CN113460262B - 一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统 - Google Patents

Abstract

一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，涉及船模实验技术领域，包括若干传感器、多通道数据采集仪以及数据分析控制柜，数据分析控制柜内设有主机，主机内设有数据分析系统及阀门控制系统，多通道数据采集仪通过有线或者无线的方式与主机信号连接，主机与舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的各个电动阀门通过有线或者点对点无线传输的方式连接，主机还配置有显示屏、键盘、鼠标、以及触摸屏。本发明实现了舰船搁浅破舱模拟中阀门控制的自动化、非接触化；同时，通过数据采集的方式获得舰船破仓搁浅的各项数据，采集完成后，通过简单的软件操作即可快速得到实验结果，实现船模三维姿态、进水量搁浅分力数据的实时显示。

Description

一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统

技术领域

本发明涉及船模实验技术领域，具体涉及一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统。

背景技术

随着我国经济高速发展及进出口贸易进一步增加，海上交通运输日益繁忙，大型化、现代化的船舶数量不断增加，在进行海上作业时，舰艇不可避免的发生搁浅，或者会触礁、受到撞击发生破损。目前大部分舰船上没有监测船舶姿态的装置，没有常规的方法解决，更多的是依靠舰船管理人员的经验调整压载自救或等待海上救捞队支援。现阶段实验研究中，可以应用舰船破舱模拟装置和舰船搁浅模拟装置，来获取船舶整体破损或搁浅时复杂的进水情况、姿态变化、搁浅力信息和稳性改变，但这两类模拟装置在数据采集处理和阀门控制方面仍有很大不足。

发明内容

本发明提供了一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，该系统在舰船破舱模拟装置和舰船搁浅模拟装置的基础上，实现了阀门控制的自动化、非接触化；同时，通过数据采集的方式获得舰船破仓搁浅的各项数据，采集完成后，通过简单的软件操作即可快速得到实验结果，实现船模三维姿态、进水量、搁浅分力数据的实时显示。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，包括用以安装在舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的若干传感器、通过无线或有线方式与传感器信号连接的多通道数据采集仪以及数据分析控制柜，所述的数据分析控制柜内设有主机，所述的主机内设有数据分析系统及阀门控制系统，所述的多通道数据采集仪通过有线或者无线的方式与主机信号连接，所述的主机与舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的各个电动阀门通过有线或者点对点无线传输的方式连接，所述的主机还配置有显示屏、键盘、鼠标、以及触摸屏。

优选的，所述的传感器包括若干拉压力传感器、若干倾角传感器、若干加速度传感器，所述的多通道数据采集仪对应设有若干电压输出型传感器接口及应变式传感器接口；所述的数据分析控制柜包括柜体、设于柜体前端上部的显示屏、设于柜体前端中部的触摸屏、设于触摸屏下方的键盘抽屉、设于触摸屏一侧的鼠标插座、设于键盘抽屉下方的主机室，所述的主机室内设有主机，所述的主机通过导线分别与触摸屏、显示屏、放置于键盘抽屉上的键盘以及鼠标插座电性连接，所述的鼠标插座连接有鼠标，所述的主机室内的一侧放置有多通道数据采集仪。

优选的，所述的数据分析系统包括舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块，所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块分别在显示屏上显示主界面A和主界面B，所述的主界面A和主界面B均实时显示船体模型的三维姿态。

优选的，所述的主界面A包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口I；用以显示计算信息、试验类型选择、计算功能按钮的功能窗口II；用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口III；所述的功能窗口I设有指南针，通过指南针及船体模型的三维姿态实时了解船体的姿态信息；所述的功能窗口II中，计算功能按钮包括包括进水量计算和稳性计算选择按钮，所述的试验类型选择设有针对每一个舱室进行各类破仓模拟的试验选项，所述的计算信息为计算过程中的实时信息。

优选的，所述的主界面B包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口IV,所述的功能窗口IV也设有指南针；还包括用以显示集中力作用点坐标输入口、各个拉压力传感器的数值输入口、试验类型选择以及计算功能按钮的功能窗口V，所述的试验类型选择设有若干搁浅状态的选择按钮，所述的计算功能按钮包括进水量计算和浮性计算选择按钮；还包括用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口VI。

优选的，所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块均设有数据采集时历曲线界面，通过数据采集时历曲线界面记录船体模型舱室进水全过程中的姿态变化、舱室进水深度、指定点吃水深度和加速度变化。

优选的，所述的舰船破舱数据分析模块内设有破舱进水量计算公式、平均吃水计算公式和破损船舶新的稳性高计算公式，通过自动将采集数据代入公式，再根据主界面A的人工选项和计算过程中的输入，直接得到破舱进水后船体模型的进水量、新的平均吃水和新的稳性高计算结果。

优选的，所述的舰船搁浅数据分析模块内设有搁浅力大小计算公式、作用点位置计算公式和损失的稳性高计算公式，通过自动将测得数据代入公式，再根据主界面B的人工选项和输入项，直接得到船体模型搁浅稳定后船体模型的姿态、新的平均吃水、搁浅合力大小、合力作用点坐标及损失的稳性高计算结果，在主界面B的功能窗口V中还设有分力与合力相对坐标示意图。

优选的，所述的阀门控制系统设有阀门控制模块，并在触摸屏上显示主界面C，所述的主界面C设有舰船结构图，以及针对各舱室的电动阀门的开关按钮，所述的开关按钮设有等待时间和开启时间设置按钮。

优选的，所述的数据分析控制柜内的下部还设有湿度温度监控系15，所述的湿度温度监控系15配置为对数据分析控制柜内的温湿度进行控制，并将实时温湿度数值显示于主界面C。

本发明一种基于延时模拟的城市供水管网的震后分析与优化方法具有如下有益效果：

本发明结构简单，实用而且方便，柜体做防水防潮处理、且内部设置有湿度温度监控系统，保证柜体内设备的良好作业环境；利用多通道数据采集仪实现多种类传感器的数据自动采集与实时数据记录；利用阀门控制系统实现远程控制阀门启闭，并限制进水时间，防止忘关阀门造成实验仪器沉入水中；利用数据分析系统实现三维姿态实时显示和数据的快速处理，提高了原舰船破舱模拟装置和舰船搁浅模拟装置的实验效率和质量。

附图说明

图1、本发明在进行实验时的总体结构概念图；

图2、本发明数据分析控制柜的结构示意图；

图3、本发明多通道数据采集仪的通道示意图；

图4、本发明主界面C的示意图；

图5、本发明主界面A的示意图；

图6、本发明主界面B的示意图；

图7、本发明数据采集时历曲线界面图；

1、柜体；2、电源电压表；3、启动和重启按键；4、键盘抽屉；5、多通道数据采集仪预留位置；6、主机室；7、鼠标插座；8、电源空气开关；9、触摸屏；10、多通道数据采集仪；11、数据分析控制柜；12、显示屏；13、阀门控制系统；14、主机；15、湿度温度监控系；16、电压信号通道；17、测力通道；18、电压输出型传感器接口；19、应变式传感器接口。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，如图1所示，包括用以安装在舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的若干传感器、通过无线或有线方式与传感器信号连接的多通道数据采集仪10以及数据分析控制柜11，所述的数据分析控制柜11内设有主机14，所述的主机14内设有数据分析系统及阀门控制系统13，所述的多通道数据采集仪10通过有线或者无线的方式与主机14信号连接，所述的主机14与舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的各个电动阀门通过有线或者点对点无线传输的方式连接，所述的主机14还配置有显示屏12、键盘、鼠标以及触摸屏9；

如图3所示，所述的传感器包括若干拉压力传感器、若干倾角传感器、若干加速度传感器，所述的多通道数据采集仪对应设有若干电压输出型传感器接口18及应变式传感器接口19，通过这些接口可连接多种传感器，采集拉力、水深压力、三轴角度和加速度信号，并具备同时完成信号的处理、显示、存储以及与其他子系统接口对接的功能，具备有线和无线数据采集功能，数据采集过程由配套系统软件辅助完成；拉压力传感器的设置位置可参考现有技术中的舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置，作用是检测各监测点的压力状态，以辅助下述的主界面B的搁浅试验中的进水量计算和浮性计算，由于相关内容为现有技术，故不做赘述；倾角传感器可检测舰船模型的倾斜状态，从而有助于了解舰船模型的三维姿态；通过在舰船模型的各部位设置加速度传感器，可了解舰船破损情况；

如图2所示，所述的数据分析控制柜包括柜体1、设于柜体1前端上部的显示屏12、设于柜体1前端中部的触摸屏9、设于触摸屏9下方的键盘抽屉4、设于触摸屏一侧的鼠标插座7、设于键盘抽屉4下方的主机室6，所述的主机室6内设有主机14，所述的主机14通过导线分别与触摸屏9、显示屏12、放置于键盘抽屉上的键盘以及鼠标插座7电性连接，所述的鼠标插座7连接有鼠标，所述的主机室内的一侧放置有多通道数据采集仪；如图1所示，数据分析控制柜还设有电源空气开关8、主机启动和重启按钮3、电源电压表2，各个设备均防水防锈处理；

如图5、6、7所示，所述的数据分析系统包括舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块，所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块分别在显示屏上显示主界面A和主界面B，所述的主界面A和主界面B均实时显示船体模型的三维姿态；

如图5所示，所述的主界面A包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口I；用以显示计算信息、试验类型选择、计算功能按钮的功能窗口II；用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口III；所述的功能窗口I设有指南针，通过指南针及船体模型的三维姿态实时了解船体的姿态信息；所述的功能窗口II中，计算功能按钮包括包括进水量计算和稳性计算选择按钮，所述的试验类型选择设有针对每一个舱室进行各类破仓模拟的试验选项，所述的计算信息为计算过程中的实时信息；

如图6所示，所述的主界面B包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口IV,所述的功能窗口IV也设有指南针；还包括用以显示集中力作用点坐标输入口、各个拉压力传感器的数值输入口、试验类型选择以及计算功能按钮的功能窗口V，所述的试验类型选择设有若干搁浅状态的选择按钮，所述的计算功能按钮包括进水量计算和浮性计算选择按钮；还包括用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口VI；

如图7所示，所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块均设有数据采集时历曲线界面，通过数据采集时历曲线界面记录船体模型舱室进水全过程中的姿态变化、舱室进水深度、指定点吃水深度和加速度变化；其中舱室进水深度及指定点吃水深度通过拉压力传感器检测，举例来说，舱室内的底部设有拉压力传感器，即可感知此点不同水深时的压力值，根据压力值可反向推算出进水深度；姿态变化由倾角传感器检测，加速度变化由加速度传感器检测，比如舱室外壁破坏时，安装在该处的加速度传感器会检测到与船体模型不一致的加速度变化；

如图5、7所示，所述的舰船破舱数据分析模块内设有破舱进水量计算公式、平均吃水计算公式和破损船舶新的稳性高计算公式，通过自动将采集数据代入公式，再根据主界面A的人工选项和计算过程中的输入，直接得到破舱进水后船体模型的进水量、新的平均吃水和新的稳性高计算结果；

如图6、7所示，所述的舰船搁浅数据分析模块内设有搁浅力大小计算公式、作用点位置计算公式和损失的稳性高计算公式，通过自动将测得数据代入公式，再根据主界面B的人工选项和输入项，直接得到船体模型搁浅稳定后船体模型的姿态、新的平均吃水、搁浅合力大小、合力作用点坐标及损失的稳性高计算结果，在主界面B的功能窗口V中还设有分力与合力相对坐标示意图；

如图3所示，所述的阀门控制系统设有阀门控制模块，并在触摸屏9上显示主界面C，所述的主界面C设有舰船结构图，以及针对各舱室的电动阀门的开关按钮，所述的开关按钮设有等待时间和开启时间设置按钮；等待时间设置，即设置相关的电动阀门在多久后打开或关闭，开启时间按钮即设置相关电动阀门开启持续的时间，并到时关闭；

如图1所示，所述的数据分析控制柜内的下部还设有湿度温度监控系15，所述的湿度温度监控系15配置为对数据分析控制柜内的温湿度进行控制，并将实时温湿度数值显示于主界面C；温湿度监控系统为现有技术内容，通常是通过温湿度传感器、控制器、制冷制热装置及除湿机构成，在此不做赘述。

本发明的使用原理：

1)舰船破舱模拟实验：将舰船破舱模拟装置上安装的传感器与多通道数据采集仪连接，连接时，将倾角传感器、加速度传感器接至电压输出型传感器接口，拉压力传感器接至应变式传感器接口；通过网线或点对点无线数据传输设备将多通道数据采集仪与主机连接，所采集的数据传输至阀门控制系统和数据分析系统；阀门控制系统通过主界面C操作，并控制某舱室阀门使其进水至指定模拟状态，然后关闭阀门；在数据分析系统中打开对应传感器的数据采集时历曲线界面，监测参数变化；待船舶状态稳定，各传感器示数稳定后，勾选主界面A的手动选择项，点击“进水量计算”得到该舱室进水体积及进水量，点击“稳性计算”得到船体模型的新的平均吃水和新稳性高；点击通道名称，更改通道名称为对应传感器位置，导出数据文件和时历曲线图。

2)舰船搁浅模拟实验：将舰船搁浅模拟装置上安装的传感器与多通道数据采集仪连接，连接时，倾角传感器、加速度传感器接至电压输出型传感器接口，拉压力传感器接至应变式传感器接口；通过网线或点对点无线数据传输设备将多通道数据采集仪与主机连接；通过舰船搁浅模拟装置上的液压升降机构，将船体顶起至指定模拟状态；在数据分析系统中打开对应传感器的数据采集时历曲线界面，监测参数变化；待船舶状态稳定，各传感器示数稳定后，勾选主界面B中的手动选择项，点击“浮性计算”得到搁浅合力大小、合力作用点坐标、船体模型新的平均吃水和损失的稳性高；点击通道名称，更改通道名称为对应传感器位置，导出数据文件和时历曲线图。需说明的是，此过程也适用于破舱模拟实验和搁浅模拟实验同时进行时的数据采集及分析。

Claims (6)

1.一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：包括用以安装在舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的若干传感器、通过无线或有线方式与传感器信号连接的多通道数据采集仪以及数据分析控制柜，所述的数据分析控制柜内设有主机，所述的主机内设有数据分析系统及阀门控制系统，所述的多通道数据采集仪通过有线或者无线的方式与主机信号连接，所述的主机与舰船破舱模拟装置或舰船搁浅模拟装置上的各个电动阀门通过有线或者点对点无线传输的方式连接，所述的主机还配置有显示屏、键盘、鼠标、以及触摸屏；

所述的数据分析系统包括舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块，所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块分别在显示屏上显示主界面A和主界面B，所述的主界面A和主界面B均实时显示船体模型的三维姿态；

所述的主界面A包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口I；用以显示计算信息、试验类型选择、计算功能按钮的功能窗口II；用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口III；所述的功能窗口I设有指南针，通过指南针及船体模型的三维姿态实时了解船体的姿态信息；所述的功能窗口II中，计算功能按钮包括进水量计算和稳性计算选择按钮，所述的试验类型选择设有针对每一个舱室进行各类破仓模拟的试验选项，所述的计算信息为计算过程中的实时信息；

所述的主界面B包括用以显示船体模型三维姿态的功能窗口IV,所述的功能窗口IV也设有指南针；还包括用以显示集中力作用点坐标输入口、各个拉压力传感器的数值输入口、试验类型选择以及计算功能按钮的功能窗口V，所述的试验类型选择设有若干搁浅状态的选择按钮，所述的计算功能按钮包括进水量计算和浮性计算选择按钮；还包括用以显示船体舱室分布、舱室长度和深度、船首和船尾吃水深度、左右各舱室进水深度的功能窗口VI；

所述的舰船破舱数据分析模块内设有破舱进水量计算公式、平均吃水计算公式和破损船舶新的稳性高计算公式，通过自动将采集数据代入公式，再根据主界面A的人工选项和计算过程中的输入，直接得到破舱进水后船体模型的进水量、新的平均吃水和新的稳性高计算结果。

2.如权利要求1所述的一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：所述的传感器包括若干拉压力传感器、若干倾角传感器、若干加速度传感器，所述的多通道数据采集仪对应设有若干电压输出型传感器接口及应变式传感器接口；所述的数据分析控制柜包括柜体、设于柜体前端上部的显示屏、设于柜体前端中部的触摸屏、设于触摸屏下方的键盘抽屉、设于触摸屏一侧的鼠标插座、设于键盘抽屉下方的主机室，所述的主机室内设有主机，所述的主机通过导线分别与触摸屏、显示屏、放置于键盘抽屉上的键盘以及鼠标插座电性连接，所述的鼠标插座连接有鼠标，所述的主机室内的一侧放置有多通道数据采集仪。

3.如权利要求1所述的一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：所述的舰船破舱数据分析模块及舰船搁浅数据分析模块均设有数据采集时历曲线界面，通过数据采集时历曲线界面记录船体模型舱室进水全过程中的姿态变化、舱室进水深度、指定点吃水深度和加速度变化。

4.如权利要求1所述的一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：所述的舰船搁浅数据分析模块内设有搁浅力大小计算公式、作用点位置计算公式和损失的稳性高计算公式，通过自动将测得数据代入公式，再根据主界面B的人工选项和输入项，直接得到船体模型搁浅稳定后船体模型的姿态、新的平均吃水、搁浅合力大小、合力作用点坐标及损失的稳性高计算结果，在主界面B的功能窗口V中还设有分力与合力相对坐标示意图。

5.如权利要求2所述的一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：所述的阀门控制系统设有阀门控制模块，并在触摸屏上显示主界面C，所述的主界面C设有舰船结构图，以及针对各舱室的电动阀门的开关按钮，所述的开关按钮设有等待时间和开启时间设置按钮。

6.如权利要求2所述的一种舰船破舱搁浅稳性数据采集与分析系统，其特征为：所述的数据分析控制柜内的下部还设有湿度温度监控系15，所述的湿度温度监控系15配置为对数据分析控制柜内的温湿度进行控制，并将实时温湿度数值显示于主界面C。

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