【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶吃水检测，特别是一种宽范围船舶吃水检测系统。
技术介绍
1、现有的侧扫式船舶吃水检测系统，采用超声波传感器固定在安装架上，放置在通航航道的水下，可以检测船舶吃水深度，该系统通过发射端的超声波传感器发送超声波进行吃水测量，随着社会的进步，申报过闸的船舶大型化趋势日益明显，现如今，提高门槛水深要求一再提出，船舶吃水深度范围变化大，通过增加超声波传感器数量来增加侧扫吃水检测范围，可以解决上述问题。
2、上述方法的缺点是：
3、现如今，船舶吃水深度区间范围大，如果想要实现高精度侧扫式船舶吃水检测，需要数十对甚至几百对超声波传感器，超声波发射器与超声波接收器器件造价昂贵，通过增加传感器对数的方式解决吃水深度大范围的问题经济效益很差，并且大规模的超声波传感器阵列，势必造成维修价格昂贵，维修困难等问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种超声波传感器使用效率高、纵向测量范围广的宽范围船舶吃水检测系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种宽范围船舶吃水检测系统，包括n对超声波传感器、两个拉绳位移传感器、两个卷扬机、两个钢板、两个钢制凹槽、fpga发射端电路板、fpga接收端电路板、超声波液位传感器和计算机；
3、所述两个钢制凹槽垂直固定安装在航道的两侧、钢制凹槽的开口相对；所述两个钢板分别安装在两个钢制凹槽内、且与钢制凹槽滑动连接；
4、所述两个卷扬机分别固定安装在航道
5、每对超声波传感器包括一个超声波发射器和一个超声波接收器；所述超声波发射器沿钢板长度方向固定安装在一个钢板上、构成超声波发射器阵列；所述超声波接收器沿钢板长度方向固定安装在另一个钢板上、构成超声波接收器阵列；每对超声波传感器位于同一个水平高度上；
6、所述两个拉绳位移传感器分别固定安装在两个卷扬机上，用于测量卷扬机钢缆伸长或缩短的相对长度；
7、所述超声波液位传感器固定安装水面上方，用于测量航道水底与水面的距离，并将获得的数据输送给计算机；
8、所述fpga发射端电路板固定安装在超声波发射器阵列上，用于控制超声波发生器发射超声波；
9、所述fpga接收端电路板固定安装在超声波接收器阵列上，用来收集超声波接收器的遮挡情况；
10、所述计算机通过光纤分别与拉绳位移传感器、卷扬机、fpga发射端电路板、fpga接收端电路板和通航数据中心连接。
11、进一步地，所述钢板为窄长形状钢板，所述钢制凹槽为窄长形状凹槽。
12、进一步地，所述窄长形状钢板的长度为l、宽度为m；所述窄长形状凹槽与窄长形状钢板尺寸匹配，窄长形状凹槽厚度为w、内侧宽度为q，q大于窄长形状钢板宽度m。
13、进一步地，所述钢制凹槽的横截面形状为一侧开口的长方形，开口的宽度小于凹槽内侧宽度q、小于钢板宽度m、并且大于超声波传感器直径z。
14、进一步地，所述宽范围船舶吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：
15、a、将水位计测得的航道水底与实时水平面的距离h、数据中心获得的船舶吃水值a、拉绳位移传感器获得的实时位移值x、钢板长度l传送给计算机；
16、b、在计算机中建立拉绳位移传感器获得的实时位移值x与相对于航道水底高度x的一一对应关系，计算机根据收到的x，运算得出当前钢板顶端到水底的距离x，将x与h-a比较大小，判定卷扬机下一步是放线还是收线动作并进一步运算出收线或放线的距离；
17、c、运算完成后，计算机发送命令控制卷扬机放线或收线动作，使x-l/2与h-a相等；
18、d、当钢板在水中调整到合适水平高度后，由计算机发送给通航数据中心一个信号，允许船舶通过吃水检测系统；
19、e、船舶经过吃水检测系统时，fpga发射端电路板控制超声波发射器发射超声波信号，fpga接收端电路板将超声波接收器采集到的数据打包，并通过光纤传输给计算机，窄长形钢板相对于水底距离为x米，窄长钢板上的超声波传感器个数为n，在窄型钢板上垂直安装一列超声波传感器，从上到下为超声波传感器序号1、2...n，其中第1个传感器与第n个传感器分别于安装于窄长形钢板两端，fpga接收端电路板采集到被遮挡传感器的个数为v个，将遮挡传感器个数v传入计算机中，设长为l的窄长形钢板上有i的距离被遮挡，计算机计算i的取值，i取值满足下式：
20、
21、l-i距离未遮挡，则计算机得出吃水值d满足下式：
22、d＝h+i-x (2)
23、进一步地，步骤b中所述判定卷扬机下一步是放线还是收线动作并进一步运算出收线或放线的距离的方法如下：
24、若计算机对比得计算机控制卷扬机放线，放线长度为δa，满足下式：
25、δa＝x-l/2-h+a (3)
26、若计算机对比得计算机控制卷扬机收线，收线长度为δb，满足下式：
27、δb＝h-a-x+l/2 (4)
28、若计算机对比的则直接对船舶吃水值进行检测。
29、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
30、1、本专利技术中超声波传感器具有非常高的使用效率，为了满足大范围的船舶吃水检测，以前侧扫式吃水检测系统需要整个检测范围安装超声波传感器，现如今部分大型船舶吃水量大，但大型船舶占比较低，这就导致以前的吃水检测系统处于深水部分的超声波传感器使用效率非常低，但为了应对少数大型船舶吃水检测，深水部分的超声波传感器又是不可或缺的，而本系统只需在长度为l的钢板上安装超声波传感器，与传统相比，采用超声波传感器的个数是非常少的，并且该系统可以实现水深h的全范围吃水检测，因此该系统纵向测量范围广。
31、2、本专利技术中所需的传感器个数少，带来较高的经济效益，并且后续的维修费用较低。
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1.一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：包括n对超声波传感器、两个拉绳位移传感器(4)、两个卷扬机(3)、两个钢板、两个钢制凹槽(11)、FPGA发射端电路板(8)、FPGA接收端电路板(9)、超声波液位传感器(10)和计算机(5)；
2.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述钢板为窄长形状钢板，所述钢制凹槽(11)为窄长形状凹槽。
3.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述窄长形状钢板的长度为L、宽度为M；所述窄长形状凹槽与窄长形状钢板尺寸匹配，窄长形状凹槽厚度为W、内侧宽度为Q，Q大于窄长形状钢板宽度M。
4.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述钢制凹槽(11)的横截面形状为一侧开口的长方形，开口的宽度小于凹槽内侧宽度Q、小于钢板宽度M、并且大于超声波传感器直径Z。
5.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述宽范围船舶吃水检测系统的工作方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于
...【技术特征摘要】
1.一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：包括n对超声波传感器、两个拉绳位移传感器(4)、两个卷扬机(3)、两个钢板、两个钢制凹槽(11)、fpga发射端电路板(8)、fpga接收端电路板(9)、超声波液位传感器(10)和计算机(5)；
2.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述钢板为窄长形状钢板，所述钢制凹槽(11)为窄长形状凹槽。
3.根据权利要求1所述一种宽范围船舶吃水检测系统，其特征在于：所述窄长形状钢板的长度为l、宽度为m；所述窄长形状凹槽与窄长形状钢板尺寸匹配，窄长形状凹槽厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊木地，高天浩，文亦凡，王克路，张皓鹏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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