Система измерения линейного и углового перемещения

Система измерения углового и линейного перемещения на базе цифровых датчиков ZETSENSOR может применяться в качестве системы мониторинга параметров движения судна при качке.

Для мониторинга измеряемых параметров в системе используются цифровые датчики, которые регистрируют параметры реакции судна на волнение в режиме реального времени. Тип датчиков и место установки системы мониторинга выбираются для конкретного судна с учётом его особенностей. Например, для судов с малым водоизмещением рекомендуется использовать в качестве регистрирующего компонента цифровые акселерометры ZET 7152-N-VER.1. Тогда как для судов с большим водоизмещением при регистрации параметров реакции на волнение лучше использовать цифровые инклинометры ZET 7154, позволяющие зафиксировать самые незначительные углы отклонения.

Основной задачей системы является предупреждение штурманского состава  о приближении текущих значений параметров мореходности к превышению.

Для получения требуемых значений необходимо произвести ряд настроек.

Поскольку, основным элементом системы является акселерометр, измеряющий линейное ускорение в 3х взаимно перпендикулярных направлениях, необходимо пересчитать полученные значения в значения линейного и углового перемещения.

В первую очередь требуется определить проекции линейного ускорения акселерометров на измерительные оси:

A_xx = (a_1x + a_2x + a_3x)/3 [м/с²],

где A_xx — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси X;
a_1x — проекция ускорения первого акселерометра на ось измерения;
a_2x — проекция ускорения второго акселерометра на ось измерения;
a_3x — проекция ускорения третьего акселерометра на ось измерения.

A_yy = (a_1y + a_2y + a_3y)/3 [м/с²],

где A_yy — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси Y;
a_1y — проекция ускорения первого акселерометра на ось измерения;
a_2y — проекция ускорения второго акселерометра на ось измерения;
a_3y — проекция ускорения третьего акселерометра на ось измерения.

A_zz = (a_1z + a_2z)/2 [м/с²],

где A_zz — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси Z;
a_1z — проекция ускорения первого акселерометра на ось измерения;
a_2z — проекция ускорения второго акселерометра на ось измерения.

Рассчитать угловое ускорение помогут следующие формулы:

A_xz = (a_3z — A_zz)/l₃ [рад/с²],

где A_xz — результирующее значение углового ускорения объекта в плоскости XZ;
a_3z — проекция ускорения третьего акселерометра на ось измерения;
A_zz — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси Z;
l₃ — расстояние от центра чувствительного элемента третьего акселерометра до оси вращения объекта.

A_yz = (a_1z — a_2z)/2l₁ [рад/с²],

где A_yz — результирующее значение углового ускорения объекта в плоскости YZ;
a_1z — проекция ускорения первого акселерометра на ось измерения;
a_2z — проекция ускорения второго акселерометра на ось измерения;
l₁ — расстояние от центра чувствительного элемента первого акселерометра до оси вращения объекта.

A_xy = ((a_1x — A_xx)/l₁) — (a_2x — A_xx)/l₂) + (a_3y — A_yy)/l₃))× ⅓ [рад/с²],

где A_xy — результирующее значение углового ускорения объекта в плоскости XY;
a_1x — проекция ускорения первого акселерометра на ось измерения;
a_2x — проекция ускорения второго акселерометра на ось измерения;
a_3y — проекция ускорения третьего акселерометра на ось измерения;
A_xx — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси X;
A_yy — результирующее значение линейного ускорения объекта по оси Y;
l₁, l₂, l₃ — расстояние от центра чувствительного элемента первого, второго и третьего акселерометров соответственно до оси вращения объекта.

Все данные расчеты необходимо ввести в программу Формула.

Для определения линейного и углового перемещения объекта необходимо воспользоваться программой Фильтрация сигналов:

• настроить 6 измерительных каналов для каждого рассчитанного значения линейного и углового ускорения;
• установить значение двойного интегрирования для каждого канала;
• установить фильтр низких частот для каждого канала.

Процесс регистрации значений осуществляется в программе Многоканальный самописец, где пользователь имеет возможность задавать граничные значения, в случае превышения которых будут поступать соответствующие сообщения оператору.

При необходимости оценить и выразить неопределённость измерения, используется программа Гистограмма, которая позволяет без труда выразить большинство статистических данных и графически отобразить оценку стандартной неопределенности входной величины.

Формулы в расчете приведены для частного случая, при котором все три акселерометра находятся в одной плоскости.
В случае расположения датчиков в пространстве, формулы необходимо преобразовать.

Политика конфиденциальности персональных данных