机5的输出轴与齿轮齿条升降机构6 -端固定，当 减速步进电机5转动时通过齿轮啮合带动固定在上面的声纳换能器1做直线运动。
[0035] 在本实施例中，所述的驱动系统采用基于STM32系列单片机为核心的嵌入式开发 板，通过RS232串口通信接口与计算机8进行通信，通过PWM波输出控制减速步进电机5。 串口通信协议包含控制减速步进电机5起停信号和脉冲计数值t。
[0036] 在本发明实施例中，所述的计算机8上运行的船舶吃水检测软件的功能为：控制 步进电机起停，解算、显示和存储水深数据，报警显示。其中所述的报警显示功能解释为：根 据测得的船舶吃水量S判断是否超限，若超限则由报警模块显示其吃水量。
[0037] 利用上述基于单波束侧扫技术的船舶吃水深度检测系统实现的检测方法，如图3 所示，它包括以下步骤：
[0038] S1、控制运动组件按设定的运动方式将声纳换能器从水面向水下下降，声纳换能 器开始测量其与船舶的水平距离D ;
[0039] S2、当声纳换能器所测的距离发生突变，设突变前声纳换能器所测距离为Di，突变 后所测距离为D2, vwatCT、分别为超声波在水中和空气中的传输速度，若前后测得距离之 比满足：
[0041] 其中，Δ为对超声波传输速度之比设定的阈值，此时判定声纳换能器刚进入水 面，记录此时刻；
[0042] S3、设定所测距离的有效测量范围为[D_，D_];声纳换能器继续下降，直至所测 距离满足以下条件：
[0043] D<Dninlg D>Dnax
[0044] 则判定声纳换能器已扫描至船底，记录此时刻；
[0045] S4、在S2与S3记录的时刻之间，声纳换能器下降的位移，即为船舶吃水深度。
[0046] 优选的，所述的运动组件包括减速步进电机和齿轮齿条升降机构；
[0047] S1中运动组件的运动方式为：预设减速步进电机的步长L，每移动一个步长，计数 器加1，同时测量一次声纳换能器与船舶之间的距离；
[0048] S2和S3分别记录当时计数器的值t。和t 1;
[0049] S4通过S2和S3的计数器的值的差、步长L、以及齿轮半径r，计算声纳换能器下降 的位移S，如图4所示：
[0050] 3 =
[0051] 在具体应用时，可将本发明系统设置在船舶停靠的岸边，或者船舶的船舷上，对超 声波传输速度之比设定的阈值A根据经验值设定，所测距离的有效测量范围[D_，D_]根 据测量初始状态超声波与船舶之间的距离估算。
[0052] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术 人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依 据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 基于单波束侧扫技术的船舶吃水深度检测系统，其特征在于：它包括： 单波束声纳扫描系统，包括用于测量与船舶之间距离的声纳换能器和用于接收声纳换 能器采集的距离数据的测深仪主机； 子控制系统，包括用于带动声纳换能器垂直升降的运动组件及用于给运动组件信号的 驱动系统； 主控系统，用于设定运动组件的运动方式、控制运动组件按其运动方式升降、同时接收 测深仪主机的距离数据，结合运动组件的运动位移和测深仪主机采集的距离数据，计算船 舶吃水深度。2. 根据权利要求1所述的基于单波束侧扫技术的船舶吃水深度检测系统，其特征在 于：所述的运动组件包括减速步进电机和齿轮齿条升降机构。3. 利用权利要求1所述的基于单波束侧扫技术的船舶吃水深度检测系统实现的检测 方法，其特征在于：它包括以下步骤： 51、 控制运动组件按设定的运动方式将声纳换能器从水面向水下下降，声纳换能器开 始测量其与船舶的水平距离； 52、 当声纳换能器所测的距离发生突变，设突变前声纳换能器所测距离为D1，突变后所 测距离为D2, vwatCT、Vall^分别为超声波在水中和空气中的传输速度，若前后测得距离之比满 足：其中，A为对超声波传输速度之比设定的阈值，此时判定声纳换能器刚进入水面，记 录此时刻； 53、 设定所测距离的有效测量范围为[D_，D_];声纳换能器继续下降，直至所测距离 满足以下条件： DOniinS D>D _ 则判定声纳换能器已扫描至船底，记录此时刻； 54、 在S2与S3记录的时刻之间，声纳换能器下降的位移，即为船舶吃水深度。4. 根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述的运动组件包括减速步进电机 和齿轮齿条升降机构； Sl中运动组件的运动方式为：预设减速步进电机的步长L，每移动一个步长，计数器加 1，同时测量一次声纳换能器与船舶之间的距离； S2和S3分别记录当时计数器的值； S4通过S2和S3的计数器的值的差、步长、以及齿轮半径，计算声纳换能器下降的位移。
【专利摘要】本发明提供一种基于单波束侧扫技术的船舶吃水深度检测系统，包括：单波束声纳扫描系统，包括用于测量与船舶之间距离的声纳换能器和用于接收声纳换能器采集的距离数据的测深仪主机；子控制系统，包括用于带动声纳换能器垂直升降的运动组件及用于给运动组件信号的驱动系统；主控系统，用于设定运动组件的运动方式、控制运动组件按其运动方式升降、同时接收测深仪主机的距离数据，结合运动组件的运动位移和测深仪主机采集的距离数据，计算船舶吃水深度。本发明通过测得声纳换能器从水面下降到船底的位移，即可获得船舶的吃水深度，原理简单可行，并且所采用的设备简单，成本低廉，降低了安装和维护的难度与成本。
【IPC分类】B63B39/12
【公开号】CN105416524
【申请号】CN201510906199
【发明人】陈德山, 谢朔, 李吉祥, 初秀民, 陈先桥, 刘怀汉
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月9日