CN114283562B - 一种海上栈桥预警系统及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上栈桥预警系统，包括栈桥桁架、若干栈桥单元、警示灯以及能量管控模块，所述栈桥单元阵列式排布于栈桥桁架内，栈桥单元相互接触的表面之间设置压电片，所述能量管控模块采集压电片产生的电压值，并根据电压值控制警示灯工作进行预警。在栈桥单元表面设置压电片测量海浪对栈桥的影响程度，并将影响程度通过警示灯显示，实现通行等级即当前海浪等级的可视化。

Description

一种海上栈桥预警系统及其预警方法

技术领域

本发明涉及海上作业辅助设备，具体是涉及一种海上栈桥预警系统及其预警方法。

背景技术

船舶、海工装备在海上作业时易受到海洋波浪、风力等影响，其平稳性受到挑战。当船舶执行海上任务时(如风电运维、海上登靠或输送)，海洋环境的影响给海上作业人员的安全性带来极大挑战。如何安全、高效、可靠完成海上有人作业成为一项亟待解决的问题。

为完成海上工程作业，海上作业船舶需要配备登靠设备。海上登靠栈桥的存在极大程度的可增大海上作业人员的安全性，提高海上作业的效率。海上登靠栈桥受海浪影响大，海上登靠栈桥的运行状态严重影响登靠的效率与安全，如何安全高效通过栈桥是海上登靠作业追求的目标。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种栈桥状态可视化的海上栈桥预警系统。

本发明还提供一种海上栈桥预警系统的预警方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种海上栈桥预警系统，包括栈桥桁架，还包括若干栈桥单元、警示灯以及能量管控模块，所述栈桥单元阵列式排布于栈桥桁架内，栈桥单元相互接触的表面之间设置压电片，所述能量管控模块采集压电片产生的电压值，并根据电压值控制警示灯工作进行预警。

进一步的，所述栈桥单元采用立方体，栈桥单元立方体三个相互垂直的表面上分别设置有压电片。

进一步的，所述栈桥单元立方体的顶点处设置弹性连接件，栈桥单元的六个面通过弹性连接件连接。

进一步的，所述栈桥单元内部填充软材料，软材料用于吸附波浪能。

进一步的，所述能量管控模块采集压电片产生的电能，并将采集的电能用于警示灯供能或进行存储。

进一步的，所述能量管控模块包括整流-阈值管控模块、微控芯片和电能管控模块，所述整流-阈值管控模块用于采集压电片产生的电压值及采集压电片产生的电能，并根据电压值控制警示灯工作进行预警，微控芯片控制整流-阈值管控模块将采集的电能存储至电能管控模块中或用于警示灯供电，所述微控芯片还用于控制电能管控模块向警示灯供电。

进一步的，所述能量管控模块包括三个整流-阈值管控模块，三个整流-阈值管控模块分别独立连接栈桥单元立方体三个不同表面上的压电片，所述警示灯包括三个警示灯单元，三个整流-阈值管控模块分别独立控制三个警示灯单元。

进一步的，所述警示灯包括三个颜色，用于显示海浪影响较小、海浪影响较大以及海浪影响很大三种海况预警。

本发明还采用一种海上栈桥预警系统的预警方法，包括以下步骤：

步骤1：根据海况等级分级，设置对应海况等级的电压阈值；

步骤2：设置对应海况等级与警示灯的映射关系；

步骤3：实时采集压电片产生的电压值，并判断该电压值对应的海况等级；

步骤4：控制对应海况等级的警示灯亮起。

进一步的，所述海况等级分为海浪影响较小、海浪影响较大以及海浪影响很大三种。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是在栈桥单元表面设置压电片测量海浪对栈桥的影响程度，并将影响程度通过警示灯显示，实现通行等级即当前海浪等级的可视化。栈桥单元通过内部的软材料吸收部分波浪能，降低波浪对栈桥的影响；栈桥单元顶点处的弹性连接件可允许栈桥单元小幅度柔性形变，又可防止栈桥单元的大变形。压电片不仅可以测量海浪对栈桥的振动，还能在海浪影响情况下产生电能，实现测量-产能一体化。

附图说明

图1为本发明海上栈桥预警系统的结构示意图；

图2为本发明中栈桥单元的结构示意图；

图3为本发明中栈桥单元的内部结构示意图；

图4为本发明中能量管控模块的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种海上栈桥预警系统，包括栈桥桁架1、若干栈桥单元2、警示灯4以及能量管控模块3，栈桥单元2阵列式排布于栈桥桁架 1内，栈桥单元2与栈桥桁架1不连接或者柔性连接，栈桥单元2与栈桥桁架1 不连接时，栈桥桁架设置框架限制栈桥单元2的位移，栈桥单元2之间不连接或者柔性连接，栈桥单元2之间存在放置压电片的间隙，同时两者可以对压电片进行作用，在本实施例中，栈桥单元2采用立方体，栈桥单元立方体的顶点处设置弹性连接件204，栈桥单元的六个面通过弹性连接件204连接，在本实施例中，弹性连接件采用扭簧，扭簧使栈桥单元六个面一定幅度变形运动，允许栈桥单元 2小幅度柔性形变，但变形运动增强时，扭簧的反作用力越大，扭簧防止栈桥单元2发生较大形变，防止栈桥单元2运动过大造成不可逆的损坏。

如图2所示，栈桥单元2三个相互垂直的表面上分别设置有X向压电片201、 Y向压电片202及Z向压电片203，使得阵列排布的每两个栈桥单元2之间均有压电片，该三个方向的压电片可测量海浪作用于栈桥时引起的三个方向的振动，对海浪影响的全方位体现，同时压电片在测量海浪影响时产生电能。栈桥单元2 内部填充软材料205，可以吸收部分波浪能从而降低波浪引起的栈桥振动。

能量管控模块3采集压电片产生的电压值以及电能，如图3所示，能量管控模块3包括整流-阈值管控模块、微控芯片304和电能管控模块305，整流-阈值管控模块采集压电片产生的电压值，并设置警示灯进行预警的电压阈值，根据实时采集的电压值控制警示灯工作进行预警，在本实施例中，整流-阈值管控模块内设置三个级别的电压阈值，分别对应三级海浪影响等级。第一级电压阈值对应警示灯中的绿灯，当实时采集到低于第一级电压阈值的压电片电压值时，整流- 阈值管控模块控制警示灯显示绿色，表明当前海浪影响较小，栈桥状态安全性较高；第二级电压阈值对应警示灯中的黄灯，当实时采集到高于第一级电压阈值，且低于第二级电压阈值的压电片电压值时，整流-阈值管控模块控制警示灯显示黄色，表明当前海浪影响较大，栈桥状态安全性一般；第三级电压阈值对应警示灯中的红灯，当实时采集到高于第二级电压阈值的压电片电压值时，整流-阈值管控模块控制警示灯显示红色，表明当前海浪影响很大，栈桥状态安全性较低，此时最好禁止通行。

在本实施例中，能量管控模块3包括三个整流-阈值管控模块(301、302、 303)，整流-阈值管控模块301对X向压电片201进行整流及电压阈值管理，整流-阈值管控模块302对Y向压电片202进行整流及电压阈值管理，整流-阈值管控模块303对Z向压电片203进行整流及电压阈值管理。警示灯包括三个警示灯单元(4、5、6)，整流-阈值管控模块301控制警示灯单元4，整流-阈值管控模块302控制警示灯单元5，整流-阈值管控模块303控制警示灯单元6，不同方向上的压电片通过不同的警示灯单元单独进行预警显示，可以判断此时海浪的影响情况。

压电片可测量海浪作用于栈桥时引起的振动，同时也会产生电能，整流-阈值管控模块采集压电片产生的电能，微控芯片控制整流-阈值管控模块将采集的电能存储至电能管控模块中或用于警示灯供电，微控芯片304控制整流-阈值管控模块将对电能管控模块进行安全充电；在海浪影响较小时，压电片发电量较小，微控芯片304对电能管控模块305进行放电管理，对警示灯持续供能，保证其长时间工作。在海浪影响变大后，压电片发电量增大，整流-阈值管控模块能量收集产能增加，微控芯片304首先控制整流-阈值管控模块将采集的电能用于警示灯供电，存在多余的电能再存储至电能管控模块，此时电能管控模块停止放电。

本实施例中的海上栈桥预警系统，不仅可以实现海上波浪对栈桥影响程度的测量，还能通过波浪能收集实现自供电；通过整流-阈值管控模块不同等级的阈值设定与警示灯三色(绿、黄、红)建立映射关系，实现栈桥通行安全性与海上波浪等级的可视化；通过栈桥单元内的软材料吸收部分波浪能，降低波浪对栈桥的影响；能量管控模块可实现高产能时的能量储存，还可以实现低产能时放能对工作模块的持续功能，该海上栈桥预警系统可实现传感-产能-显示一体化。

Claims (9)

1.一种海上栈桥预警系统，包括栈桥桁架（1），其特征在于，还包括若干栈桥单元（2）、警示灯（4）以及能量管控模块（3），所述栈桥单元（2）阵列式排布于栈桥桁架内，栈桥单元（2）相互接触的表面之间设置压电片，所述能量管控模块采集压电片产生的电压值，并根据电压值控制警示灯（4）工作进行预警；

所述栈桥单元（2）采用立方体，栈桥单元立方体三个相互垂直的表面上分别设置有压电片；三个方向的压电片分别测量海浪作用于栈桥时引起的三个方向的振动。

2.根据权利要求1所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述栈桥单元立方体的顶点处设置弹性连接件（204），栈桥单元的六个面通过弹性连接件（204）连接。

3.根据权利要求2所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述栈桥单元内部填充软材料（205），软材料（205）用于吸附波浪能。

4.根据权利要求1所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述能量管控模块（3）采集压电片产生的电能，并将采集的电能用于警示灯（4）供能或进行存储。

5.根据权利要求4所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述能量管控模块（3）包括整流-阈值管控模块、微控芯片（304）和电能管控模块（305），所述整流-阈值管控模块用于采集压电片产生的电压值及采集压电片产生的电能，并根据电压值控制警示灯（4）工作进行预警，微控芯片（304）控制整流-阈值管控模块将采集的电能存储至电能管控模块（305）中或用于警示灯供电，所述微控芯片（304）还用于控制电能管控模块（305）向警示灯供电。

6.根据权利要求5所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述能量管控模块（3）包括三个整流-阈值管控模块，三个整流-阈值管控模块分别独立连接栈桥单元立方体三个不同表面上的压电片，所述警示灯包括三个警示灯单元，三个整流-阈值管控模块分别独立控制三个警示灯单元。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的海上栈桥预警系统，其特征在于，所述警示灯包括三个颜色，用于显示海浪影响较小、海浪影响较大以及海浪影响很大三种海况预警。

8.一种如权利要求1~7任意一项所述的海上栈桥预警系统的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据海况等级分级，设置对应海况等级的电压阈值；

步骤2：设置对应海况等级与警示灯的映射关系；

步骤3：实时采集压电片产生的电压值，并判断该电压值对应的海况等级；

步骤4：控制对应海况等级的警示灯亮起。

9.根据权利要求8所述的海上栈桥预警系统的预警方法，其特征在于，所述海况等级分为海浪影响较小、海浪影响较大以及海浪影响很大三种。