[发明专利]一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪

权利要求书

1.一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，其特征在于：包括四象限水压采集器、ADC电路、放大器电路、处理器和电源单元，四象限水压采集器与放大器电路连接，放大器电路连接ADC电路，ADC电路连接处理器，四象限水压采集器用于采集4个方向上的水压数据；

所述电源单元为四象限水压采集器、ADC电路、放大器电路和处理器提供工作电源；

所述四象限水压采集器包括4个水压传感器，其中两个水压传感器分别用于采集船体前方方向和后方方向的水压数据、另外两个水压传感器分别用于采集船体两侧方向的水压数据；

水压传感器均与放大器电路电连接；水压传感器输出4-20mA的信号；

所述放大器电路包括4路增益可调放大电路，每一路增益可调放大电路均包括5级放大电路，增益为512倍；

所示增益可调放大电路包括一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路、四级放大电路和五级放大电路，一级放大电路包括由放大器构成的电流跟随器，二级放大电路、三级放大电路和四级放大电路均由可调增益放大器及其外围电路构成，五级放大电路包括由放大器构成的放大电路；

放大器电路包括了4路水压传感器的放大电路，4路放大电路的电路原理和结构相同，第一路Vin1包括了放大器U50B、可调增益放大器U51、放大器U50A、可调增益放大器U52、放大器U53B、可调增益放大器U54、放大器U53A、放大器U55A构成的多级放大电路，一级放大电路为放大器U50B构成的电流跟随器，二级放大电路为可调增益放大器U51和放大器U50A构成的放大电路，三级放大电路为可调增益放大器U52和放大器U53B构成的放大电路，四级放大电路为可调增益放大器U54和放大器U53A构成的放大电路，五级放大电路为放大器U55A构成的放大电路，其中，二级放大电路、三级放大电路和四级放大电路均为增益可调的放大电路，通过处理器进行调节；

在四级放大电路中，在放大器U53A的正输入端通过电阻R54连接放大器U53B的输出端，同时在放大器U53A的负输入端和正输入端之间连接一个电阻R34，以增加放大效果，在放大器U53A的输出端获取一路放大调试信号TRIG，从而对放大器进行调试；

放大器U55A的输出端连接AD芯片的一路AD端口；

同理，第二路Vin2、第三路Vin3和第四路Vin4的电路结构与第一路Vin1的一样；

采集的4组水压数据为：船行驶方向的水压p1，船行驶反方向的水压p3，以及船舶行驶方向的2个垂直方向，即左方的压力p2和右方的压力p4，其中p2和p4主要是由于液体深度自然产生的压力，以p2和p4这两个值综合处理后得到水环境压力p0；

p1和p3的数值会在p0的基础上有所改变，从而计算得到差值p1-p0和p3-p0，则这两个差值p1-p0和p3-p0是由于船的行驶带来水流的相对变化造成的压力变化，其变化率是由船速来决定的；

根据n组两个水压值p1和p3离散测量值,并辅以p2,p4计算得到船舶行驶速度V,船舶行驶速度V的计算公式如下：

其中Upv为水压船速转换系数,Tp为温度补偿系数；

具体计算水压的步骤如下：

步骤S1：处理器从模数转换器ADC读取到4个象限的水压数值，判断是否在ADC的最佳处理幅度范围内，从而判断是否需要去调节可调增益放大器的增益；

步骤S2：待放大器的增益调节完成后，处理器再读取放大后的信号，首先计算得到自然水压p2，p4，其次再把p1，p2，p3，p4代入船舶行驶速度V的计算公式，计算得到船舶航行速度。

2.如权利要求1所述的一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，其特征在于：所述水压传感器的型号为MIK-P300。

3.如权利要求1所述的一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，其特征在于：所述可调增益放大器的型号为MAX5431。

4.如权利要求1所述的一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，其特征在于：所述ADC电路包括AD芯片及其外围电路，AD芯片的型号为AD7606。

5.如权利要求1所述的一种基于四象限水压采集的船舶航速测量仪，其特征在于：所述处理器的型号为TMS320F28335。