CN104952284A - 一种用于船舶失事的紧急求救系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种用于船舶失事的紧急求救系统，它属于超声波传输领域，包括安装在舱体内部的按钮开关，安装在舱体内部的信号驱动电路、分布在舱体内壁的发射换能器、分布舱体外壁的接收换能器、安装在舱体外部的信号处理电路和海事卫星电话设备，以及附着在舱壁内外的耦合剂。它克服传统无线通讯中电磁波在金属表面中因集肤效应导致通讯质量下降的缺点，在不破坏舱体完整性的情况下，采集并传输金属屏蔽体内部的求救信号，从而实现求救信号高速无误的传输。本发明系统结构简单，实现成本低，在发生船舶失事事故及时发送求救信号的同时，也能帮助快速定位被困人员从而实施救援。

Description

一种用于船舶失事的紧急求救系统

技术领域

本发明属于超声波传输领域，特别涉及一种超声波在金属屏蔽体中的传输系统。

背景技术

在无线传输领域中，舱壁对无线电信号具有屏蔽作用且电磁信号因集肤效应在舱壁衰减严重，采用无线电作为传输信号是难以实现高速无误的数据传输进而达到及时求救的效果。若通过在舱壁穿孔以有线连接方式实现舱体内外的通信势必会影响舱体的完整性，加之船舶机械设备的金属隔板和动力管路等控制网络对密闭性和抗压性要求很高，因此采用舱壁走线的形式实现数据传输来发送求救信号的方式是有缺陷的。这里可以采用一种替代无线电的方法实现舱体内外的数据传输，根据超声波信号可以实现远距离传输且在固体、液体传输衰减小的特性，以金属舱壁作为信号传输介质，通过振动方式产生的超声波作为信息传输的载体，以上作为船舶在发生失事事故时及时发送求救信号的方法是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于船舶失事的紧急求救系统，在不破坏舱体密闭性和完整性的前提下，能够及时有效地采集并发送舱体内部的求救信号，帮助救援人员及时展开搜救工作以及人员定位。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：打磨舱壁保证其平行光滑，用耦合剂将发射换能器和接收换能器对齐粘连在舱壁内外两侧，保证压电换能器与舱壁紧密贴合且不留缝隙。发射换能器连接信号驱动电路，接收换能器连接信号处理电路和海事卫星电话设备。

所述的耦合剂为工业耦合剂，主要由机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃或者是运用于超声检测专用耦合剂组成。

所述的换能器由压电换能片、保护层、阻尼块以及调谐电路构成，压电换能片由压电陶瓷作为压电材料，用于电信号和声信号的转换，保护层防止压电换能片破裂以及其他介质腐蚀，阻尼块增大压电陶瓷的振动阻尼且吸收反射回的声信号，设置调谐电路使压电换能器谐振频率与脉冲电信号激励频率达到阻抗匹配。

所述的信号驱动电路由FPGA信号发生器、D/A转化电路、低通滤波电路、放大电路以及匹配电路构成，按钮开关被触碰时驱动FPGA信号生成器产生脉冲激励信号，D/A转化电路将FPGA信号发生器产生的数字信号转化为模拟信号，低通滤波电路滤除模拟信号中的杂散分量，放大电路进行电压放大和功率放大，利用匹配电路产生窄脉冲信号。

所述的信号处理电路由前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路、电压比较电路、FPGA信号处理器构成，前置放大电路对微弱电信号进行放大，带通滤波电路对放大信号进行初步滤波从而抑制信号中的高低频噪声，当输入电压值超过设定值后电压比较电路输出高电平给FPGA信号处理器的I/O管脚，否则输出低电平，FPGA信号处理器还原数据流信号，通过接口传输指令给海事卫星电话设备自动拨打求救电话给救援部门。

所述的海事卫星电话设备与FPGA信号处理器之间通过接口进行数据传输，当收到拨号指令时进入工作状态，当未收到拨号指令时保持待机状态。

本发明中海事卫星电话设备放置在非金属密闭容器中，防止外部人员误触以及外界干扰。

本发明中FPGA信号生成器产生电信号，发射换能器转换为声信号，声信号穿过舱壁结构，接收换能器转换为电信号，信号处理电路采集处理电信号作为拨号命令，海事卫星电话设备收到拨号命令自动拨号发送求救信号。

本发明的有益效果：系统结构简单，体积小型化，调节方便；确定舱壁信道传输模型，采用超声波作为信息载体穿越舱体等金属屏蔽物实现舱体内外的数据传输；船舶发生紧急失事事故时，短时间内有效地采集并发送求救信号；可在舱体多处安装该系统，在船舶发生失事事故时帮助救援人员快速定位被困人员位于船舶的具体位置，从而及时实施救援。

附图说明

图1为本发明所述求救系统的结构示意图；

图2为本发明所述信号驱动电路的结构示意图；

图3为本发明所述信号处理电路的结构示意图。

具体实施方式

结合附图和实施案例，进一步阐明本发明采取的技术方案：

如图1所示，一种用于船舶失事的紧急求救系统基于海事卫星网络或蜂窝网络通信，该紧急求救系统包括船舶舱体内部和外部，其中按钮开关、信号驱动电路和发射换能器位于舱体内部，且发射换能器用耦合剂粘连在舱壁内部；接收换能器、信号处理电路、海事卫星电话设备位于舱体外部，且海事卫星电话设备放置在外部非金属密闭容器中，接收换能器用耦合剂粘连在舱壁外部。

船舶可安装若干个该紧急求救装置，分散安装在船舶的各个部位，保证每个系统的海事卫星电话设备自身有着独立的编号，并能正确自动拨打求救电话。

如图1所示，上述的紧急求救系统工作流程如下：

流程1，船体发生倾覆或下沉等紧急危险情况时，船舱内部人员按下舱内按钮开关，给信号驱动电路发出工作指令。

流程2，信号驱动电路接收到工作指令，采用电容瞬间放电法产生窄脉冲信号给发射换能器。

流程3，发射换能器接收到窄脉冲电信号，通过匹配电路传至压电换能片并以振动的形式转换为超声信号，超声信号通过耦合剂穿过船舶舱壁外的接收换能器。

流程4，接收换能器通过耦合剂接收到超声信号，压电换能片振动并通过匹配电路转换为电信号给信号处理电路。

流程5，信号处理电路接收到电信号，还原成数据流信号，通过接口将数据传给海事卫星电话设备。

流程6，海事卫星电话设备接收到数据流信号，自动向救援部门拨打求救电话。

如图2所示，在一个实施案例中，信号驱动电路工作原理如下：FPGA信号发生器接收到按钮开关传来的工作指令，产生脉冲激励信号，D/A转化电路将FPGA脉冲激励信号转化为模拟信号，低通滤波电路滤除模拟信号中的杂散分量，放大电路进行电压放大和功率放大，利用匹配电路产生窄脉冲信号。

如图3所示，在一个实施案例中，信号处理电路工作原理如下：前置放大电路对微弱电信号进行放大，带通滤波电路对放大信号进行初步滤波从而抑制信号中的高低频噪声，当输入电压值超过设定值后电压比较电路输出高电平给FPGA信号处理器的I/O管脚，否则输出低电平，FPGA信号处理器还原成数据流信号，通过USB数据线给海事卫星电话设备进行自动拨打求救电话给救援部门。

上述用于船舶失事的紧急求救系统，救援部门不仅可以利用求救电话来源对船舶进行初步定位并做出救援指令，而且在救援过程中，根据求救电话的编号可以对被困人员位于船舶部位的精确定位，从而将船舶的初步定位和被困人员的精确定位紧密结合起来，既为整个救援工作节省了宝贵的时间，又提高了求救系统的实用性。

以上所述实施案例仅表达本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对系统做出若干变形和改良，从而作为适用于其他场景下的求救系统。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于船舶失事的紧急求救系统，其特征在于：包括安装在舱体内部的按钮开关、安装在舱体内部的信号驱动电路、分布在舱体内壁的发射换能器、分布在舱体外壁的接收换能器、安装在舱体外部的信号处理电路和海事卫星电话设备，以及附着在舱壁内外的耦合剂。包括以下步骤：按钮开关采集工作指令，驱动所述信号驱动电路发射电信号，电信号经所述发射换能器转化为超声信号穿过舱体被所述接收换能器接收后变为电信号，通过所述信号处理电路处理为数据流信号，指令海事卫星电话设备自动拨打求救电话。

2.根据权利要求1所述换能器，其特征在于包含压电换能片、保护层、阻尼块以及调谐电路。

3.根据权利要求1所述信号驱动电路，其特征在于包含FPGA信号发生器、D/A转换器、低通滤波器、电压放大电路、功率放大电路和匹配电路。

4.根据权利要求1所述信号处理电路，其特征在于包含前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路、电压比较电路和FPGA信号处理器。

5.根据权利要求1所述海事卫星电话设备，其特征在于当海事卫星电话设备通过接口接收拨打求救电话的指令，当收到拨号指令时进入工作状态，当未收到拨号指令时保持待机状态。

6.根据权利要求1所述紧急求救系统，其特征在于所述信号驱动电路与按钮开关连接，接收来自按钮开关的工作指令并产生特定的窄脉冲信号。

7.根据权利要求1所述紧急求救系统，其特征在于所述发射换能器通过耦合剂粘连在舱体内壁，与信号驱动电路连接，接收来自信号驱动电路的窄脉冲信号并产生超声信号。

8.根据权利要求1所述紧急求救系统，其特征在于所述接收换能器通过耦合剂粘连在舱体外壁，接收来自舱体内壁的超声信号并转换为电信号。

9.根据权利要求1所述紧急求救系统，其特征在于所述信号处理电路与接收换能器连接，接收来自接收换能器的电信号并产生数据流信号。

10.根据权利要求1所述紧急求救系统，其特征在于所述海事卫星电话设备安装在舱外的非金属密闭容器中，与信号处理电路连接，接收来自信号处理电路的数据流信号后自动拨打求救电话。