一种内河船舶电子水尺的制作方法

文档序号:10028008阅读:1365来源:国知局
一种内河船舶电子水尺的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于液位测量领域,涉及一种电子水尺,尤其涉及一种内河船舶电子水尺。
【背景技术】
[0002]近年来,随着长江黄金水道的开发建设,沿岸地区经济得到飞速发展,长江干线货物运输量也呈现逐年上升的趋势。2013年,长江干线完成货物通过量19.2亿吨,同比增长6.7% ;完成外贸货物吞吐量2.49亿吨,同比增长11.2% ;完成集装箱吞吐量1357万TEU,同比增长9.1%。货运量的不断增加导致船舶运力的不断扩大,目前长江干线货船平均吨位已突破1000吨,三峡库区货船平均吨位达1600吨,货运船舶大型化趋势明显,船舶吃水也不断增加。
[0003]与船舶大型化趋势相比,长江航道建设发展却相对滞后,特别是长江西线和湖北荆江航段,在枯水期航道维护水深留足过船富余水深仅2.4米。以5000吨级,II型标准船为例,其型深为6.2米,满载吃水5.3米;如船东严格按照长江航道局公布的维护水深装载且不论其经济效益如何,仅船舶自身操纵性和安全性均会因吃水不足而下降,因此多数船东选择超吃水冒险开航。此外,船舶超载、船舶载运易流态货物因自由液面效应导致吃水失衡发生倾覆事故时有发生,对人民生命财产安全构成严重威胁。而海事监管对船舶吃水的感知还停留在现场蹲守、肉眼查看的状态,电子巡航系统基本不能显示,即使显示也是人工后继录入的结果,真实性大打折扣。
[0004]综上所述,开展内河船舶电子水尺/载重线技术开发,使船舶吃水通过船舶AIS、FRID技术、3G无线传输等手段自动在船舶动态系统、电子巡航系统中显示,并且与船舶主机启动系统互锁,在源头上防止船舶超载、超吃水航行,把牢船舶适航关,这将对长江干线航运的安全畅通和水环境保护起到巨大的推动作用。
[0005]目前,电子水尺已广泛应用于水文测量和航道养护,其测量数据与现代通信技术相结合,可实现水位信息的实时遥测和动态监控。电子水尺用于船舶吃水和海事监管尚处于起步阶段,但其技术已经成熟,开展内河船舶电子水尺/载重线技术开发不存在技术障碍。
[0006]电子水尺液位测量方法主要有超声波检测法、激光测距法和水压力检测法,前两者由于测量动态吃水误差较大,测量数据易受环境、波浪影响,故目前实际应用中采用水压力检测法较广,使用水压力检测法,使用较多的方法有双传感器检测法。对于传感器检测法而言,具体采用以下方式:
[0007]1、双传感器检测法
[0008]由于吃水深度不但与水压有关,还与水密度和重力加速度有关,而不同水域和不同季节的水密度和重力加速度值也有差别,从而会带来测量误差。为消除误差,可采用双传感器检测法,既在空船吃水线以下部位,用两个压力传感器以固定的间距上下分布,同一时刻检测出两个传感器上的压力值,经过比例运算消除水密度和重力加速度的影响。这种方法虽然可以消除水密度和重力加速度的影响,且与船的俯仰角无关,但这种方案并未考虑船体横滚角的影响,如果船体的横滚角较大的话,会带来较大的测量误差。另外双传感器检测法不容易施工,船体外面不好加装,船舷容易碰撞,而且为了方便日常维护和保证船体外壳的强度.传感器不适合直接安装在船舷表面。
[0009]2、六面水尺检测法
[0010]考虑到测量过程会受到波浪的影响,船舶在水中有可能处于横倾和纵倾状态,因此考虑选取多个采样点来进行压力检测,六面水尺检测法,即在左右舷的首、中、尾的空船水线以下设置六组压力传感器。这种方法通过观测船舶6面吃水深度的数据,通过计算机根据实时六面数据计算出船舶的平均吃水、吃水差、横倾角、纵倾角、摇摆周期及初稳性高度等指标。这种方法可以比较准确的测量出船舶的吃水深度,但是要安装六个传感器,成本较高,在船体上安装和维护都比较困难。
【实用新型内容】
[0011]为了解决上述技术问题,本实用新型的目的在于提供一种检测精度高以及便于检测的内河船舶电子水尺。
[0012]为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
[0013]一种内河船舶电子水尺,其特征在于:所述内河船舶电子水尺包括ARM控制器、串口 WIFI模块、电源、液位传感器、A/D转换器、I2C总线、MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计以及MEMS三轴磁力计;所述MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计以及MEMS三轴磁力计分别通过I2C总线接入ARM控制器;所述液位传感器通过A/D转换器接入ARM控制器;所述串口 WIFI模块以及电源分别接入ARM控制器。
[0014]作为优选,本实用新型所采用的ARM控制器采用的芯片是STM32F103TB。
[0015]作为优选,本实用新型所采用的MEMS三轴陀螺仪以及MEMS三轴加速度计采用的芯片是MPU-6050。
[0016]作为优选,本实用新型所采用的MPU-6050的角速率量程为±250° /s、±500° /S、±1000° /s 或 ±2000° /s。
[0017]作为优选,本实用新型所采用的MPU-6050的加速度测量范围为±2g、±4g、±8或
±16go
[0018]作为优选,本实用新型所采用的MEMS三轴磁力计是三轴地磁传感器。
[0019]作为优选,本实用新型所采用的MEMS三轴磁力计是HMC5983L。
[0020]作为优选,本实用新型所采用的液位传感器是GB-2100A。
[0021]本实用新型的优点是:
[0022]本实用新型提供了一种内河船舶电子水尺,包括ARM控制器、串口 WIFI模块、电源、液位传感器、A/D转换器、I2C总线、MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计以及MEMS三轴磁力计;MEMS三轴陀螺仪、MEMS三轴加速度计以及MEMS三轴磁力计分别通过I2C总线接入ARM控制器;液位传感器通过A/D转换器接入ARM控制器;串口 WIFI模块以及电源分别接入ARM控制器。本实用新型首先通过液位计测量出安装点的水深,再用惯导设备测试出船体的俯仰和横滚等倾角,通过计算出船实际的吃水水位,通过吃水水位查载重表,查出实际载重量,最后与准载重量比较后将是否超重信息通过串口或蓝牙传递至船舶AIS终端。通过本实用新型所提供的内河船舶电子水尺将吃水信息实时输入船载AIS终端,AIS终端自动将该信息报送电子巡航系统,从而为系统决策船舶是否超载、超吃水航行提供实时准确信息,也为海事执法人员远程执法提供法律依据和可能。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型所提供的内河船舶电子水尺的原理框图;
[0024]图2是本实用新型所提供的内河船舶电子水尺的测量原理示意图;
[0025]图3是本实用新型的使用状态示意图;
【具体实施方式】
[0026]参见图1,本实用新型所提供的内河船舶电子水尺包括ARM控制器,三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴磁力计,液位计以及串口 WiFi模块组成。
[0027]其中,ARM控制器的芯片选用STM32F103TB,该芯片是基于Cortex_M3的内核,有128KB的内存存储器,和20KB
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