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原文传递一种基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统及方法

专利名称：	一种基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统及方法
摘要：	本发明提供一种基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统及方法。本发明系统，包括：固定模块、超声波传感器阵列模块、水压传感器模块、浮体补偿模块、摆角监测模块、数据处理模块；本发明方法，包括以下步骤：构建固定模块；构建超声波传感器阵列模块；构建水压传感器模块；构建浮体补偿模块；构建摆角监测模块；数据处理模块进行采集、计算；超声波传感器阵列安装在柔韧性强的缆绳上，相比于不锈钢支架，不仅耗材小，重量轻，可以实现自动升降，便于安装与检修，可以横跨整个百米航道，实现对大范围以内的通航船舶进行吃水测量。本发明中的具有柔性架构的缆绳容易调整挠度，减小并补偿系统误差，提高测量精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连海事大学
发明人：	熊木地;王京京;刘泽荣;卢俊;司伟行
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910223540.9
公开号：	CN109733549A
代理机构：	大连东方专利代理有限责任公司
代理人：	姜玉蓉;李洪福
分类号：	B63B39/12(2006.01);B;B63;B63B;B63B39
申请人地址：	116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号
主权项：	1.一种基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统，其特征在于，包括：固定模块(1)、超声波传感器阵列模块(2)、水压传感器模块(3)、浮体补偿模块(4)、摆角监测模块(5)、数据处理模块(6)；所述的固定模块(1)为安装在航道两侧靠岸位置的固定桩，两束缆绳横跨整个航道，并缠绕在固定桩上固定，固定桩依据水位变化实现自动升降；所述的超声波传感器阵列模块(2)为多个超声波传感器，其等间距的安装在缆绳上，用于测量缆绳与通航船舶(7)的间距；所述的水压传感器模块(3)为安装在检测门上的压力传感器，用于实时监测水位变化；所述的浮体补偿模块(4)为多个浮体，其采用多点安装的方式，等间距的安装在缆绳的下方，用于抵消减少缆绳的弯曲程度，平衡缆绳重力，抵消挠度，补偿系统误差；所述的摆角监测模块(5)为安装在缆绳中心位置的倾角传感器，用于监测缆绳摆动的角度；所述的数据处理模块(6)安装在岸上的电气柜中，用来将对超声波传感器阵列模块(2)和水压传感器模块(3)测量的数据采集传输后进行处理，计算出通航船舶(7)的吃水值。 2.根据权利要求1所述的基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统，其特征在于，所述的固定桩由液压装置驱动的固定柱和混凝土浇灌而成的基座组成，固定柱能够根据所述水压传感器模块(3)监测的水位值进行自动升降调整。 3.根据权利要求1所述的基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统，其特征在于，所述的两束缆绳的间距为超声波传感器的直径，以便在其间安装所述超声波传感器阵列模块(2)。 4.根据权利要求1所述的基于柔性架构支撑的仰扫式船舶吃水检测系统，其特征在于，所述的数据处理模块(6)还可以实时响应所述摆角监测模块(5)的指令并与所述固定模块(1)通信实现自动升降。 5.一种基于柔性架构支撑的仰扫式吃水检测系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建固定模块(1)；固定模块(1)为安装在航道两侧靠岸位置的固定桩，固定桩由液压装置驱动的固定柱和混凝土浇灌而成的基座组成，固定柱可以根据水压传感器模块(3)监测的水位值进行自动升降调整，将两束横跨整个航道的缆绳缠绕在固定柱上并固定，并尽量平行绷直，保证两束缆绳之间的间距为超声波传感器的直径以便在其间安装传感器阵列模块(2)；步骤2：构建超声波传感器阵列模块(2)；步骤21：确定超声波传感器阵列模块(2)即缆绳在水中的安装位置；设通航船舶(7)的吃水量为D，因天气、季节、水流因素导致的水位变化值为D1(实际中0D+D1；步骤22：在缆绳上以等间距d的距离安装M个朝向水面的超声波传感器，构成超声波传感器阵列模块(2)，则第n个超声波传感器与靠岸左侧的固定桩的距离Sn为： Sn＝(n-1)d n＝1、2、…、M；缆绳的总长度为： S＝(M-1)d；步骤23：根据超声波传感器的两个参数波束角θ和指向性ω，当波束角越小时，指向性越大，超声波传感器发挥的性能越好，将超声波传感器阵列模块(2)通过安装盒水平固定在两束平行缆绳之间；步骤3：构建水压传感器模块(3)；在两束缆绳上同时以等间距d1安装N个水压传感器，用来测定两束缆绳各处与水平面的间距H，检验两束缆绳是否平行于水平面；第i个水压传感器与靠岸左侧的固定桩的距离Si为： Si＝(i-1)d1 i＝1、2、…、N 由此得出各个水压传感器在缆绳上的安装位置，构成水压传感器模块(3)；步骤4：构建浮体补偿模块(4)；在缆绳不发生挠度变化的情况下，设第i个水压传感器测得的距离水面深度值为Hi，则构成的数组为{H1，H2，H3......Hi}；在缆绳发生挠度变化之后和有船舶通过的情况下，设水压传感器测得的距离水面深度值为hj，构成的数组为{h1，h2，h3......hj}，则缆绳的挠度补偿值Δh为： Δh＝Hi-hj 采用多点安装的方式，将浮体安装在每个超声波传感器旁，使缆绳往上偏移Δh达到水平位置，通过不断观察各处水压传感器与水面的间距Hi来增减浮体的数量，构成浮体补偿模块(4)，当Hi的值接近一致时则缆绳整体达到平衡状态；步骤5：构建摆角监测模块(5)；将二维倾角传感器安装在缆绳中心位置，构成摆角监测模块(5)，对缆绳的左右摆角Δθx和上下摆角Δθy进行监测，当缆绳居中水平时，摆角Δθx＝Δθy＝0，当缆绳出现左右或上下偏移时，判断Δθx、Δθy与二维倾角传感器的有效测量角度θ有效的大小，当Δθx、Δθy大于θ有效时，则二维倾角传感器返回一个指令控制数据处理模块(6)取消采集，当缆绳摆角在正常范围内时则启动数据处理模块(6)进行采集，保证数据的准确性；步骤6：数据处理模块(6)进行采集、计算；数据处理模块(6)采集超声波传感器阵列模块(2)测得缆绳与通航船舶(7)底部的间距h和水压传感器模块(3)测得的缆绳与水平面的间距H，通过计算得到通航船舶(7)的吃水值D＝H-h，完成通航船舶(7)吃水测量。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤6中还包括所述数据处理模块(6)可以实时响应所述摆角监测模块(5)的指令并与所述固定模块(1)通信实现自动升降的过程。
所属类别：	发明专利