[发明专利]一种用于船模水面实验的光学测试系统及其测试方法

说明书

本发明公开一种用于船模水面实验的光学测试系统及其测试方法，系统包括水池、水池导轨、参考平面模块、船模、激光测距模块，数据采集和处理模块及电源模块；该系统级方法可用于测量船舶模型及实船横稳心半径、纵稳心半径，也可用于船舶模型及实船横摇、纵摇静水实验数据采集和处理，能实现实时测量并显示船舶模型及实船横稳心半径、纵稳心半径、横向角位移、纵向角位移、横摇运动水动力系数和纵摇运动水动力系数。该系统安装方便，测量精度高，不受环境磁场影响，受环境温度影响也比由倾角传感器或姿态仪组成的试验系统大大减低。

技术领域

本发明属于船舶模型及实船水面实验技术领域，涉及一种船模水面实验，更具体是涉及一种船模水面摇荡衰减运动和稳心半径实验的光学测试系统及方法。

背景技术

在新船型研发阶段船舶模型横摇、纵摇实验是研究新船型水动力性能的重要手段，在实船交船验收校核时稳性半径是衡量船舶安全的重要指标，因此船舶静水摇荡实验贯穿整个船舶研发和建造过程。船舶静水摇荡实验最主要内容是测量船舶横摇角和纵摇角。目前，水面船舶静水摇荡实验系统测量依靠倾角传感器或姿态仪测量横摇角和纵摇角，再通过信号采集、传输装置对数据进行处理。这种实验系统存在的缺陷：

一是从倾角传感器原理上看，无论是“固体摆”、“液体摆”还是“气体摆”均存在响应时间慢的问题，在高频场合输出会因为响应时间短而不稳定，不适用船舶摇动运动角度测量；

二是，姿态仪依靠电子陀螺测量角位移，而电子陀螺仪容易受周围环境的磁场影响测量精度，不适用船舶这种磁场复杂的环境；

三是，姿态传感器和姿态仪容易受到环境温度影响，测量数据产生温漂。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术存在的问题和缺陷，提供一种用于船模水面实验的光学测试系统及其测试方法。

利用激光测角位移的水面船舶静水摇荡实验系统，该系统可用于测量船舶模型及实船横稳心半径、纵稳心半径，也可用于船舶模型及实船横摇、纵摇静水实验数据采集和处理，能实现实时测量并显示船舶模型及实船横稳心半径、纵稳心半径、横向角位移、纵向角位移、横摇运动水动力系数和纵摇运动水动力系数。该系统安装方便，测量精度高，不受环境磁场影响，受环境温度影响也比由倾角传感器或姿态仪组成的试验系统大大减低。

为达到上述技术目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于船模水面实验的光学测试系统，包括水池、水池导轨、参考平面模块、船模、激光测距模块，数据采集和处理模块及电源模块；

其中，所述水池内设有水池导轨，所述参考平面模块包括：框架及水平仪，其中，所述框架包括位于上部的面板及位于面板下部的四根支柱，每根支柱的底端安装导轮后设置在所述水池导轨上；每根支柱与面板之间均安装有调整螺栓，面板的上表面中心处安装有水平仪；

所述船模设置在所述参考平面模块下方的水面上，船模甲板上设置所述激光测距模块；

所述激光测距模块包括：一个L形直线导轨，L形直线导轨固定在船模甲板上，并且L形直线导轨的长边与船模中垂面平行设置；所述L形直线导轨的转角处安装第一激光测距单元，L形直线导轨的长直角边上安装第二激光测距单元、L形直线导轨的短直角边上安装第三激光测距单元；

每个激光测距单元包括：激光测距仪、及滑块，所述激光测距仪垂直固定在滑块上；每个激光测距单元上的滑块均通过紧固螺栓与L形直线导轨相固定；所述L形直线导轨上带有刻度；

每个激光测距仪均与所述数据采集和处理模块控制连接；

所述电源模块为激光测距仪提供电源。

所述L形直线导轨包括：导轨基座、导轨基座固定机构，所述导轨基座由两根直线导轨焊接成相互垂直的L形，导轨基座通过螺栓与导轨基座固定机构连接，导轨基座固定机构通过螺栓与船模甲板连接。