CN106516034B - 一种船载便携式水位突变预警仪 - Google Patents

一种船载便携式水位突变预警仪 Download PDF

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Abstract

本发明属于船舶技术领域，尤其是涉及一种船载便携式水位突变预警仪。包括设置在左舷上的左舷超声波传感器和设置在右舷上的右舷超声波传感器，所述的左舷超声波传感器和右舷超声波传感器分别与单片机相连接，所述的单片机通过译码器和显示装置相连接，所述的单片机还分别与计时器和蜂鸣报警器相连接，所述的左舷超声波传感器和右舷超声波传感器上设有缓冲式安装机构且通过缓冲式安装机构与船体相连接。优点在于：可实时地监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率，当水位发生突变时，船员可以根据预警仪显示的数据和给出的警示，及时调整船舶姿态，从而能避免船舶发生翻沉、搁浅等危险。

Description

一种船载便携式水位突变预警仪
技术领域
本发明属于船舶技术领域，尤其是涉及一种船载便携式水位突变预警仪。
背景技术
随着我国水利水电建设的发展，越来越多的水电站不断建成并投入使用。虽然水电站可调节河道枯期流量，并在一定程度上改善船舶的通航条件，但因其黑启动、泄洪或关闸所导致的下游水位突然上涨或下降，会给下游船舶的航行、停靠、作业等带来巨大的安全隐患，甚至可能引发事故。
在利用超声波进行河道水位测量方面，国内已有一定的研究成果，但其大部分是将超声波水位仪固定于岸、坝或其它地方对河道水位进行监测，其主要目的是为河流航道的规划布置等提供数据依据。未有将超声波水位仪安装在船舶上用于河道水位监测及船舶安全监测。此外，现有技术中的水位检测系统较为复杂，体积加大，成本高，不方便安装和拆卸。
为了对现有技术进行改进，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种新型的船舶水位报警检测系统[申请号：CN201510340780.9]，包含船体、水位计、防腐蚀隔离罩、渗水孔，所述的船体的左右侧壁对应焊接有数个防腐蚀隔离罩，防腐蚀隔离罩的底部与船体的底部保持在同一水平线上；所述的防腐蚀隔离罩的内部固定有水位计，防腐蚀隔离罩的外侧均匀设置有数个渗水孔。
上述方案虽然在一定程度上解决了现有技术的不足，但是结构较为复杂，不够便携，在船体上安装不够方便，整体设计还不够合理。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，体积小，成本低且安装简便的船载便携式水位突变预警仪。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本船载便携式水位突变预警仪包括设置在左舷上的左舷超声波传感器和设置在右舷上的右舷超声波传感器，所述的左舷超声波传感器和右舷超声波传感器分别与单片机相连接，所述的单片机通过译码器和显示装置相连接，所述的单片机还分别与计时器和蜂鸣报警器相连接，所述的左舷超声波传感器和右舷超声波传感器上设有缓冲式安装机构且通过缓冲式安装机构与船体相连接。
该预警仪安装于船舶上，可实时地监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率，当水位发生突变时，船员可以根据预警仪显示的数据和给出的警示，及时调整船舶姿态，从而能避免船舶发生翻沉、搁浅等危险。更具体地说，该预警仪以单片机为控制核心，由温度测试电路、超声波发射接收电路、数据显示电路及报警电路组成，可实时监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率。当船舶所在水域水位发生突变且船舶干舷高度、横倾斜度及水位变率中任一项或全部超过了安全限值，预警仪会自动发出警报，同时，将这三个值的变化情况及时反馈给船员，警示船员调整船舶姿态，从而能更好地保证停靠船舶在水位突变情况下的安全。相对于传统预警系统，该预警仪具有造价低、体积小、质量轻、安装简便等优点，可以广泛应用于水位突变预警及其所在水域行进或停泊船舶的安全监控。
左舷超声波传感器和右舷超声波传感器通过缓冲式安装机构安装在船体上，缓冲式安装机构对左舷超声波传感器和右舷超声波传感器具有缓冲作用，避免左舷超声波传感器和右舷超声波传感器在碰撞过程中损坏。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的左舷超声波传感器和右舷超声波传感器对称设置。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的缓冲式安装机构包括安装座，所述的安装座上设有第一侧缓冲块和第二侧缓冲块，所述的第一侧缓冲块和第二侧缓冲块之间设有主缓冲块，所述的左舷超声波传感器或者右舷超声波传感器与主缓冲块相连接，所述的第一侧缓冲块上设有第一滑动缓冲面，所述的第二侧缓冲块上设有第二滑动缓冲面，所述的主缓冲块的一侧设有与第一滑动缓冲面相配合的第一斜面，主缓冲块的另一侧设有与第二滑动缓冲面相配合的第二斜面，所述的第一侧缓冲块和安装座之间设有对第一侧缓冲块具有侧向预紧力的气动缓冲件，所述的第二侧缓冲块和安装座之间设有对第二侧缓冲块具有侧向预紧力的气动缓冲件。主缓冲块内移，顶开第一侧缓冲块和第二侧缓冲块，气动缓冲件对第一侧缓冲块和第二侧缓冲块具有侧向压力，第一斜面和第一滑动缓冲面相对滑动，第二斜面和第二滑动缓冲面相对滑动，从而实现缓冲，缓冲效果好。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的气动缓冲件包括压力缸，所述的压力缸内密封滑动连接有活塞，所述的活塞将压力缸分为第一密封腔和第二密封腔，所述的活塞与活塞杆相连接，所述的第一密封腔内设有位于压力缸的前端的密封导向套，所述的活塞杆穿出密封导向套和压力缸，所述的活塞上开有连通第一密封腔和第二密封腔的通孔，所述的活塞杆与弹簧相连接。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的第一滑动缓冲面和第二滑动缓冲面上设有滑动导向凸条，所述的第一斜面和第二斜面上开有与滑动导向凸条相配合的滑动导向凹槽。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的压力缸与安装座相连接，所述的弹簧分别与第一侧缓冲块和第二侧缓冲块相连接。
在上述的船载便携式水位突变预警仪中，所述的安装座上设有报警灯，所述的第一侧缓冲块和第二侧缓冲块上分别设有报警触点，所述的安装座上设有位于第一侧缓冲块或者第二侧缓冲块侧部的触片，且当报警触点和触片相接触时报警灯亮起。当第一侧缓冲块或者第二侧缓冲块完全顶开时，说明撞击过度，报警灯亮起，左舷超声波传感器和右舷超声波传感器的位置发生偏移，提醒使用者注意。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：该预警仪安装于船舶上，可实时地监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率，当水位发生突变时，船员可以根据预警仪显示的数据和给出的警示，及时调整船舶姿态，从而能避免船舶发生翻沉、搁浅等危险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的总工作原理图。
图2是本发明提供的测水位原理图。
图3是本发明提供的超声波测量水位示意图
图4是本发明提供的缓冲式安装机构的结构示意图。
图5是本发明提供的气动缓冲件的局部剖视图。
图中，左舷超声波传感器1、右舷超声波传感器2、单片机3、译码器4、显示装置5、计时器6、蜂鸣报警器7、安装座8、第一侧缓冲块9、第二侧缓冲块10、主缓冲块11、第一滑动缓冲面12、第二滑动缓冲面13、第一斜面14、第二斜面15、压力缸16、活塞17、密封导向套18、弹簧19、活塞杆20。
具体实施方式
以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-5所示，本船载便携式水位突变预警仪包括设置在左舷上的左舷超声波传感器1和设置在右舷上的右舷超声波传感器2，左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2分别与单片机3相连接，单片机3通过译码器4和显示装置5相连接，单片机3还分别与计时器6和蜂鸣报警器7相连接，左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2上设有缓冲式安装机构且通过缓冲式安装机构与船体相连接，左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2对称设置。该预警仪安装于船舶上，可实时地监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率，当水位发生突变时，船员可以根据预警仪显示的数据和给出的警示，及时调整船舶姿态，从而能避免船舶发生翻沉、搁浅等危险。更具体地说，该预警仪以单片机为控制核心，由温度测试电路、超声波发射接收电路、数据显示电路及报警电路组成，可实时监测船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率。当船舶所在水域水位发生突变且船舶干舷高度、横倾斜度及水位变率中任一项或全部超过了安全限值，预警仪会自动发出警报，同时，将这三个值的变化情况及时反馈给船员，警示船员调整船舶姿态，从而能更好地保证停靠船舶在水位突变情况下的安全。相对于传统预警系统，该预警仪具有造价低、体积小、质量轻、安装简便等优点，可以广泛应用于水位突变预警及其所在水域行进或停泊船舶的安全监控。左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2通过缓冲式安装机构安装在船体上，缓冲式安装机构对左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2具有缓冲作用，避免左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2在碰撞过程中损坏。
船载便携式水位突变预警仪装载于船上，可实时对船舶所在水域水位进行监测。预警仪会先通过超声波传感器将测得的水位信号转换成电信号，经滤波、放大、整形转换为数字信号后传输给单片机，再经单片机对数字信号进行处理，最后得到船舶干舷高度、横倾斜度及所在水域的水位变率。然后预警仪会通过数码管显示电路将船舶的倾斜度予以显示，若水位变率、船舶的干舷高度及倾斜程度中有一项或全部超过了船舶安全限值，预警仪会发出警报，提示船员提前对船舶做好应对措施，从而能更好地保证船舶安全。超声波水位探头的安装原理，以及船舶干舷高度、水位变率、船舶倾斜度的计算原理如下。
超声波水位探头的安装原理：将超声波传感器安装于船舶左、右舷上。其中，左、右干舷安装高度dL和dR及两探头中心间距S可直接量得。由超声波水位探头可测出水面距探头的距离hL和hR，再由单片机按公式计算出左、右干舷高TL和TR。
水位变率的计算：船载便携式水位突变预警仪会连续不断采集水位，同时会计算出设定的时间间隔△￡内干舷高度的变化值Ah，并由单片机按公式计算出水位的变化速率u，当实际水位变率u≥u0时(“u0为船舶水位变率的安全限值)，预警仪报警，船员可据此及时调整船舶姿态。
船舶横向倾斜度的计算：根据左、右干舷高TL和TR及探头的安装间距S，单片机可按公式计算出船舶的横向倾角口，当实际横倾角p≥p0。时(p0为船舶倾斜角安全限值)，预警仪报警，船员可据此及时调整船舶姿态。
其中，缓冲式安装机构包括安装座8，安装座8上设有第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10，第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10之间设有主缓冲块11，左舷超声波传感器1或者右舷超声波传感器2与主缓冲块11相连接，第一侧缓冲块9上设有第一滑动缓冲面12，第二侧缓冲块10上设有第二滑动缓冲面13，主缓冲块11的一侧设有与第一滑动缓冲面12相配合的第一斜面14，主缓冲块11的另一侧设有与第二滑动缓冲面13相配合的第二斜面15，第一侧缓冲块9和安装座8之间设有对第一侧缓冲块9具有侧向预紧力的气动缓冲件，第二侧缓冲块10和安装座8之间设有对第二侧缓冲块10具有侧向预紧力的气动缓冲件。主缓冲块11内移，顶开第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10，气动缓冲件对第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10具有侧向压力，第一斜面14和第一滑动缓冲面12相对滑动，第二斜面15和第二滑动缓冲面13相对滑动，从而实现缓冲，缓冲效果好。作为一种改进，第一滑动缓冲面12和第二滑动缓冲面13上设有滑动导向凸条，第一斜面14和第二斜面15上开有与滑动导向凸条相配合的滑动导向凹槽。
更具体地说，气动缓冲件包括压力缸16，压力缸16内密封滑动连接有活塞17，活塞17将压力缸16分为第一密封腔和第二密封腔，活塞17与活塞杆20相连接，第一密封腔内设有位于压力缸16的前端的密封导向套18，活塞杆20穿出密封导向套18和压力缸16，活塞17上开有连通第一密封腔和第二密封腔的通孔，活塞杆20与弹簧19相连接。压力缸16与安装座8相连接，弹簧19分别与第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10相连接。作为一种改进，安装座8上设有报警灯，第一侧缓冲块9和第二侧缓冲块10上分别设有报警触点，安装座8上设有位于第一侧缓冲块9或者第二侧缓冲块10侧部的触片，且当报警触点和触片相接触时报警灯亮起。当第一侧缓冲块9或者第二侧缓冲块10完全顶开时，说明撞击过度，报警灯亮起，左舷超声波传感器1和右舷超声波传感器2的位置发生偏移，提醒使用者注意。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，包括设置在左舷上的左舷超声波传感器(1)和设置在右舷上的右舷超声波传感器(2)，所述的左舷超声波传感器(1)和右舷超声波传感器(2)分别与单片机(3)相连接，所述的单片机(3)通过译码器(4)和显示装置(5)相连接，所述的单片机(3)还分别与计时器(6)和蜂鸣报警器(7)相连接，所述的左舷超声波传感器(1)和右舷超声波传感器(2)上设有缓冲式安装机构且通过缓冲式安装机构与船体相连接，所述的缓冲式安装机构包括安装座(8)，所述的安装座(8)上设有第一侧缓冲块(9)和第二侧缓冲块(10)，所述的第一侧缓冲块(9)和第二侧缓冲块(10)之间设有主缓冲块(11)，所述的左舷超声波传感器(1)或者右舷超声波传感器(2)与主缓冲块(11)相连接，所述的第一侧缓冲块(9)上设有第一滑动缓冲面(12)，所述的第二侧缓冲块(10)上设有第二滑动缓冲面(13)，所述的主缓冲块(11)的一侧设有与第一滑动缓冲面(12)相配合的第一斜面(14)，主缓冲块(11)的另一侧设有与第二滑动缓冲面(13)相配合的第二斜面(15)，所述的第一侧缓冲块(9)和安装座(8)之间设有对第一侧缓冲块(9)具有侧向预紧力的气动缓冲件，所述的第二侧缓冲块(10)和安装座(8)之间设有对第二侧缓冲块(10)具有侧向预紧力的气动缓冲件。
2.根据权利要求1所述的船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，所述的左舷超声波传感器(1)和右舷超声波传感器(2)对称设置。
3.根据权利要求2所述的船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，所述的气动缓冲件包括压力缸(16)，所述的压力缸(16)内密封滑动连接有活塞(17)，所述的活塞(17)将压力缸(16)分为第一密封腔和第二密封腔，所述的活塞(17)与活塞杆(20)相连接，所述的第一密封腔内设有位于压力缸(16)的前端的密封导向套(18)，所述的活塞杆(20)穿出密封导向套(18)和压力缸(16)，所述的活塞(17)上开有连通第一密封腔和第二密封腔的通孔，所述的活塞杆(20)与弹簧(19)相连接。
4.根据权利要求3所述的船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，所述的第一滑动缓冲面(12)和第二滑动缓冲面(13)上设有滑动导向凸条，所述的第一斜面(14)和第二斜面(15)上开有与滑动导向凸条相配合的滑动导向凹槽。
5.根据权利要求4所述的船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，所述的压力缸(16)与安装座(8)相连接，所述的弹簧(19)分别与第一侧缓冲块(9)和第二侧缓冲块(10)相连接。
6.根据权利要求5所述的船载便携式水位突变预警仪，其特征在于，所述的安装座(8)上设有报警灯，所述的第一侧缓冲块(9)和第二侧缓冲块(10)上分别设有报警触点，所述的安装座(8)上设有位于第一侧缓冲块(9)或者第二侧缓冲块(10)侧部的触片，且当报警触点和触片相接触时报警灯亮起。
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