CN104443299B - 基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置，包括压力测量装置和载重转换装置；压力测量装置由外壳、压力传感器、温度传感器、模数转换器、防水数据线构成，外壳为筒状空腔体，压力传感器采用投入式压力探头；载重转换装置由单片机芯片、数据存储芯片、显示屏、GPS/北斗双模接收机、电源电路、显示屏构成；外接GPS及北斗卫星双模天线，通过GPS/北斗双模接收机实时测量船舶航行速度；上位计算机软件综合压力数据、温度数据、航行速度数据、水尺计重数据进行计算处理最后得出船舶载重数据，实现船舶载重量自动测量，测量数据可用于远程传输，水温变化对测量精度没有影响，船舶在航行时，也可以进行测量，应用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及船舶配套测量设备领域，特别涉及一种基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置及方法。
背景技术
目前航道运输船舶货物装卸过程中的载重计量问题一直是困扰交易双方的一大难题，现阶段内河船舶载重量的计量方法普遍采用人工观察船舶吃水，再按吃水值分级查《水尺与载重量对照表》来确定载重量，该方法计量的准确度主要取决于对船体上水尺读数的精度，这种方法往往带有主观性，目测误差大，而且受到港口内波浪等因素的影响，得到的不是精确的吃水值。
随着自动化技术的发展，通过传感器和自控技术手段完全可以改变现有人工观察船舶吃水的测量方法，而目前尚未有文献报道此类，也未见实际应用，如何解决这个问题就成为了本领域的技术人员所要研究和解决的课题。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置及方法，船舶载重测量方法；通过设计压力测量装置，将液体压力测量、温度感知、航行速度、水尺计重多种技术相结合，实现内河船舶载重量自动测量。测量结果客观、准确，测两误差极小，而且不受港口内波浪因素的影响，获得精确吃水值。
本发明是通过这样的技术方案实现的：基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置，其特征在于，包括压力测量装置和载重转换装置；
所述压力测量装置由外壳、压力传感器、温度传感器、模数转换器、防水数据线构成，外壳为筒状空腔体，筒状空腔体的两侧盖上分别加工若干进水孔和出水孔；
所述压力传感器采用投入式压力探头；
所述温度传感器采用Pt100热电阻；
投入式压力探头和Pt100热电阻探头分别安装在筒状空腔体内，投入式压力探头和Pt100热电阻的出线端分别用环氧树脂封装；
所述模数转换器内包括压力变送模块和温度变送模块；压力变送模块和温度变送模块被环氧树脂封装后固定在外壳内部；
压力传感器通过引线与压力变送模块连接，通过压力变送模块将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线传送到载重转换装置；
所述温度传感器通过引线与温度变送模块连接，通过温度变送模块将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线传送到载重转换装置；
所述载重转换装置由单片机芯片、数据存储芯片、显示屏、GPS/北斗双模接收机、电源电路、显示屏构成；
压力变送模块输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出压力数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
温度变送模块输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出温度数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
所述载重转换装置外接GPS及北斗卫星双模天线，通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶航行速度；
上位计算机软件综合压力数据、温度数据、航行速度数据、水尺计重数据进行计算处理最后得出船舶载重数据。
所述基于压力测量技术的内河船舶载重测量方法，包括
1．在船头、船舶中部及尾部吃水线附近固定于压力测量装置及船舱内部的载重转换装置；
2．通过压力传感器、温度传感器及数模转换器，实时测量安装位置距离水面的水压及水温的变化，并输出数字电平信号；
3．通过压力测量装置外壳的筒状空腔体的两侧盖上进出水孔，使筒状空腔体内部和外部水域连通；
4．通过载重转换装置电路的单片机程序，将从压力测量装置采集的数据进行换算，得出的船舶吃水深度与船舶载重数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
5．对应数值进行换算，进而自动得出船舶的载重量；
6．通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶航行的速度，并将航速作为载重转换的考虑因素，在单片机程序计算中加入航速修正因子，对测量结果做航速补偿，从而将测量精度提高。
本发明具有的优点和积极效果是：通过本装置可以实现内河船舶载重量的自动测量，并大幅度提高相对应传统目测方法得出的船舶载重精度值。①能够自动得出船舶载重量，测量数据可用于远程传输，使用方便；②具备防止水温变化对测量精度的影响功能，测量精度高；③船舶在航行时，也可以进行测量，应用价值高。
附图说明
图1、是船舶吃水深度测量原理示意图；
图2、是压力测量装置构成图；
图3、是压力测量装置安装位置图；
图4、是载重转换装置电路框图；
图中：1.外壳，2.压力传感器，3.温度传感器，4.模数转换器，5.防水数据线,6.载重转换装置，7.甲板，8.吃水线，9.GPS/北斗双模天线，10.水面。11.压力测量装置安装位置。
101.进水孔，102.出水孔102；401.压力变送模块，402温度变送模块。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图3所示，基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置，包括压力测量装置和载重转换装置；
所述压力测量装置由外壳1、压力传感器2、温度传感器3、模数转换器4、防水数据线5构成，外壳1为筒状空腔体，筒状空腔体的两侧盖上分别加工若干进水孔101和出水孔102；
所述压力传感器2采用投入式压力探头；
所述温度传感器3采用Pt100热电阻；
投入式压力探头和Pt100热电阻探头分别安装在筒状空腔体内，投入式压力探头和Pt100热电阻的出线端分别用环氧树脂封装；
所述模数转换器4内包括压力变送模块401和温度变送模块402；压力变送模块401和温度变送模块402被环氧树脂封装后固定在外壳1内部；
压力传感器2通过引线与压力变送模块401连接，通过压力变送模块401将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线5传送到载重转换装置；
所述温度传感器3通过引线与温度变送模块402连接，通过温度变送模块402将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线5传送到载重转换装置；
所述载重转换装置由单片机芯片、数据存储芯片、显示屏、GPS/北斗双模接收机、电源电路、显示屏构成；
压力变送模块401输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出压力数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
温度变送模块402输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出温度数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
所述载重转换装置外接GPS及北斗卫星双模天线，通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶航行速度；
上位计算机软件综合压力数据、温度数据、航行速度数据、水尺计重数据进行计算处理最后得出船舶载重数据。
装置原理：船舶载重越多，则船舶吃水越深，那么固定于船体的压力测量装置所承受的水压就越大。
如图1所示，压力测量装置固定于船舶吃水线附近，根据压强与水深的关系，通过压力传感器即可测量船舶此处的水深值D：
水深与压强关系公式：D=P/(r×g)
D：水深（米）；
P：压强（帕）；
r：江水密度；
g：重力加速度。
此值加上此处的吃水线刻度值H，就可以得出船舶的吃水深度S，即S=D+H。通过分析每条船舶的《船舶载重与水尺对照表》及船舶的其它有关资料，将船舶吃水深度与载重量的对应数据存储到载重转换装置内部的存储单元，当测量装置将得出船舶的吃水深度输出给载重转换装置后，通过载重转换装置内部单片机的软件程序自动比较分析后，将船舶的载重量通过显示屏幕显示出来，供用户使用。
如图2所示，压力测量装置主要由压力传感器、温度传感器及模数转换器构成，通过温度传感器可以测量水温的变化。
船舶在航行过程中，由于船体的晃动，压力测量装置会在多个方向受到水流的快速冲击，从而影响测量结果，为此，如图2所示，本发明在压力测量装置上设置一个空腔的外壳，并在外壳上设置多个尺寸较小的进（出）水孔，这些水孔能够有效减缓进出压力测量装置内部水流的速度，从而减小异常水流波动对压力测量精度的影响。
船舶在装载货物的过程中，有时货物会集中在船上的船头或船尾的某个位置，从而造成船体倾斜。如图3所示，为了减小船体倾斜时对测量的影响，需要在船头、船舶中部及船尾的两侧吃水线附近共安装六个压力测量装置，单片机中的程序根据六个压力测量装置的不同压力值进行载重评估，从而减少因船体倾斜造成测量误差过大的情况。
船舶在航行时，由于船速不同，压力测量装置受到的异常水压也不同，船速越快，误差越大，船舶在静止时，则误差最小。因此，如图1所示，载重转换装置外接有GPS/北斗卫星双模天线，通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶在航道中航行的速度，基于船舶实时航速，在单片机程序计算中加入航速修正因子，对测量结果做航速补偿。
公式为：L=µ×S
L：修正后的吃水深度；
µ：航速修正因子；
S：未修正的原始吃水深度；
航速修正因子的修正范围设置为µ≤1。将船舶静止时压力测量装置测得的压力作为标准修正值µ=1，当船舶的航速增加时，压力测量装置测得的压强会异常增大，从而测得的吃水深度S值也会变大，此时根据增加的航速逐步减小µ值就可以达到修正载重测量值的作用。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。。
Claims (2)
1.基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置，其特征在于，包括压力测量装置和载重转换装置；
所述压力测量装置由外壳（1）、压力传感器（2）、温度传感器（3）、模数转换器（4）、防水数据线（5）构成，外壳（1）为筒状空腔体，筒状空腔体的两侧盖上分别加工若干进水孔（101）和出水孔（102）；
所述压力传感器（2）采用投入式压力探头；
所述温度传感器（3）采用Pt100热电阻；
投入式压力探头和Pt100热电阻探头分别安装在筒状空腔体内，投入式压力探头和Pt100热电阻的出线端分别用环氧树脂封装；
所述模数转换器（4）内包括压力变送模块（401）和温度变送模块（402）；压力变送模块（401）和温度变送模块（402）被环氧树脂封装后固定在外壳（1）内部；
压力传感器（2）通过引线与压力变送模块（401）连接，通过压力变送模块（401）将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线（5）传送到载重转换装置；
所述温度传感器（3）通过引线与温度变送模块（402）连接，通过温度变送模块（402）将压力信号转换成4-20mA电流信号，4-20mA电流信号通过防水数据线（5）传送到载重转换装置；
所述载重转换装置由单片机芯片、数据存储芯片、显示屏、GPS/北斗双模接收机、电源电路、显示屏构成；
压力变送模块（401）输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出压力数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
温度变送模块（402）输出的4-20mA电流信号经过AD转换电路转换为数字信号，转换后的数字信号传送到单片机的一个I/O端口，经单片机程序计算处理，得出温度数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
所述载重转换装置外接GPS及北斗卫星双模天线，通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶航行速度；
上位计算机软件综合压力数据、温度数据、航行速度数据、水尺计重数据进行计算处理最后得出船舶载重数据。
2.如权利要求1所述基于压力测量技术的内河船舶载重测量装置的实现方法，包括
1）．在船头、船舶中部及尾部吃水线附近固定于压力测量装置及船舱内部的载重转换装置；
2）．通过压力传感器、温度传感器及数模转换器，实时测量安装位置距离水面的水压及水温的变化，并输出数字电平信号；
3）．通过压力测量装置外壳的筒状空腔体的两侧盖上进出水孔，使筒状空腔体内部和外部水域连通；
4）．通过载重转换装置电路的单片机程序，将从压力测量装置采集的数据进行换算，得出的船舶吃水深度与船舶载重数据，通过通信端口传给上位计算机储存和显示；
5）．对应数值进行换算，进而自动得出船舶的载重量；
6）．通过GPS/北斗双模接收机可以实时测量船舶航行的速度，并将航速作为载重转换的考虑因素，在单片机程序计算中加入航速修正因子，对测量结果做航速补偿，从而将测量精度提高。
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