CN104627334B - 一种侧置式吃水检测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧置式船舶吃水检测系统及其工作方法，所述的系统包括高频吸波模块、超声波发射模块、超声波接收模块、压力传感模块、自动升降模块、同步分时控制模块、数据处理模块和报警模块；所述的高频吸波模块由高频吸波材料和固定板组成，安装在航道两侧，用来吸收传播到高频吸波材料上的超声波，消除多途干扰，使数据处理更清晰简单，大大提高了测量精度。同步分时控制模块控制超声波发射模块等间隔地依次循环发射超声波，超声波接收模块把接收到直达波有效范围及强度信息传输给数据处理模块，最后计算出船舶吃水深度。自动升降模块可以根据水位变化信息调节航道两侧装有超声波传感器的固定板的水下深度，使其适应水位变化并且方便检修。

Description

一种侧置式吃水检测系统及其工作方法

技术领域

本发明应用于船舶吃水量检测和船舶安全检测等领域，特别涉及一种侧置式吃水检测系统及其工作方法。

背景技术

航运对国民经济发展的带动作用日益显著，随之航运量也不断增大，造成航道中船舶密度大幅提高。船舶吃水检测对于保障通航船舶安全具有十分重要的意义。现有的侧置式吃水检测系统利用超声波发射传感器与超声波接收传感器，根据接收超声波信号的有效范围及强度推算出船舶吃水深度。但因多途干扰，反射波与未经反射的直达波发生混叠或反射波以其他路径到达接收信号端，影响系统的测量精度和准确性，最后计算出的船舶吃水深度远远偏离实际吃水深度。所以一种可消除多途干扰的船舶吃水检测系统尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明要设计一种可消除多途干扰的侧置式船舶吃水检测系统及其工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种侧置式船舶吃水检测系统，包括高频吸波模块、超声波发射模块、超声波接收模块、压力传感模块、自动升降模块、同步分时控制模块、数据处理模块和显示报警模块；

所述的高频吸波模块由高频吸波材料和固定板组成，把高频吸波材料粘贴在固定板表面，安装在航道两侧，用来吸收传播到高频吸波材料表面上的超声波，以免超声波经反射后与直达波混叠或经多次反射到达接收端，最后达到消除多途干扰的目的；所述的超声波发射模块与超声波接收模块是分别固定在航道两侧的超声波发射传感器与超声波接收传感器；利用高频吸波模块的固定板分别将超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}与超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}垂直等间距地固定在航道两侧，且对应超声波发射传感器A_x的发射中心线与超声波接收传感器B_x的接收中心线重合，其中x＝1、2、3、…、n，表示超声波发射传感器与超声波接收传感器的序号；所述的压力传感模块是安装在航道两侧的压力传感器，用来实时监测水位变化以及超声波发射模块与超声波接收模块的安装深度；所述的自动升降模块是安装在航道两侧岸上的自动升降机，用来调节固定板在水中的位置；所述的数据处理模块用来将超声波接收模块和压力传感模块传输来的数据进行处理，计算出船舶吃水深度；所述的显示报警模块用来提示工作人员过往船舶是否吃水超限。

一种侧置式船舶吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：

A、构建压力传感模块；

将压力传感器通过高频吸波模块的固定板分别安装在超声波发射传感器与超声波接收传感器的上侧且在同一竖直线上，两侧压力传感器在同一水平面上，两侧压力传感器与超声波发射传感器和超声波接收传感器的距离依次是L₁、L₂、L₃、…、L_n；压力传感器实时测得其与水面距离L及水位变化信息△L，并将水位变化信息△L通过数据处理模块传输到自动升降机模块；

B、构建自动升降模块；

自动升降模块是安装在航道两侧岸上的自动升降机，自动升降机与高频吸波模块的固定板用缆绳相连；两侧自动升降机根据水位变化信息△L调节固定板在水中的位置：当水位下降超过一定范围时，两侧自动升降机下调固定板的下潜深度；当水位上升超过一定范围时，两侧自动升降机上调固定板的下潜深度；保证固定板在离水面合适位置，使超声波发射模块发射的超声波一部分传播到船体，一部分传播到超声波接收模块；

C、构建同步分时控制模块；

同步分时控制模块控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波，保证各超声波发射传感器之间不产生干扰；

D、构建数据处理模块；

同步分时控制模块控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波；测得超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}中的超声波接收传感器{B_x、B_x+1、B_x+2、…、B_n}接收到直达波，即知船底中心最低点在超声波接收传感器B_x的发射中心线上；压力传感器与超声波发射传感器A_x的距离为L_x，与水面的距离为L，所以船舶的实际吃水深度为H＝L+L_x；

E、构建显示报警模块；

显示报警模块根据最后计算出的船舶吃水深度提示工作人员过往船舶是否吃水超限。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、在没有高频吸波模块情况下：超声波接收模块所测信号主要存在以下三种误差：

⑴超声波在发射一侧打到船体，经反射再次回到发射端，此时反射波或与直达波混叠或以其他路径传输到接收端，使接收信号强度变大或范围变宽；

⑵未被遮挡的超声波传输到接收端经反射回到发射端，此时反射波或与直达波混叠或以其他路径再次传输到接收端，使接收信号强度变大或范围变宽；

⑶未被遮挡的超声波传输到接收端经首次反射打到船体，反射波再次经过反射或与直达波混叠或以其他路径传输到接收端，使接收信号强度变大或范围变宽。

在以上情况下，不能精确推算出船舶的吃水深度。

本发明利用高频吸波材料层吸收多余超声波，消除多途干扰，使数据处理更清晰简单，大大提高了测量精度。

2、本发明利用自动升降机实现反射与接收模块的高度调节，使其适应水位变化并且方便检修。

附图说明

本发明共有附图6幅，其中：

图1是本发明的原理框图。

图2是多途效应示意图之一。

图3是多途效应示意图之二。

图4是多途效应示意图之三。

图5为有超声波吸收模块的船底吃水示意图。

图6为高频吸波模块示意图。

图中：1、自动升降模块，2、超声波发射模块，3、超声波接收模块，4、高频吸波模块，5、压力传感模块，6、船舶，7、未经反射的直达波、8、反射波，9、同步分时控制模块，10、数据处理模块，11、显示报警模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明：

如图1所示，一种侧置式船舶吃水检测系统，包括高频吸波模块4、超声波发射模块2、超声波接收模块3、压力传感模块5、自动升降模块1、同步分时控制模块9、数据处理模块10和显示报警模块11；

所述的高频吸波模块4由高频吸波材料和固定板组成，把高频吸波材料粘贴在固定板表面，安装在航道两侧，用来吸收传播到高频吸波材料表面上的超声波，以免超声波经反射后与未经反射的直达波7混叠或经多次反射到达接收端，最后达到消除多途干扰的目的；所述的超声波发射模块2与超声波接收模块3是分别固定在航道两侧的超声波发射传感器与超声波接收传感器；利用高频吸波模块4的固定板分别将超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}与超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}垂直等间距地固定在航道两侧，且对应超声波发射传感器A_x的发射中心线与超声波接收传感器B_x的接收中心线重合，其中x＝1、2、3、…、n，表示超声波发射传感器与超声波接收传感器的序号；所述的压力传感模块5是安装在航道两侧的压力传感器，用来实时监测水位变化以及超声波发射模块2与超声波接收模块3的安装深度；所述的自动升降模块1是安装在航道两侧岸上的自动升降机，用来调节固定板在水中的位置；所述的数据处理模块10用来将超声波接收模块3和压力传感模块5传输来的数据进行处理，计算出船舶6吃水深度；所述的显示报警模块11用来提示工作人员过往船舶6是否吃水超限。

一种侧置式船舶吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：

A、构建压力传感模块5；

将压力传感器通过高频吸波模块4的固定板分别安装在超声波发射传感器与超声波接收传感器的上侧且在同一竖直线上，两侧压力传感器在同一水平面上，两侧压力传感器与超声波发射传感器和超声波接收传感器的距离依次是L₁、L₂、L₃、…、L_n；压力传感器实时测得其与水面距离L及水位变化信息△L，并将水位变化信息△L通过数据处理模块11传输到自动升降机模块1；

B、构建自动升降模块1；

自动升降模块1是安装在航道两侧岸上的自动升降机，自动升降机与高频吸波模块4的固定板用缆绳相连；两侧自动升降机根据水位变化信息△L调节固定板在水中的位置：当水位下降超过一定范围时，两侧自动升降机下调固定板的下潜深度；当水位上升超过一定范围时，两侧自动升降机上调固定板的下潜深度；保证固定板在离水面合适位置，使超声波发射模块2发射的超声波一部分传播到船体，一部分传播到超声波接收模块3；

C、构建同步分时控制模块9；

同步分时控制模块9控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波，保证各超声波发射传感器之间不产生干扰；

D、构建数据处理模块10；

同步分时控制模块9控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波；测得超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}中的超声波接收传感器{B_x、B_x+1、B_x+2、…、B_n}接收到直达波，即知船底中心最低点在超声波接收传感器A_x的发射中心线上；压力传感器与超声波发射传感器A_x的距离为L_x，与水面的距离为L，所以船舶6的实际吃水深度为H＝L+L_x；

E、构建显示报警模块11；

显示报警模块11根据最后计算出的船舶6吃水深度提示工作人员过往船舶6是否吃水超限。

以下通过附图对高频吸波模块4的有益效果做进一步地描述：

如图2所示，在没有高频吸波模块4情况下，超声波发射模块2发射的未经反射的直达波7在发射端打到船舶6，经反射再次回到发射端，此时反射波8或与未经反射的直达波7混叠或以其他路径传输到超声波接收模块3，使接收信号强度变大或范围变宽。

如图3所示，在没有高频吸波模块4情况下，超声波发射模块2发射的未经反射的直达波7传输到接收端经反射再次回到发射端，此时反射波8或与未经反射的直达波7混叠或以其他路径再次传输到超声波接收模块3，使接收信号强度变大或范围变宽。

如图4所示，在没有高频吸波模块4情况下，超声波发射模块2发射的未经反射的直达波7传输到接收端经首次反射打到船舶6，反射波8再次经过反射或与未经反射的直达波7混叠或以其他路径传输到超声波接收模块3，使接收信号强度变大或范围变宽。

如图5所示，在有高频吸波模块4情况下，超声波发射模块2发射的未经反射的直达波7在发射端打到船舶6，经反射再次回到发射端，反射波8被高频吸波模块4完全吸收；其余未经反射的直达波7或传输到超声波接收模块3或被高频吸波模块4完全吸收。

如图6所示，高频吸波模块4由高频吸波材料和遮挡板组成，在遮挡板表面粘有压力传感模块5和超声波发射模块2或超声波接收模块3。

Claims (2)

1.一种侧置式船舶吃水检测系统，其特征在于：包括高频吸波模块(4)、超声波发射模块(2)、超声波接收模块(3)、压力传感模块(5)、自动升降模块(1)、同步分时控制模块(9)、数据处理模块(10)和显示报警模块(11)；

所述的高频吸波模块(4)由高频吸波材料和固定板组成，把高频吸波材料粘贴在固定板表面，安装在航道两侧，用来吸收传播到高频吸波材料表面上的超声波，以免超声波经反射后与直达波混叠或经多次反射到达接收端，最后达到消除多途干扰的目的；所述的超声波发射模块(2)与超声波接收模块(3)是分别固定在航道两侧的超声波发射传感器与超声波接收传感器；利用高频吸波模块(4)的固定板分别将超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}与超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}垂直等间距地固定在航道两侧，且对应超声波发射传感器A_x的发射中心线与超声波接收传感器B_x的接收中心线重合，其中x＝1、2、3、…、n，表示超声波发射传感器与超声波接收传感器的序号；所述的压力传感模块(5)是安装在航道两侧的压力传感器，用来实时监测水位变化以及超声波发射模块(2)与超声波接收模块(3)的安装深度；所述的自动升降模块(1)是安装在航道两侧岸上的自动升降机，用来调节固定板在水中的位置；所述的数据处理模块(10)用来将超声波接收模块(3)和压力传感模块(5)传输来的数据进行处理，计算出船舶(6)吃水深度；所述的显示报警模块(11)用来提示工作人员过往船舶(6)是否吃水超限。

2.一种侧置式船舶吃水检测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、构建压力传感模块(5)；

将压力传感器通过高频吸波模块(4)的固定板分别安装在超声波发射传感器与超声波接收传感器的上侧且在同一竖直线上，两侧压力传感器在同一水平面上，两侧压力传感器与超声波发射传感器和超声波接收传感器的距离依次是L₁、L₂、L₃、…、L_n；压力传感器实时测得其与水面距离L及水位变化信息△L，并将水位变化信息△L通过数据处理模块(10)传输到自动升降模块(1)；

B、构建自动升降模块(1)；

自动升降模块(1)是安装在航道两侧岸上的自动升降机，自动升降机与高频吸波模块(4)的固定板用缆绳相连；两侧自动升降机根据水位变化信息△L调节固定板在水中的位置：当水位下降超过一定范围时，两侧自动升降机下调固定板的下潜深度；当水位上升超过一定范围时，两侧自动升降机上调固定板的下潜深度；保证固定板在离水面合适位置，使超声波发射模块(2)发射的超声波一部分传播到船舶(6)，一部分传播到超声波接收模块(3)；

C、构建同步分时控制模块(9)；

同步分时控制模块(9)控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波，保证各超声波发射传感器之间不产生干扰；

D、构建数据处理模块(10)；

同步分时控制模块(9)控制超声波发射传感器{A₁、A₂、A₃、…、A_n}等间隔地依次循环发射超声波；测得超声波接收传感器{B₁、B₂、B₃、…、B_n}中的超声波接收传感器{B_x、B_x+1、B_x+2、…、B_n}接收到直达波，即知船底中心最低点在超声波接收传感器B_x的发射中心线上；压力传感器与超声波发射传感器A_x的距离为L_x，与水面的距离为L，所以船舶(6)的实际吃水深度为H＝L+L_x；

E、构建显示报警模块(11)；

显示报警模块(11)根据最后计算出的船舶(6)吃水深度提示工作人员过往船舶(6)是否吃水超限。