[发明专利]一种光学水体流速传感器与流速计算方法

权利要求书

1.一种光学水体流速传感器，其特征在于，包括：球形耐压防水舱(1)，在球形耐压防水舱(1)内密封设置有MCU控制器、电源、姿态传感器、电子罗盘、窗口测速模块；

所述姿态传感器、电子罗盘、以及窗口测速模块均与MCU控制器连接，电源为MCU控制器供电；

在所述球形耐压防水舱(1)上设置有透明光学窗口(3)，所述窗口测速模块设置在透明光学窗口(3)所在位置。

2.根据权利要求1所述的光学水体流速传感器，其特征在于，所述窗口测速模块包括：

DSP处理器、CMOS传感器、显微成象透镜组、发光二极管；所述发光二极管接收到MCU控制器的控制信号后点亮并照明水体中的悬浮微粒、气泡；水体中悬浮微粒、气泡的图像信息经过显微成像透镜组放大后传输至CMOS传感器，CMOS传感器将图像信息转化为数字矩阵传输给DSP处理器，DSP处理器接收到数据矩阵后经过与上一帧矩阵对比得到图像变化的速度与方向数据，并将速度与方向数据传输至MCU控制器。

3.根据权利要求1所述的光学水体流速传感器，其特征在于，在所述球形耐压防水舱(1)上设置有4个透明光学窗口(3)，每个窗口对应设置有一个所述窗口测速模块。

4.根据权利要求3所述的光学水体流速传感器，其特征在于，所述4个透明光学窗口(3)分别设置在球形耐压防水舱(1)的前后左右4个方位。

5.根据权利要求4所述的光学水体流速传感器，其特征在于，所述4个透明光学窗口(3)设置在球形耐压防水舱(1)的球形赤道圆周上。

6.根据权利要求1所述的光学水体流速传感器，其特征在于，在所述球形耐压防水舱(1)上设置有水密连接器(2)，所述水密连接器(2)用于连接水密线缆，来与计算机进行数据传输。

7.根据权利要求1所述的光学水体流速传感器，其特征在于，在所述球形耐压防水舱(1)的底部还设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器与MCU控制器连接。

8.根据权利要求1所述的光学水体流速传感器，其特征在于，所述球形耐压防水舱(1)由不锈钢材料制成。

9.一种利用权利要求1-8任一所述的光学水体流速传感器计算流速的方法，其特征在于，包括：利用所述窗口测速模块测量的速度矢量分别定义为利用所述姿态传感器测量的欧拉角分别为ψ,θ,利用所述电子罗盘测量的磁方位角为γ；

根据矢量叠加原理可知相对于该光学流速传感器测得的水体流速矢量为：

利用姿态传感器测量的欧拉角ψ,θ,计算光学流速传感器的旋转矩阵为：

利用电子罗盘测量的方位角γ计算传感器的磁偏角旋转矩阵：

利用以上结果计算水体相对地面坐标系的绝对流速矢量为：

在水平方向上的投影可以表征水体在平面上的流速与流向，在竖直方向上的分量可以表征水体在竖直方向上的流速。