CN107449487B - 适航水深淤泥厚度快速测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程与河道清淤技术领域领域，具体的说，是适航水深淤泥厚度快速测量系统；包括控制终端和测量仪，所述测量仪包括存储信号触发器、水位探测器；所述存储信号触发器包括触碰单元、接触单元和与电源连接的吊装线缆；触碰单元与接触单元之间具有间隙并设置有弹簧，所述吊装线缆连接接触单元，所述触碰单元和接触单元分别电连吊装线缆的正负极；所述水位探测器固定于存储信号触发器上，所述水位探测器通过信号线电连控制终端，所述吊装线缆电连控制终端。本发明与现有技术相比，具有操作简单、测量快速、测量精准、稳定可靠的优点。

Description

适航水深淤泥厚度快速测量系统

技术领域

本发明涉及海洋工程与河道清淤技术领域领域，具体的说，是适航水深淤泥厚度快速测量系统。

背景技术

随着港口深水泊位和深水航道建设的规模越来越大，港口疏浚维护工作将成为未来港务工作的重点。尤其对于淤泥质海岸港口而言，疏浚维护工作更是长期的和复杂的。而水深测量技术的发展直接影响到疏浚维护方量的统计结果，目前水深测量技术多是为了保障船舶通航安全而进行研究的，如何通过对淤泥质海岸港口疏浚维护水深测量技术的研究，在保障通航安全的前提下，合理确定疏浚维护水深，减少港口疏浚维护投资量，具有非常重要的实际意义。

我国淤泥质海岸主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、苏北、长江口、浙闽港湾和珠江口外等岸段，其总长度在4000km以上，约占全国海岸线长度的四分之一。

淤泥质海岸滩宽、水浅，建港难度较大，但有的大河河口或河口湾也可找到掩护条件较好的深水岸段，这里往往腹地广阔，水陆集疏运条件好，可发展为重要港口，如上海港、天津新港、广州港等。但随着船舶大型化趋势的发展，船舶吃水越来越深，因此港口对水深要求越来越高。随着水深的增大，淤泥质海岸港口的回淤将是十分严重。

现有技术中，常用铊测法、密度仪法和测深仪法来测量。

其中，铊测法利用浮力和射线技术原理，系统结构简单、成本低、操作简便，但测深精度低、适用范围局限性大，不适合大面积适航水深测量。

密度仪法利用声学原理和射线原理，系统结构复杂、成本高、操作复杂，同时测量精度较低，当使用射线原理时，系统具有放射源，不安全。

测深仪法采用声学原理，系统结构较复杂，价格适中、操作较复杂。

特此针对淤泥质海岸港口的特殊性，需要一种适用性广、稳定、安全、可靠、耐腐蚀、操作性强的自动一体化适航水深快速测量系统，来对适航水深淤泥厚度进行稳定、快速、精确的测量。

发明内容

本发明的目的在于设计出适航水深淤泥厚度快速测量系统，克服适航通行回淤航道研究中的种种困难，提供一种快速测量、操作简练、测量精准、适用范围广、稳定安全可靠、也方便在特殊环境手动和自动操作为一体的自动化适航水深快速测量系统，为回淤航道研究的开展提供最核心的技术保障，并充分保障适航通行得到高效的运行，保证测量技术的数据精准度。

本发明通过下述技术方案实现：

适航水深淤泥厚度快速测量系统，包括控制终端和测量仪，所述测量仪包括存储信号触发器、水位探测器；

所述存储信号触发器包括触碰单元、接触单元和与电源连接的吊装线缆；

所述触碰单元设置于接触单元的下方，所述触碰单元与接触单元之间设置有弹簧，弹簧的相对两端分别连接触碰单元的顶部和接触单元的底部，所述弹簧与触碰单元和接触单元之间均绝缘；

所述吊装线缆连接接触单元，所述触碰单元和接触单元分别电连吊装线缆的正负极；

所述水位探测器固定于存储信号触发器上，所述水位探测器通过信号线电连控制终端，所述吊装线缆电连控制终端。

采用上述设置结构时，将存储信号触发器投入水中，水位探测器跟随存储信号触发器一同下沉，水位探测器通过信号线向控制终端传输水位信号，并同步显示在控制终端上的显示屏上。

入水后，触碰单元与接触单元通过弹簧始终保持间隙而不接触；因淤泥的一般密度为1.4g/cm3，而水的密度一般为1.03g/cm3，当触碰单元达到泥水分界层时，触碰单元的底部受到的阻力突然增大，触碰单元与接触单元逐渐接近并最终接触，造成吊装线缆所在的电路的短路，此时控制终端上的指示红灯亮起，并发出持续的蜂鸣响声，同时，控制终端会将这时的水位数值H2记录保存于控制终端存储单元中。然后，存储信号触发器靠惯性和自重继续下沉，直接到达淤泥硬质底部位置停止，这时水位值保持不变，记录总的水深值H1，最后得到淤泥层厚度为H＝H1-H2。

该测量系统相比于现有技术中的测量系统结构简单、成本低，测量方便简单，通过存储信号触发器直接与淤泥接触确定淤泥实际水深，结果准确可靠，因没有复杂的结构设备，在操作时更加的简单方便。

在存储信号触发器下沉到淤泥层时，控制终端直接记录水位探测器所在的深度值，无需复杂的计算，测量快速。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述接触单元包括绝缘的护套、金属的接触片，所述护套的底面开设有凹槽，所述接触片铺设于凹槽侧壁表面；所述触碰单元包括与凹槽形状匹配的金属的触碰头，所述触碰头位于凹槽内且触碰头的底面凸出于护套的底面；

所述弹簧的顶端连接凹槽的槽底，底端连接触碰头的顶部；

所述吊装线缆贯穿护套并通过连接接头与护套固定，所述吊装线缆的两极分别电连触碰头和接触片。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述凹槽的槽底开设有竖向延伸的盲孔，所述盲孔内设置有形状与之匹配的导向柱，所述导向柱的顶端连接吊装线缆，所述导向柱的底端连接触碰头的顶端；

所述导向柱上开设有竖向延伸的弹簧通槽，所述弹簧插设于通槽内，所述弹簧的顶端连接盲孔的顶部，底端连接触碰头的顶部。

采用上述设置结构时，导向柱和盲孔起到导向的作用，使触碰头的运动更加的平稳、可靠，减小水流对触碰头的运动影响，保证测量结果更加的准确可靠。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述弹簧通槽的数量为多个，多个所述弹簧通槽沿导向柱的周向等角度分布，每个所述弹簧通槽内均设置有一个所述弹簧。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述护套开设有顶部开口的容纳腔，所述水位探测器固定于容纳腔内，所述容纳腔的开口处通过螺堵密封，所述螺堵开设有信号线穿孔和进水孔，所述信号线通过防水接头固定于所述螺堵上并穿过所述信号线穿孔与水位探测器电连。

采用上述设置结构时，将水位探测器放置在护套的容纳腔内，简化该测量系统的外部结构、减少受力面，减小水流对护套下沉的姿态的影响，保证测量结果更加的准确可靠；同时，将水位探测器置于容纳腔内，避免水流等对测量数据产生影响，提高测量精度。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：还包括进水管，所述信号线穿设于进水管内；在所述进水管上开设有尺寸大于信号线的缺口，所述信号线的底端通过所述缺口穿出进水管并最终与水位探测器电连；

所述进水管的底端通过防水接头固定于螺堵上并与容纳腔连通。

采用上述设置结构时，信号线与进水管定制成为一体，增加信号线的防护性，提高该测量系统的工作可靠性。同时为了防止淤泥进入到护套内，特别在进水管上开设用于进水和穿出信号线的缺口，缺口的设置高度大于预测的淤泥层的厚度，保证淤泥不会通过缺口进入到容纳腔内。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：还包括机架，所述机架上设置有绕线盘，所述吊装线缆、进水管均同步缠绕于绕线盘上。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述绕线盘为电动绕线盘，所述控制终端电连绕线盘。

采用上述设置结构时，能够通过电动的绕线盘在控制终端的控制下自动进行缠线和收线的动作，提高自动化程度。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述机架设置有插槽的底托，所述护套插设于底托的插槽内进行固定。

采用上述设置结构时，底托用于在待使用状态下对护套进行固定收纳，避免运输途中发生碰撞，损坏该测量系统，而造成的测量精度降低。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述机架上设置有滑轮组，所述滑轮组包括自左至右依次设置的张紧轮、吊装线缆定滑轮和进水管定滑轮；所述吊装线缆依次包绕在张紧轮和吊装线缆定滑轮上，所述进水管依次包绕在张紧轮、吊装线缆定滑轮和进水管定滑轮上。

采用上述设置结构时，吊装线缆和进水管在滑轮组的末端分开放线和收线，避免发生缠绕。

本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明中，在存储信号触发器下沉到淤泥层时，控制终端直接记录水位探测器所在的深度值，无需复杂的计算，测量快速，且受水下环境的影响低，测量精度高；

(2)本发明中，信号线与进水管定制成为一体，增加信号线的防护性，提高该测量系统的工作可靠性；在进水管上开设用于进水和穿出信号线的缺口，缺口的设置高度大于预测的淤泥层的厚度，保证了淤泥不会通过缺口进入到容纳腔内；

(3)本发明中，能够通过电动的绕线盘在控制终端的控制下自动进行缠线和收线的动作，自动化程度高。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例3中所述适航水深淤泥厚度快速测量系统的结构示意图；

图2是所述存储信号触发器的结构示意图；

图3是图1中A部的放大示意图；

图中标记为：

1-控制终端；11-指示红灯；12-无线发射接收器；

2-存储信号触发器；21-触碰单元；211-触碰头；212-导向柱；213-弹簧通槽；22-接触单元；221-护套；222-接触片；223-凹槽；224-盲孔；225-容纳腔；226-防水接头；23-吊装线缆；24-弹簧；

3-水位探测器；31-信号线；

4-机架；

5-绕线盘；

6-进水管；

7-底托；

8-滑轮组；81-张紧轮；82-吊装线缆定滑轮；83-进水管定滑轮。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

适航水深淤泥厚度快速测量系统，具有操作简单、测量快速、测量精准、稳定可靠的优点，如图1、图2、图3所示，特别设置成下述结构：

作为一个整体的构思，该种适航水深淤泥厚度快速测量系统包括控制终端1和测量仪，测量仪包括存储信号触发器2和水位探测器3，水位探测器3用于测量测量仪所处的水位深度，存储信号触发器2用于向控制终端1提供存储某一水位深度值的信号。

其中，存储信号触发器2包括触碰单元21、接触单元22和与电源连接的吊装线缆23；触碰单元21被设置于接触单元22的下方，触碰单元21与接触单元22之间连接有弹簧24，弹簧24的相对两端分别连接触碰单元21的顶部和接触单元22的底部，弹簧24与触碰单元21和接触单元22之间均做到绝缘；吊装线缆23连接接触单元22，所述触碰单元21和接触单元22分别电连吊装线缆23的正负极；水位探测器3固定于存储信号触发器2上，水位探测器3采用压力式液位传感器并通过信号线31电连控制终端1，吊装线缆23电连控制终端1。

采用以上的构思时，将存储信号触发器2投入水中，水位探测器3跟随存储信号触发器2一同下沉，水位探测器3通过信号线31向控制终端1传输水位信号，并同步显示在控制终端1上的显示屏上。

入水后，触碰单元21与接触单元22通过弹簧24始终保持间隙而不接触；因淤泥的一般密度为1.4g/cm3，而水的密度一般为1.03g/cm3，当触碰单元21达到泥水分界层时，触碰单元21的底部受到的阻力突然增大，触碰单元21与接触单元22逐渐接近并最终接触，造成吊装线缆23所在的电路的短路，此时控制终端1上的指示红灯11亮起，并发出持续的蜂鸣响声，同时，控制终端1会将这时的水位数值H2记录保存于控制终端1存储单元中。然后，存储信号触发器2靠惯性和自重继续下沉，直接到达淤泥硬质底部位置停止，这时水位值保持不变，记录总的水深值H1，最后得到淤泥层厚度为H＝H1-H2。

该测量系统相比于现有技术中的测量系统结构简单、成本低，测量方便简单，通过存储信号触发器2直接与淤泥接触确定淤泥实际水深，结果准确可靠，因没有复杂的结构设备，在操作时更加的简单方便。

在存储信号触发器2下沉到淤泥层时，控制终端1直接记录水位探测器3所在的深度值，无需复杂的计算，测量快速。

具体的，接触单元22包括尼龙材质制成的护套221和铜质的接触片222，护套221的底面开设有一平底且敞口的凹槽223，接触片222铺设于凹槽223侧壁表面；触碰单元21包括与凹槽223的形状匹配的铜质的触碰头211，触碰头211的形状为锥台并设置在凹槽223内，触碰头211的底面凸出于护套221的底面；弹簧24的顶端连接凹槽223的槽底，底端连接触碰头211的顶部；吊装线缆23贯穿护套221并通过连接接头与护套221固定，吊装线缆23的两极分别电连触碰头211和接触片222。

优选的，在凹槽223的槽底处还开设有竖向向上延伸的盲孔224，盲孔224的孔底形成新的槽底，盲孔224内设置有形状与之匹配的导向柱212，导向柱212的顶端连接吊装线缆23，导向柱212的底端连接触碰头211的顶端；导向柱212上开设有竖向延伸的弹簧通槽213，弹簧24插设于弹簧通槽213内，弹簧24的顶端连接盲孔224的顶部即槽底，底端连接触碰头211的顶部。

采用上述设置结构时，导向柱212和盲孔224起到导向的作用，使触碰头211的运动更加的平稳、可靠，减小水流对触碰头211的运动影响，保证测量结果更加的准确可靠。

作为导向柱212的优选方案，特别的，弹簧通槽213的数量为三个，三个弹簧通槽213沿导向柱212的周向等角度分布，每个弹簧通槽213内均设置有一个弹簧24。进一步提高了触碰头211的稳定性。

作为本实施例的优选方案，为提高该测量系统的可操作性，使操作更加的简单并提高测量速度，该测量系统还包括机架4，机架4能够平稳的放置于地面上，在机架4上设置有一个绕线盘5，吊装线缆23和信号线31均同步缠绕于绕线盘5上。

作为绕线盘5的一个优选方案，该绕线盘5为电动绕线盘，控制终端1电连绕线盘5，电动的绕线盘5在控制终端1的控制下能够自动进行缠线和收线的动作，提高自动化程度。

在机架4的底座上设置有插槽的底托7，护套221插设于底托7的插槽内进行固定。底托7用于在待使用状态下对护套221进行固定收纳，避免运输途中发生碰撞，损坏该测量系统，而造成的测量精度降低。

作为机架的一个优选方案，在机架4上还设置有滑轮组8，滑轮组8包括自左至右依次设置的张紧轮81、吊装线缆定滑轮82和进水管定滑轮83；吊装线缆23依次包绕在张紧轮81和吊装线缆定滑轮82上，信号线31依次包绕在张紧轮81、吊装线缆定滑轮82和进水管定滑轮83上。

采用上述设置结构时，吊装线缆23和信号线31在滑轮组8的末端分开放线和收线，避免发生缠绕。

优选的，控制终端1还设置有用于与其他设备建立连接关系的无线发射接收器12。

优选的，为了观测的方便，在机架4上还设置有与控制终端1的显示屏同步显示的另一个显示屏，控制终端1与设置在机架4上的显示屏电连。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

护套221上开设有顶部开口的容纳腔225，水位探测器3固定于容纳腔225内，容纳腔225的开口处通过螺堵密封，且螺堵上开设有信号线穿孔和进水孔，信号线31通过防水接头226固定于所述螺堵上并穿过信号线穿孔与水位探测器3电连。

需要说明的是，与容纳腔225连通的进水孔也可开设在护套221上。

采用上述设置结构时，将水位探测器3放置在护套221的容纳腔225内，简化该测量系统的外部结构、减少受力面，减小水流对护套221下沉的姿态的影响，保证测量结果更加的准确可靠；同时，将水位探测器3置于容纳腔225内，避免水流等对测量数据产生影响，提高测量精度。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

该测量系统还设置有进水管6，信号线31穿设于进水管6内形成一体；在进水管6上靠近护套的部位开设有尺寸大于信号线31的缺口，信号线31的底端通过缺口穿出进水管6并最终与水位探测器3电连；

进水管6的底端通过防水接头226固定于螺堵上并与开设在螺堵上的进水孔连通，即通过进水孔与容纳腔225连通。

其中，进水管6与吊装线缆23同步缠绕在绕线盘5上，进水管6依次包绕在张紧轮81、吊装线缆定滑轮82和进水管定滑轮83上，吊装线缆23和进水管6在滑轮组8的末端分开放线和收线，避免发生缠绕。

采用上述设置结构时，信号线31与进水管6定制成为一体，增加信号线31的防护性，提高该测量系统的工作可靠性。同时为了防止淤泥进入到护套内，特别在进水管6上开设用于进水和穿出信号线31的缺口，缺口的设置高度大于预测的淤泥层的厚度，保证淤泥不会通过缺口进入到容纳腔内。

测量时，先将护套221从底托7的插槽中拿出，在做好测量准备并经过检查后将护套221投入到水中，通过控制终端1或手摇的方式转动绕线盘5放线，护套221携带与之连接的水位探测器3和存储信号触发器2同步下沉；在下沉的过程中，水通过进水管6上的缺口进入，最终通过螺堵上的进水孔进入到容纳腔225内。水位探测器3不停的向控制终端1发出信号，测量信号经处理后显示同步显示在控制终端1和机架4上的显示屏上，测量人员能够直观的观察到水位的变化，能够做出及时的应对。

在触碰头211与接触片222浸入水中后，水填充触碰头211和接触片222之间的间隙，导通吊装线缆23所在的电路；随着护套221的继续下沉，当触碰头211接触到淤泥表面时，介质密度突然从1.03g/cm3增大到1.4g/cm3(介质密度均为假设值，具体的密度值会有所不同)，触碰头211所受阻力增大，致使触碰头211与护套221之间的间隙逐步减小，最终使触碰头211与接触片222接触，造成吊装线缆23所在电路的短路；控制终端1接收到这一短路信号后，其上的指示红灯11亮起、蜂鸣器持续鸣叫，与此同时，控制终端1将此时的水位值H2记录并保存与存储单元内；护套221进入淤泥层后继续下沉，直至达到淤泥硬质底停止，这是显示屏上现实的水位数值H1保持不变，通过H1-H2便能得到淤泥层的厚度H值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：包括控制终端(1)和测量仪，所述测量仪包括存储信号触发器(2)、水位探测器(3)；

所述存储信号触发器(2)包括触碰单元(21)、接触单元(22)和与电源连接的吊装线缆(23)；

所述触碰单元(21)设置于接触单元(22)的下方，所述触碰单元(21)与接触单元(22)之间设置有弹簧(24)，弹簧(24)的相对两端分别连接触碰单元(21)的顶部和接触单元(22)的底部，所述弹簧(24)与触碰单元(21)和接触单元(22)之间均绝缘；

所述吊装线缆(23)连接接触单元(22)，所述触碰单元(21)和接触单元(22)分别电连吊装线缆(23)的正负极；

所述水位探测器(3)固定于存储信号触发器(2)上，所述水位探测器(3)通过信号线(31)电连控制终端(1)，所述吊装线缆(23)电连控制终端(1)；

所述接触单元(22)包括绝缘的护套(221)、金属的接触片(222)，所述护套(221)的底面开设有凹槽(223)，所述接触片(222)铺设于凹槽(223)侧壁表面；所述触碰单元(21)包括与凹槽形状匹配的金属的触碰头(211)，所述触碰头(211)位于凹槽(223)内且触碰头(211)的底面凸出于护套(221)的底面；

所述弹簧(24)的顶端连接凹槽(223)的槽底，底端连接触碰头(211)的顶部；

所述吊装线缆(23)贯穿护套(221)并通过连接接头与护套(221)固定，所述吊装线缆(23)的两极分别电连触碰头(211)和接触片(222)；

所述凹槽(223)的槽底开设有竖向延伸的盲孔(224)，所述盲孔(224)内设置有形状与之匹配的导向柱(212)，所述导向柱(212)的顶端连接吊装线缆(23)，所述导向柱(212)的底端连接触碰头(211)的顶端；

所述导向柱(212)上开设有竖向延伸的弹簧通槽(213)，所述弹簧(24)插设于弹簧通槽(213)内，所述弹簧(24)的顶端连接盲孔(224)的顶部，底端连接触碰头(211)的顶部；

所述弹簧通槽(213)的数量为多个，多个所述弹簧通槽(213)沿导向柱(212)的周向等角度分布，每个所述弹簧通槽(213)内均设置有一个所述弹簧(24)；

所述护套(221)开设有顶部开口的容纳腔(225)，所述水位探测器(3)固定于容纳腔(225)内，所述容纳腔(225)的开口处通过螺堵密封，所述螺堵开设有信号线穿孔和进水孔，所述信号线(31)通过防水接头(226)固定于所述螺堵上并穿过所述信号线穿孔与水位探测器(3)电连。

2.根据权利要求1所述的适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：还包括进水管(6)，所述信号线(31)穿设于进水管(6)内；在所述进水管(6)上开设有尺寸大于信号线(31)的缺口，所述信号线(31)的底端通过所述缺口穿出进水管(6)并最终与水位探测器(3)电连；

所述进水管(6)的底端通过防水接头(226)固定于螺堵上并与容纳腔(225)连通。

3.根据权利要求2所述的适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：还包括机架(4)，所述机架(4)上设置有绕线盘(5)，所述吊装线缆(23)、进水管(6)均同步缠绕于绕线盘(5)上。

4.根据权利要求3所述的适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：所述绕线盘(5)为电动绕线盘，所述控制终端(1)电连绕线盘(5)。

5.根据权利要求3所述的适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：所述机架(4)设置有插槽的底托(7)，所述护套(221)插设于底托(7)的插槽内进行固定。

6.根据权利要求3所述的适航水深淤泥厚度快速测量系统，其特征在于：所述机架(4)上设置有滑轮组(8)，所述滑轮组(8)包括自左至右依次设置的张紧轮(81)、吊装线缆定滑轮(82)和进水管定滑轮(83)；所述吊装线缆(23)依次包绕在张紧轮(81)和吊装线缆定滑轮(82)上，所述进水管(6)依次包绕在张紧轮(81)、吊装线缆定滑轮(82)和进水管定滑轮(83)上。

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