架与所述升降机构铰接，所述升降机构的数量为四个，所有所述升降机构沿所述仪器舱支架的周向均匀分布。
还包括第一电机和第二电机，所述第一电机通过所述横移机构驱动所述上固定支架横向移动，所述第二电机通过所述升降机构驱动所述仪器舱支架升降。
还包括控制装置，所述仪器舱支架上设置有仪器舱，所述仪器舱内设置有加速度传感器和陀螺仪传感器，所述第一电机、第二电机、加速度传感器和陀螺仪传感器均与所述控制装置电连接。
所述加速度传感器用于检测出船舶的加速度信号并将所述加速度信号发送至所述控制装置，所述控制装置通过接收所述加速度信号控制所述第一电机的工作和停止；所述陀螺仪传感器用于检测船舶的倾斜角度信号并将所述倾斜角度信号发送至所述控制装置，所述控制装置通过接收所述倾斜角度信号控制所述第二电机的工作和停止。
还包括用于监测横移修正量的第一编码器和用于监测垂向修正量的第二编码器，所述第二编码器的数量为四个，每个所述升降机构对应一个所述第二编码器，所述第一编码器和第二编码器均与所述控制装置电连接。
所述升降机构包括螺杆和与所述螺杆传动配合的滚珠螺母，所述螺杆的上端与所述上固定支架转动配合，螺杆的下端与所述下固定支架转动配合，所述仪器舱支架与所述滚珠螺母铰接。
所述仪器舱支架为圆环形，所述仪器舱支架的周壁上设置有四个伸缩杆，所述伸缩杆与所述滚珠螺母铰接，每个所述伸缩杆的伸缩方向与其与所述仪器舱支架连接处的径向一致。
所述横移机构包括横移轨道、齿轮和齿条，所述齿轮设置在所述第一电机的输出轴上，所述齿条设置在所述横移轨道上，所述齿轮与所述齿条传动配合。
进一步地，所述上固定支架为矩形框结构，所述上固定支架的四边均分别设置有第一耳板，所述第一耳板上设置有第一轴承，所述螺杆的上端与所述第一轴承转动配合。
进一步地，所述横移轨道的数量为两个，两个所述横移轨道平行设置，所述上固定支架相对的两侧还设置有至少两个行走轮组，每个行走轮组包括两个同轴转动的行走轮，每个行走轮组的两个行走轮分别与两个所述横移轨道滚动配合。
进一步地，所述行走轮组的数量为两个，两个所述行走轮组分别设置在所述上固定支架的行走方向的两端，两个所述行走轮组之间还设置有限位轮组，所述限位轮组包括两个同轴转动的限位轮，两个所述限位轮分别位于两个横移轨道的外侧，所述限位轮的下端低于所述横移轨道。
进一步地，所述下固定支架为圆环形，所述下固定支架的周壁上设置有四个第二耳板，四个所述第二耳板沿所述下固定支架的周向均匀分布，所述第二耳板上设置有第二轴承，所述螺杆的下端与所述第二轴承转动配合。
进一步地，所述第一电机和第二电机均为步进电机。
进一步地，所述仪器舱上设置有连接耳板和接线盒。
基于以上技术方案，本发明的技术效果为：
本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置结构简单合理，控制装置接收加速度传感器和陀螺仪传感器的检测信号控制第一电机和第二电机工作和停止，通过横移机构驱动所述上固定支架横向移动从而使仪器舱支架横向移动进行修正，通过四个升降机构对仪器舱支架前、后、左和右四个方位分别进行提升或下降进行修正，也可以通过四个升降机构同时对仪器舱支架进行整体提升或下降进行修正，从而调整仪器舱使仪器舱在测量时能保持一个相对平稳的状态，保证测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置的放大示意图；
图3是本发明实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置的上固定支架主剖视图；
图4是本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置的上固定支架的俯视图；
图5是本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置的下固定支架的结构示意图；
图6是本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置的仪器舱支架的结构示意图；
图7是本发明的船用水下测量波浪主动补偿装置的仪器舱的结构示意图。
图中：
1-上固定支架，1a-第一耳板，1b-第一轴承；2-下固定支架，2a-第二耳板，2b-第二轴承；3-仪器舱支架，3a-伸缩杆，3b-滚珠螺母；4-螺杆；5-第一电机；6-横移轨道；7-齿轮；8-齿条；9-第二电机；10-齿轮箱；11-仪器舱，11a-连接耳板；12-加速度传感器；13-陀螺仪传感器；14-行走轮；15-限位轮；17-第一编码器；18-第二编码器；19-接线盒；20-船体月池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明中所出现的前、后、左、右、上和下等方位概念均以附图1中所展示的船用水下测量波浪主动补偿装置的相应前、后、左、右、上和下等方位概念为准。具体的，以附图1中所展示的船用水下测量波浪主动补偿装置的左侧为左、右侧为右，以展示的船用水下测量波浪主动补偿装置深入纸面的一端为前，以所展示的船用水下测量波浪主动补偿装置远离纸面的一端为后；以所展示的船用水下测量波浪主动补偿装置的上方为上，以所展示的船用水下测量波浪主动补偿装置的下方为下。
实施例：
如图1～图7所示，本实施例提供了一种船用水下测量波浪主动补偿装置，包括上固定支架1、下固定支架2、仪器舱支架3、升降机构和横移机构，所述升降机构的两端分别与所述上固定支架1和所述下固定支架2连接，所述仪器舱支架3与所述升降机构铰接，所述升降机构的数量为四个，四个所述升降机构沿所述仪器舱支架3的前、后、左和右四个方位均匀分布。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置还包括第一电机5和第二电机9，所述第一电机5通过所述横移机构驱动所述上固定支架1横向移动，所述第二电机9通过所述升降机构驱动所述仪器舱支架3升降。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置还包括控制装置，所述仪器舱支架3上设置有仪器舱11，所述仪器舱11内设置有加速度传感器12和陀螺仪传感器13，所述第一电机5、第二电机9、加速度传感器12和陀螺仪传感器13均与所述控制装置电连接。
所述加速度传感器12用于检测出船舶的加速度信号并将所述加速度信号发送至所述控制装置，所述控制装置通过接收所述加速度信号控制所述第一电机5的工作和停止；所述陀螺仪传感器13用于检测船舶的倾斜角度信号并将所述倾斜角度信号发送至所述控制装置，所述控制装置通过接收所述倾斜角度信号控制所述第二电机9的工作和停止。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置还包括用于监测横移量的第一编码器17和用于监测提升量的第二编码器18，所述第二编码器18的数量为四个，每个所述升降机构对应一个所述第二编码器18，所述第一编码器17和第二编码器18均与所述控制装置电连接。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置结构简单合理，控制装置接收加速度传感器12和陀螺仪传感器13的检测信号控制第一电机5和第二电机9工作和停止，第一电机5通过横移机构驱动所述上固定支架1横向移动从而使仪器舱支架横向移动进行修正，第二电机9驱动四个升降机构对仪器舱支架3前、后、左和右四个方位分别进行提升或下降进行修正，第二电机9也可以驱动四个升降机构同时对仪器舱支架3进行整体提升或下降进行修正，横移修正量通过第一编码器17监测，垂向修正量通过第二编码器18监测，使仪器舱11在测量时能保持一个相对平稳的状态，保证测量的准确性。
具体地，本实施例中所述升降机构包括螺杆4和与所述螺杆4传动配合的滚珠螺母3b，所述螺杆4的上端与所述上固定支架1转动配合，螺杆4的下端与所述下固定支架2转动配合，所述仪器舱支架3与所述滚珠螺母3b铰接，在四个升降机构对仪器舱支架3前、后、左、右四个方位分别提升或下降时，仪器舱支架3与滚珠螺母3b铰接可以进行角度补偿，使仪器舱支架3可以呈倾斜状。
具体地，本实施例中所述横移机构包括横移轨道6、齿轮7和齿条8，所述横移轨道6固定在船体月池20的舱壁上，所述横移轨道6沿船舶的宽度方向布置，所述齿轮7设置在所述第一电机5的输出轴上，所述齿条8设置在所述横移轨道6上，所述齿轮7与所述齿条8传动配合，横移机构采用齿轮齿条传动机构传传动稳定。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置在具体使用时，控制四个所述第二电机9转动使仪器舱支架3移动至下限位，仪器舱支架3的上限位和下限位之间的行程距离由第二编码器18采集，仪器舱支架3的上限位低于螺杆4螺纹段的上端，仪器舱支架3的下限位高于螺杆4螺纹段的下端，保证仪器舱支架3在上限位或下限位时仍然能够进行倾斜调节。当船舶产生横摇、纵摇时，陀螺仪传感器将检测到的船舶的倾斜角度信号传输给控制装置，控制装置控制第二电机9工作，具体地：
当船舶左倾时，控制装置控制左侧的第二电机9工作，左侧的螺杆4转动带动仪器舱支架3左侧上移，控制装置控制右侧的第二电机9工作，右侧的螺杆4转动带动仪器舱支架3右侧下移，使仪器舱支架3的倾斜方向与船舶的倾斜方向相反，当仪器舱支架3处于水平时，控制装置控制左右两侧的两个第二电机9停止工作；
当船舶右倾时，控制装置控制右侧的第二电机9工作，右侧的螺杆4转动带动仪器舱支架3右侧上移，控制装置控制左侧的第二电机9工作，左侧的螺杆4转动带动仪器舱支架3左侧下移，当仪器舱支架3处于水平时，控制装置控制左右两个第二电机9停止工作；
当船舶前倾时，控制电机控制前端和后端两个第二电机9工作，前端的螺杆4转动带动仪器舱支架3前端上移，后端的螺杆4转动带动仪器舱支架3后端下移，当仪器舱支架3处于水平时，前后两个第二电机9停止工作；
当船舶后倾时，控制装置控制前端和后端的两个第二电机工作，后端的螺杆4转动带动仪器舱支架3后端上移，前端的螺杆4转动带动仪器舱支架3前端下移，当仪器舱支架3处于水平时，前后两个第二电机9停止工作。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置在具体使用时，当船舶产生横荡时，加速度传感器将检测到的加速度信号传输给控制装置，控制装置通过接收到的加速度信号确定横移位移量，控制装置控制第一电机5工作，使上固定支架1沿横移轨道6移动修正，上固定支架1移动的方向与船舶横荡的方向相反，第一编码器17监测到的横移修正量与控制装置确定的横移位移量进行比对，当第一编码器17监测到上固定支架1的横移修正量与控制装置确定的横移位移量相匹配时，控制装置控制第一电机5停止工作；
当船舶产生垂荡时，加速度传感器将检测到的加速度信号传输给控制装置，控制装置通过接收到的加速度信号确定提升位移量或下降位移量，对船舶的垂荡进行反向补偿，控制装置接收加速度信号并控制四个所述第二电机9工作，同时提升仪器舱支架3进行修正或同时下降仪器舱支架3进行修正，当第二编码器18监测到仪器舱支架3的垂向修正量与控制装置确定的提升位移量或下降位移量相匹配时，控制装置控制第二电机9停止工作，从而主动补偿船舶垂荡对测量仪器的影响。
本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置结构简单合理，控制装置接收加速度传感器12和陀螺仪传感器13的检测信号控制第一电机5和第二电机9工作和停止，仪器舱支架3既能通过上固定支架1沿着横移轨道6移动进行横移，又能通过四根所述螺杆4转动分别在仪器舱支架3前、后、左和右四个方位进行提升或下降，也可以通过四根所述螺杆4对仪器舱支架3进行整体提升，从而调整仪器舱11使仪器舱11在测量时能保持水平且在横荡或垂荡时能保持相对稳定的状态，保证测量的准确性。
本实施例中所述升降机构为丝杠传动机构，本实施例中的横移机构为齿轮齿条传动机构。需要说明的是，本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置的升降机构也可以采用齿轮齿条传动机构，横移机构也可采用丝杠传动机构，只要能实现仪器舱支架3的横移修正量和垂向修正量准确可控即可。
作为本实施例的进一步改进，如图6所示，所述仪器舱支架3为圆环形，所述仪器舱支架3的周壁上设置有四个伸缩杆3a，所述伸缩杆3a与所述滚珠螺母3b铰接，每个所述伸缩杆3a的伸缩方向与其与所述仪器舱支架3连接处的径向一致，具体地，所述伸缩杆3a穿设在仪器舱支架3的周壁上且与仪器舱支架3的周壁转动配合，仪器舱支架3采用伸缩杆3a与滚珠螺母3b铰接。
基于上述结构，本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置可单独控制单个或多个所述螺杆4正向、反向同时旋转，在横摇或纵摇时使仪器舱支架3倾斜方向与船舶的倾斜方向相反，在使仪器舱支架3倾斜时采用伸缩杆3a和滚珠螺母3b铰接既可以位移补偿，也可以角度补偿。
作为本实施例的进一步改进，如图3和图4所示，所述上固定支架1为矩形框结构，所述上固定支架1的四边均分别设置有第一耳板1a，所述第一耳板1a上设置有第一轴承1b，四个所述螺杆4的上端分别与四个第一耳板1a的上的第一轴承1b转动配合。
作为本实施例的进一步改进，所述横移轨道6的数量为两个，两个所述横移轨道6平行设置，如图3和图4所示，所述上固定支架1相对的两侧还设置有至少两个行走轮组，每个行走轮组包括两个同轴转动的行走轮14，每个行走轮组的两个行走轮14分别与两个所述横移轨道6滚动配合。本实施例中，所述横移轨道6的断面为矩形框结构，所述行走轮14与所述横移轨道6的上侧壁滚动配合，所述齿条8设置在所述横移轨道6的前侧壁上。
作为本实施例的进一步改进，所述行走轮组的数量为两个，两个所述行走轮组分别设置在所述上固定支架1的行走方向的两端，两个所述行走轮组之间还设置有限位轮组，所述限位轮组包括两个同轴转动的限位轮15，两个所述限位轮15分别位于两个横移轨道6的外侧，所述限位轮15的下端低于所述横移轨道6，在上固定支架1横移过程中，两个限位轮15可以防止上固定支架1从横移轨道6上脱离。
作为本实施例的进一步改进，如图5所示，所述下固定支架2为圆环形，所述下固定支架2的周壁上设置有四个第二耳板2a，四个所述第二耳板2a沿所述下固定支架2的周向均匀分布，所述第二耳板2a上设置有第二轴承2b，所述螺杆4的下端与所述第二轴承2b转动配合。
作为本实施例的进一步改进，所述第一电机5和第二电机9均为步进电机，步进电机具有具有瞬间启动和急速停止的优越特性，可准确实时调节横移修正量和垂向修正量。
作为本实施例的进一步改进，如图7所示，所述仪器舱11上设置有用于与仪器舱支架3连接的连接耳板11a和接线盒19，所述接线盒19为防水型接线盒。
作为本实施例的进一步改进，所述控制装置可在现有的电气控制器中进行适应性选择，只要能够实现精确控制第一电机5和第二电机8的工作与停止即可，作为一种常规的选择，所述控制装置为plc控制器。
综上所述，本实施例的船用水下测量波浪主动补偿装置通过加速度传感器12和陀螺仪传感器13进行实时的信号采集并将检测到的加速度信号和倾斜角度信号传输至控制装置，控制装置根据接收到的加速度信号和倾斜角度信号实时控制第一电机5和第二电机6的工作和停止，使仪器舱11进行横移、整体垂向移动或者朝前、后、左和右某一方位发生偏转，从而对船舶产生的横摇、纵摇、横荡和垂荡进行反向补偿，横移修正量通过第一编码器17进行监测，垂向修正量通过第二编码器18进行监测，从而使仪器舱3能保持水平且处于一个相对平稳的状态，保证仪器舱3内测量仪器的测量精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。