CN105818941B - 一种仰扫式吃水检测系统及其工作方法 - Google Patents

一种仰扫式吃水检测系统及其工作方法 Download PDF

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    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/12—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude for indicating draught or load

Abstract

本发明公开了一种仰扫式吃水检测系统及其工作方法，所述的系统包括自动升降浮体模块、水下安装支架模块、超声波传感器模块、水压传感器模块、同步控制模块、超声波数据采集模块、水压数据采集模块、数据处理与显示模块、报警模块。所述的同步控制模块由可靠时钟发生器、同步缓冲电路组成，用来驱动超声波传感器模块与水压传感器模块同步工作，克服因水面波动导致水压数据与超声波信号不匹配问题，提高了检测系统的检测精度。所述的水下安装支架模块是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器和水压传感器。自动升降浮体模块可以根据水位变化信息调节水下安装支架模块下水深度，使其适应水位变化并且方便检修。

Description

一种仰扫式吃水检测系统及其工作方法
技术领域
本发明是一种仰扫式吃水检测系统及其工作方法，应用于船舶吃水检测和船舶安全检测等领域。
背景技术
航运对国民经济发展的带动作用日益显著，随着航运量的不断增大，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。现有的仰扫式吃水检测系统利用超声波传感器在水下向上发射超声波，根据打到船体后反射波强度以及水压传感器测得的设备安装深度推算出船舶吃水深度。
中国专利CN201420644533.9公开了一种声速标定式船舶吃水检测系统，该吃水检测系统是将单波束超声波传感器阵列固定在检测门上，检测门的两端用缆绳悬挂在作为浮体的船体(或固定在桥架、或沉放在水底)上。通过在水下向水面发射超声波和接收超声波来得出超声波飞行时间乘以声速得出检测门到水面的距离，即检测门安装深度。使用的声速是固定的声速值或依据现场温度通过查表法得出声速值。当有船只通过时，船底反射超声波，可以得出检测门到船舶的距离。吃水深度是水面到检测门的距离与检测门到船舶的距离做差得到。此方法只适用于水面波动较小的情况，当水面波动较大，该系统存在以下问题：水压传感器测得的装置水下深度为h1，经过时间Δt，超声波传感器才开始工作，由于水面波动的影响，此时装置水下深度变为h2，存在误差Δh＝h2-h1，造成最后计算结果误差较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明要提供一种使超声波传感器与水压传感器同步工作的仰扫式吃水检测系统及其工作方法，以提高船舶吃水深度的检测精度。
本发明的技术方案如下：
一种仰扫式吃水检测系统，包括自动升降浮体模块、水下安装支架模块、超声波传感器模块、水压传感器模块、同步控制模块、超声波数据采集模块、水压数据采集模块、数据处理与显示模块和报警模块；所述的同步控制模块通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块和水压传感器模块连接，所述的超声波传感器模块经超声波数据采集模块连接到数据处理与显示模块，所述的水压传感器模块经水压数据采集模块连接到数据处理与显示模块，所述的数据处理与显示模块还与报警模块连接；
所述的自动升降浮体模块由浮体、缆绳和升降机组成，用来调节水下安装支架模块的深度；所述的水下安装支架模块是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块和水压传感器模块；所述的超声波传感器模块是等间隔固定在水下安装支架模块上的超声波传感器阵列；所述的水压传感器模块是固定在水下安装支架模块上的水压传感器；所述的同步控制模块安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块和水压传感器模块连接；同步控制模块由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成，用来驱动超声波传感器模块与水压传感器模块同步工作；所述的超声波数据采集模块是一台嵌入式计算机，用来采集超声波传感器模块接收到的超声波信号；所述的水压数据采集模块是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块相互独立，用来采集水压传感器模块采集的水压数据；所述的数据处理与显示模块是一台工控机，利用超声波数据采集模块和水压数据采集模块采集到的数据推算并显示船舶具体吃水深度；所述的报警模块用来提示工作人员判断过往船舶是否吃水超限。
一种仰扫式吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：
A、构建自动升降浮体模块
自动升降浮体模块由浮体、缆绳和升降机组成；浮体安置在航道两侧水中，用来固定水下安装支架模块；升降机安置在航道两侧岸上，其通过缆绳与浮体相连，用来调节水下安装支架模块的深度；
B、构建水下安装支架模块
水下安装支架模块是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块和水压传感器模块，其固定在自动升降浮体模块的浮体上，根据实际需求调节下水深度；
C、构建同步控制模块
同步控制模块安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块和水压传感器模块连接；同步控制模块由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成；可靠时钟发生器产生驱动超声波传感器模块和水压传感器模块工作的使能信号；使能信号分别通过超声波传感器模块和水压传感器模块的同步缓冲电路同时驱动超声波传感器模块和水压传感器模块工作；
D、构建超声波数据采集模块
超声波数据采集模块是一台嵌入式计算机；当超声波传感器模块工作时，超声波数据采集模块实时采集超声波信号；
E、构建水压数据采集模块
水压数据采集模块是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块相互独立，当水压传感器模块工作时，水压数据采集模块实时采集水压数据；
F、构建数据处理与显示模块
数据处理与显示模块是一台工控机；根据超声波数据采集模块采集得到的数据计算出船舶最低点距水下安装支架模块的距离Dmax；利用水压数据采集模块采集到的水压数据计算出水下安装支架模块距水面的距离H；最后推算出船舶的吃水深度为L＝H-Dmax；
G、构建报警模块
报警模块根据最后计算出的船舶吃水深度提示工作人员判断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、本发明提供了同步控制模块，可驱动超声波传感器模块、水压传感器模块同步工作。克服了由于水面波动较大导致已测水压数据与实时水压数据存在较大误差问题。
2、本发明提供了同步控制模块，克服了由于浮体上下浮动导致已测水压数据与实时水压数据存在较大误差问题。
3、本发明将原来的测量误差范围由10-15cm减小至5-10cm，提高了检测系统的精确性。
附图说明
本发明共有附图5幅，其中：
图1是本发明的原理框图。
图2是水下装置示意图。
图3是超声波传感器工作原理示意图。
图4是测量船舶吃水深度示意图。
图5是水面波动对水压影响示意图。
图中：1、同步控制模块，2、超声波传感器模块，3、水压传感器模块，4、超声波数据采集模块，5、水压数据采集模块，6、数据处理与显示模块，7、报警模块、8、水下安装支架模块，9、船舶，10、超声波发射波，11、超声波反射波，12、自动升降浮体模块。
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1-5所示，一种仰扫式吃水检测系统，包括自动升降浮体模块12、水下安装支架模块8、超声波传感器模块2、水压传感器模块3、同步控制模块1、超声波数据采集模块4、水压数据采集模块5、数据处理与显示模块6和报警模块7；所述的同步控制模块1通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块2和水压传感器模块3连接，所述的超声波传感器模块2经超声波数据采集模块4连接到数据处理与显示模块6，所述的水压传感器模块3经水压数据采集模块5连接到数据处理与显示模块6，所述的数据处理与显示模块6还与报警模块7连接；
所述的自动升降浮体模块12由浮体、缆绳和升降机组成，用来调节水下安装支架模块8的深度；所述的水下安装支架模块8是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块2和水压传感器模块3；所述的超声波传感器模块2是等间隔固定在水下安装支架模块8上的超声波传感器阵列，工作原理如图3所示，当超声波发射波10打到船舶9后变成超声波反射波11重新被超声波传感器模块2接收；所述的水压传感器模块3是固定在水下安装支架模块8上的水压传感器，水压传感器模块3能实时检测水面波动对水压的影响(如图5所示)并采集水压数据；所述的同步控制模块1安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块2和水压传感器模块3连接；同步控制模块1由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成，用来驱动超声波传感器模块2与水压传感器模块3同步工作；所述的超声波数据采集模块4是一台嵌入式计算机，用来采集超声波传感器模块2接收到的超声波反射波11；所述的水压数据采集模块5是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块4相互独立，用来采集水压传感器模块采集的水压数据；所述的数据处理与显示模块6是一台工控机，利用超声波数据采集模块4和水压数据采集模块5采集到的数据推算并显示船舶9具体吃水深度；所述的报警模块7用来提示工作人员判断过往船舶9是否吃水超限。
一种仰扫式吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：
A、构建自动升降浮体模块12
自动升降浮体模块12由浮体、缆绳和升降机组成；浮体安置在航道两侧水中，用来固定水下安装支架模块8；升降机安置在航道两侧岸上，其通过缆绳与浮体相连，用来调节水下安装支架模块8的深度；
B、构建水下安装支架模块8
水下安装支架模块8是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块2和水压传感器模块3，其固定在自动升降浮体模块12的浮体上，根据实际需求调节下水深度；
C、构建同步控制模块1
同步控制模块1安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块2和水压传感器模块3连接；同步控制模块1由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成；可靠时钟发生器产生驱动超声波传感器模块2和水压传感器模块3工作的使能信号；使能信号分别通过超声波传感器模块2和水压传感器模块3的同步缓冲电路同时驱动超声波传感器模块2和水压传感器模块3工作；
D、构建超声波数据采集模块4
超声波数据采集模块4是一台嵌入式计算机；当超声波传感器模块2工作时，超声波数据采集模块4实时采集超声波信号；
E、构建水压数据采集模块5
水压数据采集模块5是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块4相互独立，当水压传感器模块3工作时，水压数据采集模块5实时采集水压数据；
F、构建数据处理与显示模块6
数据处理与显示模块6是一台工控机；推算船舶9吃水原理如图4所示：根据超声波数据采集模块4采集得到的数据计算出船舶9最低点距水下安装支架模块8的距离Dmax；利用水压数据采集模块5采集到的水压数据计算出水下安装支架模块8距水面的距离H；最后推算出船舶9的吃水深度为L＝H-Dmax；
G、构建报警模块7
报警模块7根据最后计算出的船舶9吃水深度提示工作人员判断过往船舶9是否吃水超限。

Claims (2)

1.一种仰扫式吃水检测系统，其特征在于：包括自动升降浮体模块(12)、水下安装支架模块(8)、超声波传感器模块(2)、水压传感器模块(3)、同步控制模块(1)、超声波数据采集模块(4)、水压数据采集模块(5)、数据处理与显示模块(6)和报警模块(7)；所述的同步控制模块(1)通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)连接，所述的超声波传感器模块(2)经超声波数据采集模块(4)连接到数据处理与显示模块(6)，所述的水压传感器模块(3)经水压数据采集模块(5)连接到数据处理与显示模块(6)，所述的数据处理与显示模块(6)还与报警模块(7)连接；
所述的自动升降浮体模块(12)由浮体、缆绳和升降机组成，用来调节水下安装支架模块(8)的深度；所述的水下安装支架模块(8)是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)；所述的超声波传感器模块(2)是等间隔固定在水下安装支架模块(8)上的超声波传感器阵列；所述的水压传感器模块(3)是固定在水下安装支架模块(8)上的水压传感器；所述的同步控制模块(1)安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)连接；同步控制模块(1)由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成，用来驱动超声波传感器模块(2)与水压传感器模块(3)同步工作；所述的超声波数据采集模块(4)是一台嵌入式计算机，用来采集超声波传感器模块(2)接收到的超声波信号；所述的水压数据采集模块(5)是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块(4)相互独立，用来采集水压传感器模块(3)采集的水压数据；所述的数据处理与显示模块(6)是一台工控机，利用超声波数据采集模块(4)和水压数据采集模块(5)采集到的数据推算并显示船舶(9)具体吃水深度；所述的报警模块(7)用来提示工作人员判断过往船舶(9)是否吃水超限。
2.一种仰扫式吃水检测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、构建自动升降浮体模块(12)
自动升降浮体模块(12)由浮体、缆绳和升降机组成；浮体安置在航道两侧水中，用来固定水下安装支架模块(8)；升降机安置在航道两侧岸上，其通过缆绳与浮体相连，用来调节水下安装支架模块(8)的深度；
B、构建水下安装支架模块(8)
水下安装支架模块(8)是长度小于航道宽度的不锈钢支架，用来固定超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)，其固定在自动升降浮体模块(12)的浮体上，根据实际需求调节下水深度；
C、构建同步控制模块(1)
同步控制模块(1)安装在航道岸边，通过同步缓冲电路分别与超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)连接；同步控制模块(1)由可靠时钟发生器和同步缓冲电路组成；可靠时钟发生器产生驱动超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)工作的使能信号；使能信号分别通过超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)的同步缓冲电路同时驱动超声波传感器模块(2)和水压传感器模块(3)工作；
D、构建超声波数据采集模块(4)
超声波数据采集模块(4)是一台嵌入式计算机；当超声波传感器模块(2)工作时，超声波数据采集模块(4)实时采集超声波信号；
E、构建水压数据采集模块(5)
水压数据采集模块(5)是另一台嵌入式计算机，与超声波数据采集模块(4)相互独立，当水压传感器模块(3)工作时，水压数据采集模块(5)实时采集水压数据；
F、构建数据处理与显示模块(6)
数据处理与显示模块(6)是一台工控机；根据超声波数据采集模块(4)采集得到的数据计算出船舶(9)最低点距水下安装支架模块(8)的距离Dmax；利用水压数据采集模块(5)采集到的水压数据计算出水下安装支架模块(8)距水面的距离H；最后推算出船舶(9)的吃水深度为L＝H-Dmax；
G、构建报警模块(7)
报警模块(7)根据最后计算出的船舶(9)吃水深度提示工作人员判断过往船舶(9)是否吃水超限。
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