一种侧扫式船舶吃水量检测系统及其同步工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种侧扫式船舶吃水量检测系统及其同步工作方法，所述的检测系统包括超声波发射阵列控制模块、超声波发射阵列、超声波接收阵列采集模块、超声波接收阵列、吃水检测处理单元和显示报警模块。本发明使用超声波发射阵列控制模块控制超声波发射阵列发出超声波的间隔时间以及使用超声波接收阵列采集模块控制延时时间，能够达到同步效果，因此不需要同步线进行同步控制；并且通过这种控制时间的方法，不需要测得超声波在水中的传播速度就能够准确测量，因此不需要声速测速仪对超声波的传播速度进行测量，大大节约了成本。
【专利说明】
一种侧扫式船舶吃水量检测系统及其同步工作方法
技术领域
[0001]本发明应用于船舶吃水检测领域，特别涉及一种侧扫式船舶吃水量检测系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着内河航运量的不断增加，对船舶载重的要求也越来越大，随之而来使得船舶吃水深度越来越深。为了保证船舶通航安全，必须对船舶的吃水量进行检测。现有侧扫式船舶吃水检测的工作原理是:通过船舶对超声波发射阵列发射超声波传输到超声波接收阵列的超声波路径的遮挡来判别船舶的吃水深度。该方法需要测得超声波在航道之间传输的时间，需要得知当前情况下超声波在水中传播的速度，同时需要同步系统对超声波发射阵列和超声波接收阵列的同步控制。此方法的弊端是:超声波在水中的传播速度会受到温度、水质的浑浊度、水泡等因素的影响，虽然有超声波测速仪测速，但仪器价格昂贵，不具有实用性;并且同步系统的安装不易实现，该吃水检测系统具有局限性。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种不需要测速仪与同步控制系统就能准确测量的侧扫式船舶吃水量检测系统及其同步工作方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0005]一种侧扫式船舶吃水量检测系统，包括超声波发射阵列控制模块、超声波发射阵列、超声波接收阵列采集模块、超声波接收阵列、吃水检测处理单元和显示报警模块；
[0006]所述的超声波发射阵列控制模块通过电缆或光纤的传输方式连接，控制超声波发射阵列；
[0007]所述的超声波发射阵列由η个相同的超声波发射传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等；
[0008]所述的超声波接收阵列采集模块采集超声波接收阵列的超声波信号；
[0009]所述的超声波接收阵列由η个相同的超声波接收传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；
[0010]相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；
[0011]所述的超声波发射阵列的最深处的超声波发射传感器与超声波接收阵列的最深处的超声波接收传感器处在同一个水平面上;且最深处的超声波发射传感器处在船舶吃水量超限的水平面上；
[0012]同一个水平面上的超声波发射传感器与超声波接收传感器构成一组传感器，共有η组传感器；
[0013]所述的吃水检测处理单元根据超声波发射传感器与超声波接收传感器所测得的数据计算得到所测船舶载重后的吃水量；
[0014]所述的的显示报警模块与吃水检测处理单元连接。
[0015]—种侧扫式船舶吃水量检测系统的同步工作方法，包括以下步骤:
[0016]A、超声波发射阵列和超声波接收阵列的安装
[0017]将超声波发射阵列固定安装在航道一侧，最上面的超声波发射传感器安装在水面以下，最深处的超声波发射传感器安装在船舶吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等;将超声波接收阵列固定安装在航道的另一侧，最上面的超声波接收传感器安装在水面以下，最深处的超声波接收传感器安装在船舶吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；同时保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等，最深处的超声波发射传感器与最深处的超声波接收传感器处在同一水平面上；
[0018]B、超声波发射阵列控制模块发出控制指令
[0019]将超声波发射传感器由最深处向水面依次标定为(A^A2,……，An}，对应的将超声波接收传感器由最深处向水面依次标定为……，Bn}，则超声波发射阵列控制模块的作用是:控制超声波发射传感器六工发出超声波，超声波接收阵列采集模块判断超声波接收传感器仏是否采集到直达的超声波信号。若未采集到，说明超声波发射传感器A1到超声波接收传感器扮超声波传输路径被船舶遮挡，即为船舶吃水量超限;若超声波发射传感器^发出的超声波被超声波接收传感器仏接收到，说明船舶吃水量未超限，此时通过超声波发射阵列控制模块在间隔时间长度!^后，控制超声波发射传感器如开始发射超声波，由超声波接收传感器B2进行接收;再通过超声波发射阵列控制模块在间隔时间长度1~2后，让超声波发射传感器A3开始发射超声波，让超声波接收传感器B3进行接收;依次类推，直至通过超声波发射阵列控制模块在间隔时间长度Tn后让超声波发射传感器六?开始发射超声波，让超声波接收传感器^进行接收；间隔时间长度T1、T2、……、Tn之间的关系为T2 = 2T!，T3 = 3T!，…，Tn = η
T1
[0020]C、超声波接收阵列采集模块采集数据
[0021 ]根据步骤B，当超声波发射传感器A1、超声波接收传感器仏未被船舶遮挡时，超声波发射传感器Ai发出的超声波被超声波接收传感器Bi收到。在超声波发射传感器Ai发出的超声波经过间隔时间长度!^后，超声波发射传感器A2发射超声波，超声波接收阵列采集模块采集到超声波接收传感器仏信号的同时开始进行延时。延时!^时间后控制超声波接收传感器B2开始接收，即可接收到超声波发射传感器A2发射过来的直达波。同理，在超声波发射传感器^发出的超声波经过间隔时间Tx后，超声波发射传感器Ax发射超声波，并且在接收到信号的同时，同样也延时时间Tx，超声波接收传感器Bx开始接收，即可接收到超声波发射传感器Ax发射过来的直达波;χ=1，2，......，η。
[0022]D、吃水量检测
[0023]在经过步骤C后，将采集到的信号通过吃水检测处理单元进行处理，得到船舶的吃水量。
[0024]Ε、报警显示
[0025]通过吃水检测处理单元处理后，如果待测船舶载重后吃水量超过预警值，显示报警模块报警并报告待测船舶吃水量。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0027]本发明使用超声波发射阵列控制模块控制超声波发射阵列发出超声波的间隔时间以及使用超声波接收阵列采集模块控制延时时间，能够达到同步效果，因此不需要同步线进行同步控制;并且通过这种控制时间的方法，不需要测得超声波在水中的传播速度就能够准确测量，因此不需要声速测速仪对超声波的传播速度进行测量，大大节约了成本。
【附图说明】
[0028]本发明共有附图5幅，其中:
[0029]图1为本发明的结构示意图。
[0030]图2为本发明的工作流程图。
[0031]图3为本发明的发射数据帧示意图。
[0032]图4为本发明的接收数据帧示意图。
[0033]图5为本发明的安装工作示意图。
[0034]图中:1、超声波发射阵列控制模块，2、超声波发射阵列，3、超声波接收阵列采集模块，4、超声波接收阵列，5、吃水检测处理单元，6、显示报警模块，7、船舶。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
[0036]如图1-5所示，一种侧扫式船舶吃水量检测系统，包括超声波发射阵列控制模块1、超声波发射阵列2、超声波接收阵列采集模块3、超声波接收阵列4、吃水检测处理单元5和显示报警模块6;
[0037]所述的超声波发射阵列控制模块I通过电缆或光纤的传输方式连接，控制超声波发射阵列2;
[0038]所述的超声波发射阵列2由η个相同的超声波发射传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等；
[0039]所述的超声波接收阵列采集模块3采集超声波接收阵列4的超声波信号；
[0040]所述的超声波接收阵列4由η个相同的超声波接收传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；
[0041]相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；
[0042]所述的超声波发射阵列2的最深处的超声波发射传感器与超声波接收阵列4的最深处的超声波接收传感器处在同一个水平面上;且最深处的超声波发射传感器处在船舶7吃水量超限的水平面上；
[0043]同一个水平面上的超声波发射传感器与超声波接收传感器构成一组传感器，共有η组传感器；
[0044]所述的吃水检测处理单元5根据超声波发射传感器与超声波接收传感器所测得的数据计算得到所测船舶7载重后的吃水量；
[0045]所述的的显示报警模块6与吃水检测处理单元5连接。
[0046]如图1-5所示，一种侧扫式船舶吃水量检测系统的同步工作方法，包括以下步骤:
[0047]Α、超声波发射阵列2和超声波接收阵列4的安装
[0048]将超声波发射阵列2固定安装在航道一侧，最上面的超声波发射传感器安装在水面以下，最深处的超声波发射传感器安装在船舶7吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等;将超声波接收阵列4固定安装在航道的另一侧，最上面的超声波接收传感器安装在水面以下，最深处的超声波接收传感器安装在船舶7吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；同时保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等，最深处的超声波发射传感器与最深处的超声波接收传感器处在同一水平面上，如图5所示；
[0049]B、超声波发射阵列控制模块I发出控制指令
[0050]将超声波发射传感器由最深处向水面依次标定为{Ai，A2，......，An}，对应的将超声波接收传感器由最深处向水面依次标定为……，Bn}，则超声波发射阵列控制模块I的作用是:控制超声波发射传感器六:发出超声波，超声波接收阵列采集模块3判断超声波接收传感器扮是否采集到直达的超声波信号。若未采集到，说明超声波发射传感器A^lj超声波接收传感器扮超声波传输路径被船舶7遮挡，即为船舶7吃水量超限;若超声波发射传感器A1发出的超声波被超声波接收传感器B1接收到，说明船舶7吃水量未超限，此时通过超声波发射阵列控制模块I在间隔时间长度1^后，控制超声波发射传感器如开始发射超声波，由超声波接收传感器B2进行接收;再通过超声波发射阵列控制模块I在间隔时间长度!^后，让超声波发射传感器A3开始发射超声波，让超声波接收传感器B3进行接收;依次类推，直至通过超声波发射阵列控制模块I在间隔时间长度Tn后让超声波发射传感器六?开始发射超声波，让超声波接收传感器⑴进行接收；间隔时间长度……、Tn之间的关系为T2 = 2TbT3 =3Τι，...，Τη = η Ti，如图3所示。
[0051 ] C、超声波接收阵列采集模块3采集数据
[0052]根据步骤B，当超声波发射传感器A1、超声波接收传感器仏未被船舶7遮挡时，超声波发射传感器Ai发出的超声波被超声波接收传感器Bi收到。在超声波发射传感器Ai发出的超声波经过间隔时间长度!^后，超声波发射传感器A2发射超声波，超声波接收阵列采集模块3采集到超声波接收传感器B1信号的同时开始进行延时。延时T1时间后控制超声波接收传感器出开始接收，即可接收到超声波发射传感器A2发射过来的直达波。同理，在超声波发射传感器A1发出的超声波经过间隔时间Tx后，超声波发射传感器Ax发射超声波，并且在接收到信号的同时，同样也延时时间Τχ，超声波接收传感器Bx开始接收，即可接收到超声波发射传感器Ax发射过来的直达波;X = I，2，……，η，如图4所示。
[0053]D、吃水量检测
[0054]在经过步骤C后，将采集到的信号通过吃水检测处理单元5进行处理，得到船舶7的吃水量。
[0055]Ε、报警显示
[0056]通过吃水检测处理单元5处理后，如果待测船舶7载重后吃水量超过预警值，显示报警模块6报警并报告待测船舶7吃水量。
【主权项】
1.一种侧扫式船舶吃水量检测系统，其特征在于:包括超声波发射阵列控制模块(I)、超声波发射阵列(2)、超声波接收阵列采集模块(3)、超声波接收阵列(4)、吃水检测处理单元(5)和显示报警模块(6); 所述的超声波发射阵列控制模块(I)通过电缆或光纤的传输方式连接，控制超声波发射阵列(2); 所述的超声波发射阵列(2)由η个相同的超声波发射传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等； 所述的超声波接收阵列采集模块(3)采集超声波接收阵列(4)的超声波信号； 所述的超声波接收阵列(4)由η个相同的超声波接收传感器组成，按垂直方向安装在水面下，且相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等； 相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等； 所述的超声波发射阵列(2)的最深处的超声波发射传感器与超声波接收阵列(4)的最深处的超声波接收传感器处在同一个水平面上；且最深处的超声波发射传感器处在船舶(7)吃水量超限的水平面上； 同一个水平面上的超声波发射传感器与超声波接收传感器构成一组传感器，共有η组传感器； 所述的吃水检测处理单元(5)根据超声波发射传感器与超声波接收传感器所测得的数据计算得到所测船舶(7)载重后的吃水量； 所述的的显示报警模块(6)与吃水检测处理单元(5)连接。2.—种侧扫式船舶吃水量检测系统的同步工作方法，其特征在于:包括以下步骤: Α、超声波发射阵列(2)和超声波接收阵列(4)的安装 将超声波发射阵列(2)固定安装在航道一侧，最上面的超声波发射传感器安装在水面以下，最深处的超声波发射传感器安装在船舶(7)吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔D相等;将超声波接收阵列(4)固定安装在航道的另一侦U，最上面的超声波接收传感器安装在水面以下，最深处的超声波接收传感器安装在船舶(7)吃水量超限的水平面上，并保持相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等；同时保持相邻两个超声波发射传感器之间的垂直间隔与相邻两个超声波接收传感器之间的垂直间隔D相等，最深处的超声波发射传感器与最深处的超声波接收传感器处在同一水平面上； B、超声波发射阵列控制模块(I)发出控制指令 将超声波发射传感器由最深处向水面依次标定为(A^A2,……，Αη}，对应的将超声波接收传感器由最深处向水面依次标定为……，Bn}，则超声波发射阵列控制模块(I)的作用是:控制超声波发射传感器六工发出超声波，超声波接收阵列采集模块(3)判断超声波接收传感器扮是否采集到直达的超声波信号;若未采集到，说明超声波发射传感器A^lj超声波接收传感器仏超声波传输路径被船舶(7)遮挡，即为船舶(7)吃水量超限;若超声波发射传感器A1*出的超声波被超声波接收传感器仏接收到，说明船舶(7)吃水量未超限，此时通过超声波发射阵列控制模块(I)在间隔时间长度!\后，控制超声波发射传感器A2开始发射超声波，由超声波接收传感器出进行接收;再通过超声波发射阵列控制模块(I)在间隔时间长度T2后，让超声波发射传感器A3开始发射超声波，让超声波接收传感器B3进行接收;依次类推，直至通过超声波发射阵列控制模块(I)在间隔时间长度Tn后让超声波发射传感器六?开始发射超声波，让超声波接收传感器仏进行接收;间隔时间长度T1、T2、……、Tn之间的关系为T2 =2Τι，Τ3 = 3Τι，...，Tn=n Ti； C、超声波接收阵列采集模块(3)采集数据 根据步骤B，当超声波发射传感器A1、超声波接收传感器仏未被船舶(7)遮挡时，超声波发射传感器Ai发出的超声波被超声波接收传感器Bi收到;在超声波发射传感器Ai发出的超声波经过间隔时间长度!^后，超声波发射传感器A2发射超声波，超声波接收阵列采集模块(3)采集到超声波接收传感器B1信号的同时开始进行延时;延时T1时间后控制超声波接收传感器出开始接收，即可接收到超声波发射传感器A2发射过来的直达波；同理，在超声波发射传感器A1发出的超声波经过间隔时间Tx后，超声波发射传感器Ax发射超声波，并且在接收到信号的同时，同样也延时时间Tx，超声波接收传感器Bx开始接收，即可接收到超声波发射传感器Ax发射过来的直达波;χ=1，2，......，η; D、吃水量检测 在经过步骤C后，将采集到的信号通过吃水检测处理单元(5)进行处理，得到船舶(7)的吃水量； Ε、报警显示 通过吃水检测处理单元(5)处理后，如果待测船舶(7)载重后吃水量超过预警值，显示报警模块(6)报警并报告待测船舶(7)吃水量。
【文档编号】G01S15/88GK106054201SQ201610368534
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】熊木地, 刘超, 陆雷, 王莹, 乌旭
【申请人】大连海事大学