【应用】基于Xsens MTi-3惯性传感器的新型波浪测量传感器，实现准确、可靠和低成本的波浪监测

时间： 2022-04-08 来源：XSENS

技术问答

在开放水域中对波浪的波高、波向和波周期的监测至关重要，相关的测量数据为水上作业人员提供了重要的信息。例如，渔船船长和运输船队的运营者可根据波浪测量数据来监控和预测航行条件。除此之外，波浪测量还有许多其他用途，例如科学研究、了解海洋行为、极端天气事件、全球变暖等。波浪测量还可用于天气预报，风力涡轮机以及养鱼场的建设。

在过去的几十年中，波浪测量是一个低技术、高成本的过程，它需要部署大型专用浮标。但这个现状被打破了，位于美国密歇根州的Seaview Systems公司开发了一种全新的解决方案：SVS-603HR波浪传感器，装配XSENS MTi-3 惯性传感器，并运行由公司的计算机专家开发的一套复杂算法。

“与过往的技术相比，SVS-603HR体积更小、更便宜、功耗更低，但同样精确。可以轻松安装在任何类型的浮标上，或者安装在自主水面航行器 (ASV) 或水下机器人（AUV）。”那么Xsens MEMS传感技术在波浪测量中扮演什么角色？

新一代海洋学技术

现代波浪测量始于1968年由荷兰公司Datawell制造的Waverider浮标。这类型的波浪测量装置依靠简单的机电技术来测量波浪运动，其测量的稳定性、准确性和可重复性取决于浮标标体的特殊设计：体积大而重的浮标可保持稳定性，其形状针对测量波浪运动的单一功能进行了优化。

这种造型统一、经优化的专业浮标可进行准确的波浪测量，但购买成本高，安装困难，耗电量大。

用户真正想要解决方案是一种小型、易于部署、低成本的通用浮标。在过去，可以进行波浪测量的部署数量受到成本和旧技术的限制。但现在，更便宜更易于部署的波浪测量设备可以加大浮标部署的数量，从而能更详细地了解海洋和湖泊的水文情况。

这就是Seaview Systems在着手改造波浪传感器时的使命，它的创新是通过运用现代电子技术来消除旧机电技术的缺点。XSENS的MTi传感器将一系列微型MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计芯片与传感器融合软件相结合，以产生三维运动的精确测量，以及相对于磁北的航向。这些测量值以高达400Hz的输出速率不断刷新。

Seaview Systems选择了MTi-3 AHRS，尺寸仅为12.1x12.1x2.55毫米，重量仅为0.6克。这意味着Seaview Systems能够在仅53.5x68x23毫米的封装空间中开发出强大的波浪测量设备。SVS-603HR的功耗通常仅为150mW，这意味着它只需要一个小型太阳能电池板和电池即可保持不间断运行。

Seaview Systems的另一项重要创新是使其系统与几乎任何类型的浮标以及ASV等新型设备兼容，它通过开发传感器数据处理算法实现了这一目标。MTi-3快速详细且准确的测量输出，让这种方法成为可能。

算法会检测并删除传感器装载体的行为数据，确保测量值仅为波动。Seaview Systems建立了一个包含全球30多个广泛使用的浮标船体行为的数据库，为用户提供适用于大多数部署的现成解决方案。对于任何新船体或ASV，传感器会自动适配合适的算法以匹配其水上行为。

这些算法使SVS-603HR传感器可以安装在几乎全类型的新浮标上，或改装到现有浮标上。波浪传感器的小尺寸和低功耗使其适用于小型和轻型浮标，无需特殊设备即可部署，安装波浪测量设备的成本和难度因此大幅下降。如今，搭载Seaview Systems技术的浮标在全球各大海域和美国五大湖区广泛应用。

Seaview Systems的负责人Timothy Crandle博士表示，Seaview Systems的算法依赖于稳定、准确的3D运动和航向读数。他说：“在开发SVS-603HR之前，我们对市场上的惯性传感器模块进行了详细评估。我们选择MTi-3是因为我们对其测量质量印象深刻。”

与MTi-3配套提供的MT软件套件是对传感器硬件的良好补充，因为它使Seaview Systems能够配置设备的输出，并轻松执行系统校准。

得益于MTi-3，SVS-603HR将大力挖掘全球海洋监测的开发潜力，实现准确、可靠和低成本的波浪监测，支持海洋科学专业中众多应用的实施。

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