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在開放水域中對波浪的波高、波向和波周期的監(jiān)測至關(guān)重要，相關(guān)的測量數(shù)據(jù)為水上作業(yè)人員提供了重要的信息。例如，漁船船長和運輸船隊的運營者可根據(jù)波浪測量數(shù)據(jù)來監(jiān)控和預(yù)測航行條件。

除此之外，波浪測量還有許多其他用途，例如科學(xué)研究、了解海洋行為、極端天氣事件、全球變暖等。波浪測量還可用于天氣預(yù)報，風(fēng)力渦輪機以及養(yǎng)魚場的建設(shè)。

在過去的幾十年中，波浪測量是一個低技術(shù)、高成本的過程，它需要部署大型專用浮標(biāo)。但這個現(xiàn)狀被打破了，位于美國密歇根州的Seaview Systems公司開發(fā)了一種全新的解決方案：SVS-603HR波浪傳感器，裝配Movella旗下的Xsens MTi-3慣性傳感器，并運行由公司的計算機專家開發(fā)的一套復(fù)雜算法。

配備SVS-603HR波浪傳感器的小型浮標(biāo)

圖片來源：Ed Verhamme, LimnoTech and Great Lakes Outreach Media

“與過往的技術(shù)相比，SVS-603HR體積更小、更便宜、功耗更低，但同樣精確?？梢暂p松安裝在任何類型的浮標(biāo)上，或者安裝在自主水面航行器 (ASV) 或水下機器人（AUV）?！?/span>

那么Xsens MEMS傳感技術(shù)在波浪測量中扮演什么角色？

新一代海洋學(xué)技術(shù)

現(xiàn)代波浪測量始于1968年由荷蘭公司Datawell制造的Waverider浮標(biāo)。這類型的波浪測量裝置依靠簡單的機電技術(shù)來測量波浪運動，其測量的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性取決于浮標(biāo)標(biāo)體的特殊設(shè)計：體積大而重的浮標(biāo)可保持穩(wěn)定性，其形狀針對測量波浪運動的單一功能進(jìn)行了優(yōu)化。

這種造型統(tǒng)一、經(jīng)優(yōu)化的專業(yè)浮標(biāo)可進(jìn)行準(zhǔn)確的波浪測量，但購買成本高，安裝困難，耗電量大。

用戶真正想要解決方案是一種小型、易于部署、低成本的通用浮標(biāo)。在過去，可以進(jìn)行波浪測量的部署數(shù)量受到成本和舊技術(shù)的限制。但現(xiàn)在，更便宜更易于部署的波浪測量設(shè)備可以加大浮標(biāo)部署的數(shù)量，從而能更詳細(xì)地了解海洋和湖泊的水文情況。

這就是Seaview Systems在著手改造波浪傳感器時的使命，它的創(chuàng)新是通過運用現(xiàn)代電子技術(shù)來消除舊機電技術(shù)的缺點。Xsens的MTi傳感器將一系列微型MEMS加速度計、陀螺儀和磁力計芯片與傳感器融合軟件相結(jié)合，以產(chǎn)生三維運動的精確測量，以及相對于磁北的航向。這些測量值以高達(dá)400Hz的輸出速率不斷刷新。

SVS-603HR安裝在經(jīng)過550psi壓力測試的鍍鋁外殼中

Seaview Systems選擇了MTi-3 AHRS，尺寸僅為12.1 x 12.1 x 2.55毫米，重量僅為0.6克。這意味著Seaview Systems能夠在僅53.5 x 68 x 23毫米的封裝空間中開發(fā)出強大的波浪測量設(shè)備。SVS-603HR的功耗通常僅為150mW，這意味著它只需要一個小型太陽能電池板和電池即可保持不間斷運行。

MTi-3 AHRS

Seaview Systems的另一項重要創(chuàng)新是使其系統(tǒng)與幾乎任何類型的浮標(biāo)以及ASV等新型設(shè)備兼容，它通過開發(fā)傳感器數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)了這一目標(biāo)。MTi-3快速詳細(xì)且準(zhǔn)確的測量輸出，讓這種方法成為可能。

算法會檢測并刪除傳感器裝載體的行為數(shù)據(jù)，確保測量值僅為波動。Seaview Systems建立了一個包含全球30多個廣泛使用的浮標(biāo)船體行為的數(shù)據(jù)庫，為用戶提供適用于大多數(shù)部署的現(xiàn)成解決方案。對于任何新船體或ASV，傳感器會自動適配合適的算法以匹配其水上行為。

這些算法使SVS-603HR傳感器可以安裝在幾乎全類型的新浮標(biāo)上，或改裝到現(xiàn)有浮標(biāo)上。波浪傳感器的小尺寸和低功耗使其適用于小型和輕型浮標(biāo)，無需特殊設(shè)備即可部署，安裝波浪測量設(shè)備的成本和難度因此大幅下降。如今，搭載Seaview Systems技術(shù)的浮標(biāo)在全球各大海域和美國五大湖區(qū)廣泛應(yīng)用。

配備SVS-603HR波浪傳感器的浮標(biāo)體積小、重量輕且易于部署

Seaview Systems的負(fù)責(zé)人Timothy Crandle博士表示，Seaview Systems的算法依賴于穩(wěn)定、準(zhǔn)確的3D運動和航向讀數(shù)。他說：“在開發(fā)SVS-603HR之前，我們對市場上的慣性傳感器模塊進(jìn)行了詳細(xì)評估。我們選擇MTi-3是因為我們對其測量質(zhì)量印象深刻?！?nbsp;

與MTi-3配套提供的MT軟件套件是對傳感器硬件的良好補充，因為它使Seaview Systems能夠配置設(shè)備的輸出，并輕松執(zhí)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。

得益于MTi-3，SVS-603HR將大力挖掘全球海洋監(jiān)測的開發(fā)潛力，實現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠和低成本的波浪監(jiān)測，支持海洋科學(xué)專業(yè)中眾多應(yīng)用的實施。

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