CN213057438U - 一种快速高精度监测动吃水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的一种快速高精度监测动吃水设备，包括换能器(1)，用于固定钢制连接管(4)和感应所述换能器(1)所在位置水位的感应电极(3)的感应电极固定支架(2)，用于测量电缆(5)中电流大小的电极感应器(6)，用于将所述电极感应器(6)测量的模拟电流信号转换为数字电流信号的A/D转换器(7)，用于处理所述A/D转换器(7)转换的数字信号的微处理器芯片(8)，用于实时接收所述微处理器芯片(8)发送的电压信号、并换算成动态吃水数据的终端设备(9)；其中，所述电极感应器(6)、A/D转换器(7)、微处理器芯片(8)、终端设备(9)依次相连。本实用新型可靠性高，测量精度达到毫米级。

Description

一种快速高精度监测动吃水设备

技术领域

本实用新型实施例测量动吃水技术领域，具体涉及一种快速高精度监测动吃水设备。

背景技术

测深仪换能器主要有两种安装方式，一种是固定式安装，即将体积较大的换能器固定安装在船底；另一种式便携式安装，即将体积小的换能器进行悬挂式安装，便于拆卸。无论哪种换能器，都安装在水下，距水面一定距离处，由水面至换能器底面的垂直距离称为换能器吃水改正数。在水深测量过程中，船舶因波浪的影响与船体本身(形状、大小)、航速、潮汐、海浪、流速、风向风力以及航向因素有关。船舶姿态测定包括三部分：纵摇倾角、横摇倾角和动态吃水量，若能测定运动载体瞬间姿态，并予以姿态改正，则可大大削弱波浪的影响，从而大大提高水下地形测量的精度。测量船航行时，由于水流的作用，出现船艉下坐、船艏上翘的现象，这种现象引起船舶吃水改变，其相对于静态吃水的改变量，称之为船舶动态吃水。显然，船舶不同部位的动态吃水一般是不同的，船艉的动吃水较大，船头的动吃水较小甚至是负的；通常相对水流越快水深越浅，船舶动态吃水越大。对于沿海近岸的航道锚地等浅水区的水深测量，与潮汐一样，船舶动态吃水是不可忽视的影响因素。由于载体是依靠螺旋桨的转动排水并由水的反作用力推动载体向前或向后运动，在这个运动的过程中，螺旋桨转动速度的变化使载体的速度相应发生变化。由于螺旋桨设置在载体的尾部，推进力的转动有一个过程，造成载体吃水的变化，从而给测深带来误差。由于载体的推进力受多种因素影响而变化，因此动吃水也是变化的，因而表现为系统误差和随机误差相混的复合误差。影响载体动吃水的因素很多，过程也很复杂。

现有技术常采用(1)模型改正法、(2)水准尺定点观测法、(3)水准仪固定断面法、(4)GPS载波相位测量等方法来进行纠正误差，但这些方法均存在一定的局限。

模型改正法分为固定值改正法和函数改正法。一般情况下，测船在走航过程中，一般会保持一定的航速，因此，最简单的改正方法是在测定该速度下的动吃水值，将其作为固定值输入测深仪，这种方法可称为固定值改正法。在船只较大的情况下，测船的动态吃水对速度较为敏感，速度的微变化也能引起动吃水的较大变化。在这个情况下，需要测定不同速度下的动吃水值，建立动吃水与船速的函数关系，在数据处理时，根据测量时的即时船速作动吃水的改正。

水准尺定点观测法在换能器位置设置水准尺，观测船只在静态和动态时的水尺读数，根据多次的观测结果，计算得到动吃水的平均值，以此作为此速度下的动吃水值。

GPS载波相位测量，目前的高性能GPS接收机实际观测值的更新率达到了20Hz，可以精确地进行高动态下载体的三维位置测量，在短基线(数千米范围内)条件下，能达到厘米级的三维位置测量精度，对于船只动吃水而言，这样的测量精度足够了，但是GPS安装测量不方便。测量可采用实时动态的方式或者后处理动态的方式，联合基准站的观测数据进行解算，采用合适的模型，消除船只姿态变化引起的动吃水测量的误差。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种快速高精度监测动吃水设备，以解决目前行业内船只姿态变化引起的换能器吃水测量的误差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种快速高精度监测动吃水设备，其具体技术方案如下：

根据本实用新型实施例提供的一种快速高精度监测动吃水设备，包括换能器(1)，用于固定钢制连接管(4)和感应所述换能器(1)所在位置水位的感应电极(3)的感应电极固定支架(2)，用于测量电缆(5)中电流大小的电极感应器(6)，用于将所述电极感应器(6)测量的模拟电流信号转换为数字电流信号的A/D转换器(7)，用于处理所述A/D转换器(7)转换的数字信号的微处理器芯片(8)，用于实时接收所述微处理器芯片(8)发送的电压信号、并换算成动态吃水数据的终端设备(9)；其中，所述电极感应器(6)、A/D转换器(7)、微处理器芯片(8)、终端设备(9)依次相连。

本实用新型提出的一种快速高精度监测动吃水设备，采用先进的微处理器芯片作为控制器的电极式水位传感器，具备高可靠性及抗干扰能力，利用水的导电性原理，通过钢制连接管内的感应电极感应吃水变化，经过微处理器计算处理后，将最终数据传输出去，由于感应电极采样精度与传感器的测量长度无关，且采用等精度测量，对不同变幅的应用环境，测量精度始终保持不变，测量精度达到毫米级。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种快速高精度监测动吃水设备的结构示意框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1为本实用新型实施例提供的一种快速高精度监测动吃水设备的结构示意框图，包括换能器(1)，用于固定钢制连接管(4)和感应所述换能器(1)所在位置水位的感应电极(3)的感应电极固定支架(2)，用于测量电缆(5)中电流大小的电极感应器(6)，用于将所述电极感应器(6)测量的模拟电流信号转换为数字电流信号的A/D转换器(7)，用于处理所述A/D转换器(7)转换的数字信号的微处理器芯片(8)，用于实时接收所述微处理器芯片(8)发送的电压信号、并换算成动态吃水数据的终端设备(9)；其中，所述电极感应器(6)、A/D转换器(7)、微处理器芯片(8)、终端设备(9)依次相连。

上述感应电极(3)是长条状电阻材料制作而成，该感应电极(3)是通过在电阻条两端施加安全电压，被水侵入的电阻条长度相当于短路状态，测量电路中的电流信号，从而得出换能器动态吃水深度。此外，感应电极(3)固定在(4)钢制连接管内的另一个原因是避免波浪或涌浪对换能器吃水读数的影响。感应电极固定支架(2)用于固定钢制连接管(4)中的感应电极(3)，使水位感应器固定不动，测量得出的数据更加精确。终端设备(9)将感应电极(3)两端的电压信号换算成动态吃水数据，传输给HYPACK软件，便于实时水深改正。钢制连接管(4)底部有缝隙，便于形成连通器原理，使得钢制连接管(4)内外的水位高一样。

本实用新型实施例是一种采用先进的微处理器芯片作为控制器的电极式水位传感器，具备高可靠性及抗干扰性能。利用水的导电性原理，通过钢制连接管内的感应电极感应吃水变化。经过微处理器计算处理后，将最终数据传输出去。由于感应电极采样精度与传感器的测量长度无关，且采用等精度测量，对不同变幅的应用环境，测量精度始终保持不变，测量精度达到毫米级。采用业内先进的生产工艺技术，不锈钢防护钢管，具备高可靠性及抗干扰性能、抗腐蚀、防冻、耐热、抗老化等特点，可在泥浆、大量沉淀物的水质等环境中使用，不受气压、温度、湿度、含沙量、冰冻等外界因素的影响，可应用于江河、湖泊、水库、泵站、水闸、水电站、灌区等水利工程中的水位监测，也可用于城市供水、城市污水处理、城市道路积水等市政工程的液位监测。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种快速高精度监测动吃水设备，其特征在于，包括换能器(1)，用于固定钢制连接管(4)和感应所述换能器(1)所在位置水位的感应电极(3)的感应电极固定支架(2)，用于测量电缆(5)中电流大小的电极感应器(6)，用于将所述电极感应器(6)测量的模拟电流信号转换为数字电流信号的A/D转换器(7)，用于处理所述A/D转换器(7)转换的数字信号的微处理器芯片(8)，用于实时接收所述微处理器芯片(8)发送的电压信号、并换算成动态吃水数据的终端设备(9)；其中，所述电极感应器(6)、A/D转换器(7)、微处理器芯片(8)、终端设备(9)依次相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述感应电极(3)是长条状电阻材料制作而成。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述感应电极(3)固定在所述钢制连接管(4)中。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述钢制连接管(4)的底部设置有用于形成连通器的缝隙。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微处理器芯片(8)采用16位的数字信号处理器DSP。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述DSP采用型号为DM642。

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