一种船用固体散装货物液化报警系统和散货船的制作方法

本发明涉及一种报警系统，尤其是涉及一种船用固体散装货物液化报警系统和散货船。

背景技术：

海运是国际物流中最主要的运输方式。目前，国际贸易总运量中的2/3以上，中国进出口货运总量的约90％都是利用海上运输。2020年初，全球100总吨及以上商船总数为9.8万艘，总计20.6亿吨。对于大宗散装货物，通常都是通过散货船进行运输的。散货船是散装货船的简称，其专门用来运输不加包装的货物，如煤炭、矿石、谷盐、水泥等大宗干散货物。截至2020年12月底，全球干散货市场船舶总计12312艘，运力总计9.12亿吨。

船舶在海上航行时受到风浪载荷会发生摇荡，主发动机、发电机和其它机械设备会使船体结构产生震动。易流态化固体散货在外界激励载荷作用下会使其原有结构破坏，固体颗粒间的水分受挤压而运动，造成部分货物区域黏度下降，流动性增强，并进而随船舶摇荡发生流动，导致船舶稳定性不足，严重时甚至造成船舶倾覆，带来重大的人员及财产损失。

根据国际干散货船东协会统计，自2009年至2018年，共有48艘万吨级以上散货船因事故完全损失，共造成188名船员丧生，其中因散装货物液化损失船舶9艘，导致101位船员丧生。由此可见，在所有的事故类型中，散装货物液化导致的船舶事故后果最为严重。

针对散装货物液化(即流态化)常用的监控办法是在航行过程中海况良好时由船员打开货舱盖进行人工探测。然而，由于该方式受天气、海况以及船员专业水平和责任心的影响，这种人工监控方式经常无法及时有效地进行；尤其是货舱货物液化并对船舶造成威胁通常都是在不良天气和海况的情况下发生的，而此时货舱舱盖必须严格封闭，人工探测无法进行，从而无法有效保障散装货物运输时的稳定性和安全性。

目前，尚无技术手段对散货船装载易流态化散装货物时货物是否流态化进行监控，从而产生较大的安全隐患，严重威胁船舶安全及船员生命。鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船用固体散装货物液化报警系统和散货船，该报警系统能够对散货船货舱内散装货物的液化情况进行全天候实时监测并在货物产生液化时报警，报警的可靠性高，有利于提高船舶运输固体散装货物时的安全性。

本发明提供一种船用固体散装货物液化报警系统，包括电源、物位传感器、信号采集器、电脑控制终端和报警器；其中：

电源用于向物位传感器和信号采集器供电；

物位传感器实时监测散装货物的位置信息并将位置信息转换为信号传输至信号采集器；

信号采集器采集物位传感器传输的信号并将信号传输至电脑控制终端；

电脑控制终端接收信号采集器传输的信号并在散装货物的位置超过预设阈值时触发报警信号；

报警器在接收到报警信号时进行报警。

在一实施方式中，电源用于将船舶电力系统的电力转换为物位传感器和信号采集器适用的电力。

在一实施方式中，船用固体散装货物液化报警系统包括多个物位传感器，多个物位传感器分别安装于多个货舱的上部，多个货舱分别具有各自的编号，每一物位传感器用于实时监测散装货物到该物位传感器的距离信息。

进一步地，物位传感器为雷达传感器、激光传感器或超声波传感器。

在一实施方式中，电脑控制终端集成有计算分析模块，计算分析模块用于将散装货物到物位传感器的距离信息换算为散装货物的高度信息并根据高度信息绘制货物高度随时间变化的曲线。

进一步地，电脑控制终端能够根据散装货物的种类更改报警阈值以完成报警功能设置。

进一步地，电脑控制终端能够实时监控散装货物的高度信息，并在散装货物的位置超过预设报警阈值时显示报警货舱编号并触发报警器。

在一实施方式中，报警器为声光报警器，声光报警器包括报警灯和电声报警器。

进一步地，船用固体散装货物液化报警系统还包括显示器，显示器用于实时显示电脑控制终端的人机交互界面，显示器能够实时显示散装货物的高度信息、货物高度随时间变化的曲线、报警的货舱编号以及系统功能信息。

本发明还提供一种散货船，设有上述任一所述的船用固体散装货物液化报警系统。

本发明的船用固体散装货物液化报警系统利用物位传感器实时监测散装货物的位置信息，电脑控制终端在散装货物的位置超过预设阈值时触发报警器进行报警，从而能够对散货船货舱内散装货物的液化情况进行全天候、24h的实时监测并在货物产生液化时提供报警，该报警系统不依赖天气、海况以及船员的专业水平，避免了人工监控所存在的各种不确定性，报警的安全性和可靠性高，有利于提高船舶运输固体散装货物时的安全性，进而避免人员及财产损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式的船用固体散装货物液化报警系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：电源；2：物位传感器；3：信号采集器；4：电脑控制终端；5：报警器；6：显示器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例的船用固体散装货物液化报警系统，包括电源1、物位传感器2、信号采集器3、电脑控制终端4和报警器5；其中：电源1用于向物位传感器2和信号采集器3供电；物位传感器2实时监测散装货物的位置信息并将位置信息转换为信号传输至信号采集器3；信号采集器3采集物位传感器2传输的信号并将信号传输至电脑控制终端4；电脑控制终端4接收信号采集器3传输的信号并在散装货物的位置超过预设阈值时触发报警信号；报警器5在接收到报警信号时进行报警。

本实施例的船用固体散装货物液化报警系统主要用于对散货船货舱中装载的固体散装货物的液化情况进行监测并在散装货物发生液化时进行报警，以便使船员尽早采取安全措施以避免散装货物继续发生液化并保证船舶和船员的安全，进而保证散装货物运输时的安全性。

在上述报警系统中，电源1主要用于向物位传感器2和信号采集器3供电；对电源1的具体类型和供电方式不作严格限制，只要能够实现上述供电功能即可，例如电源可以将船舶电力系统的电力转换为物位传感器和信号采集器适用的电力(主要指电压、交/直流形式)。在本实施例中，电源1可以采用将散货船电力系统的交流电转换为24v的直流电的方式向物位传感器2和信号采集器3供电；在其它实施例中，也可以采用本领域的其它常规供电装置进行供电。

本实施例的报警系统工作原理为：当货舱内的散装货物发生液化时，货物的高度将产生一定的变化。具体地，在船舶摇晃不剧烈时，货物高度将会有一定程度的上升或下降；当船舶摇晃剧烈时，由于液化货物将产生自由液面，并随船舶摇晃在货舱内晃荡，使得货物高度不稳定。因此，通过对货舱内散装货物的高度进行实时监测即可获取散装货物的液化情况，若散装货物的高度变化超过报警阈值的变化量时，通过电脑控制终端4触发报警器5进行报警即可用于提醒船员尽早采取安全措施以避免散装货物发生液化并保证船舶和船员安全。

物位传感器2主要用于实时监测散装货物的位置信息；对该位置信息不作严格限制，可以是散装货物的高度信息或与散装货物的高度信息相关的位置信息；可以理解，如物位传感器2用于监测与散装货物的高度信息相关的位置信息，则后续可通过电脑控制终端4将散装货物的位置信息换算为高度信息。

在本实施例中，物位传感器2用于实时监测散装货物到物位传感器的距离信息(与高度信息相关)，此时物位传感器2可以安装于货舱上部；在其它实施例中，物位传感器2也可以直接实时监测散装货物的高度位置。对物位传感器2的具体类型不作严格限制，可以是雷达传感器、激光传感器、超声波传感器等，其通过传感器发射超声波、激光或电磁雷达信号并接受货物表面产生的回波信号来计算货物表面至传感器的距离，该距离即可视为散装货物的位置信息。物位传感器2在监测到散装货物的上述位置信息后，按一定规律将其变换成为电信号、数字信号或其他所需形式的信息输出。

物位传感器2可以设置为多个，多个物位传感器2可以分别安装于多个货舱的上部，多个货舱分别具有各自的编号，每一物位传感器2用于实时监测散装货物到该物位传感器2的距离信息；在散装货物的位置超过预设报警阈值时，电脑控制终端4能够显示报警货舱编号并触发报警器5。

信号采集器3主要用于采集物位传感器2传输的信号并将信号传输至电脑控制终端4。在物位传感器2输出数字信号时，信号采集器3可以直接采用数字信号并传输至电脑控制终端4；在物位传感器2输出电信号时，信号采集器3可以将电信号转换为数字信号后再传输至电脑控制终端4。

电脑控制终端4主要用于接收信号采集器3传输的信号并在散装货物的位置超过预设阈值时触发报警信号；对预设阈值的具体设置方式不作严格限制，例如可以设置为散装货物的正常高度范围(即未发生液化时的高度范围)，此时，电脑控制终端4在检测到散装货物的位置超过正常高度时触发报警信号。此外，预设阈值还可以设置为散装货物的高度变化最大值，即初始高度与发生液化时的高度之差，电脑控制终端4在检测到散装货物的位置变化超过该高度变化最大值时触发报警信号。预设阈值的具体值可根据散装货物的类型根据本领域常规方法测试得到，其可以预先设置在电脑控制终端4中。

进一步地，在本实施例的船用固体散装货物液化报警系统中，可以在电脑控制终端4中预设置多个针对不同类型散装货物的预设阈值，并且电脑控制终端4能够根据散装货物的类型设置对应的预设阈值。对散装货物的类型不作严格限制，例如可以是煤炭、矿石、谷盐、水泥等大宗干散货物。此时，电脑控制终端4能够根据散装货物的种类更改报警阈值以完成报警功能，从而能够对各种不同类型散装货物的液化情况进行监测和报警。

在本实施例中，由于物位传感器2实时监测散装货物到物位传感器的距离信息，因此电脑控制终端4还集成有计算分析模块，计算分析模块用于将散装货物到物位传感器2的距离信息换算为散装货物的高度信息并根据高度信息绘制货物高度随时间变化的曲线。对计算分析模块不作严格限制，只要能够实现相应的功能即可，例如可以是货物报警软件系统等，此时可以在电脑控制终端4中装载该货物报警软件系统从而实现上述功能。可以理解，本实施例的上述电脑控制终端4能够实时监控散装货物的高度信息、绘制货物高度随时间变化的曲线、显示报警的货舱编号、完成报警功能设置和实现其他系统功能。

报警器5主要用于在接收到报警信号时进行报警；对报警器5的类型不作严格限制，例如可以采用声光报警器等，声光报警器包括报警灯和电声报警器5，其能够同时发出声、光两种警报信号，具有良好的报警效果。

此外，本实施例的船用固体散装货物液化报警系统还可以包括显示器6，显示器6用于实时显示电脑控制终端的人机交互界面，包括实时显示散装货物的高度信息、货物高度随时间变化的曲线、发生报警的货舱编号、系统参数设定界面等信息，从而便于船员随时查看。

在散装货物海运过程中，如果货物产生液化，在平静海况下航行时货物的高度将会有一定程度的降低；在高海况下航行时，液化的货物将产生晃荡，货物的高度将会产生波动，这些货物高度的变化能够被本实施例的报警系统探测到并根据事先在电脑控制终端软件中设定的阈值发出报警，船员在收到报警信号后，可及根据现场情况及时启动应急预案，例如及时排出货舱水分、立即驶往附近的避风港、改变航向以减轻横摇、与公司或救援单位取得联系请求救援、启动弃船程序做好弃船准备工作以争取逃生的时间等。上述报警系统不依赖天气、海况以及船员的专业水平，避免了人工监控所存在的各种不确定性，报警的安全性和可靠性高。

本实施例的船用固体散装货物液化报警系统利用物位传感器2实时监测散装货物的位置信息，电脑控制终端4在散装货物的位置超过预设阈值时触发报警器5进行报警，从而能够对散货船货舱内散装货物的液化情况进行全天候、24h的实时监测并在货物产生液化时提供报警，该报警系统不依赖天气、海况以及船员的专业水平，避免了人工监控所存在的各种不确定性，报警的安全性和可靠性高，有利于提高船舶运输固体散装货物时的安全性，进而避免人员及财产损失。

实施例2

本实施例提供一种散货船，其设有船用固体散装货物液化报警系统，该船用固体散装货物液化报警系统包括电源、雷达物位传感器、信号采集器、电脑控制终端、报警软件系统和声光报警器。

电源用于向物位传感器和信号采集器供电。电源类型和电压不做严格限制，只要能够满足设备所需即可。

雷达物位传感器安装于货舱上部，用于探测货物到传感器的距离，并把特定的电流信号传送给信号采集器；其基本原理是通过垂直向下发射一定频率的电磁波，电磁波遇到货物上表面后向上反射回波，回波被传感器接收，通过计算发射与接收信号的时间差乘以光速并除以2，即可得到舱内货物上表面与传感器的距离。

当货舱货物液化时，货物高度将产生一定变化。在船舶摇晃不剧烈时，货物高度将会有一定程度的下降；当船舶摇晃剧烈时，由于液化货物将产生自由液面，并随船舶摇晃在货舱内晃荡，使货物高度不稳定。通过雷达物位传感器对货物上表面至传感器的距离进行实时监测并将数据发送至控制终端，控制终端通过软件换算出实时货物高度，当货物高度产生超过预设报警阈值的变化量时，自动发出信号至报警器发出报警。

信号采集器用于采集物位传感器发送的电信号，并将电信号转换为数字信号输送至电脑控制终端。

电脑控制终端用于装载货物报警软件系统，软件系统用于通过算法计算出货物高度，并随时间保持持续监测。当货物高度出现满足系统预设条件的变化值时，触发声光报警器。

声光报警器用于在接收到触发信号时，发出声光报警，其包括报警灯和电声报警器。

进一步地，船用固体散装货物液化报警系统还包括屏幕，屏幕用于显示货物实时高度，货物高度随时间变化曲线、报警的货舱编号和软件操作界面。

本实施例的散货船设置有上述报警系统，其通过物位传感器实时监控货舱货物到传感器的距离，并通过计算机控制终端将上述距离换算为舱内货物高度的实时信息，货物高度变化超过报警阈值时可以发出货物液化声光报警信号。此外，预装在控制终端的监控软件可以根据货物种类修改报警阈值，并且可以通过显示器显示软件界面，软件界面可以显示实时舱内货物高度、绘制货物高度随时间变化曲线以及查询任意时间舱内货物高度。

本实施例的散货船能够实现对货物液化情况的全天候、24小时监控，并提供报警，其不依赖于人工监控，避免了人工监控的各种不确定性，安全可靠；此外，该散货船能够针对不同货物设置科学的报警阈值，使报警可信可靠。本实施例的散货船通过在船舶货舱顶部安装上述物位传感器，结合信号输出设备和根据船舶实际状况设计的报警软件系统，可以实现对船舶货舱内货物高度的实时监控。如果货物产生液化，在平静海况下航行时货物的高度将会有一定程度的降低；在高海况下航行时，液化的货物将产生晃荡，货物页面的高度将会产生波动，这些货物高度的变化能够被报警系统探测到并根据事先在软件中的设定产生报警。本实施例的散货船能够对舱内的货物液化情况进行24小时实时监控，在货物产生液化时发出报警，使船员尽早采取安全措施，极大地提高了散货船在运输散装货物时的稳定性和安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。