專(zhuān)利名稱(chēng)：一種船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶吃水深度的檢測(cè)技術(shù)，特別是一種船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
聲波頻率高于20kHz的為超聲波。超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透能力強(qiáng)，特別是對(duì)不透光的固體，超聲波能穿透幾十米的厚度，而且能夠得到較為集中的聲能。正是由于這樣的巨大優(yōu)勢(shì)，超聲波測(cè)距技術(shù)在水下目標(biāo)探測(cè)和定位識(shí)別等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了保障內(nèi)河航運(yùn)船舶和航道的運(yùn)行安全，需要在水下對(duì)船舶吃水深度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。現(xiàn)有的船舶吃水深度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是測(cè)量水面與船底之間的垂直高度。安裝方式如圖1所示，傳感器陣列檢測(cè)門(mén)兩端的浮體為兩艘船。工作原理為:設(shè)檢測(cè)門(mén)距離水面為H，向上傳感器測(cè)量的距離為X。貝IJ在水流平穩(wěn)的情況下，要測(cè)得的船舶吃水深度即為(H-X)，并根據(jù)此數(shù)據(jù)可以得知船舶的吃水深度，嚴(yán)防超載、超高問(wèn)題。上述方法的缺點(diǎn)是:所使用的浮體為兩艘船，并將單波束超聲波傳感器陣列是排列在一根很長(zhǎng)的鋼結(jié)構(gòu)安裝門(mén)支架上，支架的兩端各固定在一艘浮船上。這可能帶來(lái)兩種
測(cè)量誤差:第一種誤差:鋼結(jié)構(gòu)支架本身具有一定的柔韌性，由于航道內(nèi)部的水流波動(dòng)和重力作用的影響，導(dǎo)致安裝門(mén)可能有一定程度的下沉，則導(dǎo)致測(cè)量到的吃水深度失真。第二種誤差:當(dāng)兩側(cè)浮船 在水中隨水流晃動(dòng)時(shí)，兩艘船高低不同導(dǎo)致安裝門(mén)高低不同，也會(huì)影響對(duì)于船舶航行狀態(tài)的判斷，存在一定的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種可以克服檢測(cè)門(mén)上下波動(dòng)和左右晃動(dòng)影響檢測(cè)精度的船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法，包括以下步驟:A、改裝檢測(cè)門(mén)在檢測(cè)門(mén)的上下兩側(cè)各均勻安裝面向水面和水底的超聲波距離傳感器，上下兩個(gè)為一組，共M組，每組處在同一垂直線(xiàn)上；在檢測(cè)門(mén)上垂直向上安裝超聲波角度傳感器；B、深度誤差補(bǔ)償計(jì)算設(shè)河水的總深度為L(zhǎng)、面向水面的超聲波傳感器距離船底X+ δ i，面向水底的超聲波距離傳感器距離水底Y+ δ 2，其中:Χ為檢測(cè)門(mén)平穩(wěn)時(shí)面向水面的超聲波距離傳感器測(cè)得的值、S1為檢測(cè)門(mén)波動(dòng)時(shí)面向水面的超聲波距離傳感器測(cè)得的誤差，Y為檢測(cè)門(mén)平穩(wěn)時(shí)面向水底的超聲波距離傳感器測(cè)得的值、S2為檢測(cè)門(mén)波動(dòng)時(shí)面向水底的超聲波距離傳感器測(cè)得的誤差，則船舶吃水深度Z為
Z= (L- (X+ S1)- (Υ+ δ 2))C、角度誤差補(bǔ)償計(jì)算設(shè)超聲波角度傳感器測(cè)得的角度偏差為Θ，吃水深度測(cè)量值為Ζ，則修正后的吃水深度S為S = Z*cos Θ。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:1、本發(fā)明在檢測(cè)門(mén)的上下兩側(cè)各均勻安裝了面向水面和水底的超聲波距離傳感器，即使檢測(cè)門(mén)上下波動(dòng)比較劇烈時(shí)，測(cè)得的X和Y的誤差分別為\和S2，但由于S1=-S2,則船舶吃水深度Z為(L- (X+ δ J - (Υ+ δ 2)) = (L-X-Y)，正好修補(bǔ)了檢測(cè)門(mén)的上下波動(dòng)帶來(lái)的誤差。2、本發(fā)明在檢測(cè)門(mén)上垂直向上安裝角度傳感器，當(dāng)被測(cè)船經(jīng)過(guò)檢測(cè)門(mén)上方時(shí)，測(cè)出檢測(cè)門(mén)偏離的角度Θ，進(jìn)而進(jìn)行角度誤差的修復(fù)，克服了檢測(cè)門(mén)左右晃動(dòng)帶來(lái)的誤差。


·本發(fā)明共有附圖9張，其中:圖1為水面上方固定浮體式傳感器安裝方式示意圖。圖2為水底固定浮體式傳感器安裝方式示意圖。圖3為檢測(cè)門(mén)下沉示意圖。圖4為檢測(cè)門(mén)上浮示意圖。圖5為面向水底傳感器按兩端和中間各安裝一個(gè)時(shí)，檢測(cè)門(mén)下沉示意圖。圖6為面向水底傳感器按兩端和中間各安裝一個(gè)時(shí)，檢測(cè)門(mén)上浮示意圖。圖7為面向水底傳感器按兩端各安裝一個(gè)時(shí)，檢測(cè)門(mén)下沉示意圖。圖8為面向水底傳感器按兩端各安裝一個(gè)時(shí)，檢測(cè)門(mén)上浮示意圖。圖9為測(cè)距時(shí)角度偏差不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。本發(fā)明的船舶吃水深度檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備為兩艘檢測(cè)船、檢測(cè)門(mén)和超聲波陣列，檢測(cè)船作為兩側(cè)的浮體，本發(fā)明增加了面向航道底部的超聲波距離傳感器，用以測(cè)量每次獲取數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)門(mén)到航道底部的距離，并加裝了角度傳感器，以測(cè)得檢測(cè)門(mén)的角度偏差進(jìn)行誤差補(bǔ)償。檢測(cè)門(mén)的安裝方式有兩種，第一種:檢測(cè)門(mén)由安裝在兩岸的卷?yè)P(yáng)機(jī)和纜繩放置于水面下的合適位置處，如圖1所示，檢測(cè)門(mén)受到重力的作用可能產(chǎn)生向上或向下的彎曲變形。第二種:檢測(cè)門(mén)固定于水底，兩側(cè)固定于升降架上，檢測(cè)門(mén)支架由浮體支撐，如圖2所示，檢測(cè)門(mén)受到浮力和水流的作用可能產(chǎn)生向上或向下的彎曲變形。對(duì)于第一種誤差即檢測(cè)上下波動(dòng)形成的誤差的補(bǔ)償方法:以向下彎曲變形為例，船舶的吃水深度應(yīng)該為(H-X)，但是航道內(nèi)的水流往往比較湍急，檢測(cè)門(mén)也隨著水流上下晃動(dòng)；當(dāng)產(chǎn)生大小為δ的誤差時(shí)，則船舶吃水深度應(yīng)為(Η-(Χ+ δ J)。在被測(cè)船舶經(jīng)過(guò)檢測(cè)門(mén)上方，超聲波距離傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，檢測(cè)門(mén)所處的可能狀態(tài)如圖3-8所示的任何一種姿態(tài)。面向水底安裝的超聲波距離傳感器的安裝方式可以有如下幾種:面向水面和水底的超聲波距離傳感器兩個(gè)一組；面向水底的超聲波距離傳感器只在中間和兩端安裝一個(gè)；面向水底的超聲波距離傳感器只在兩端各安裝一個(gè)。安裝方式如圖3和圖4時(shí)，在檢測(cè)門(mén)同一位置處的上下兩側(cè)各安裝一個(gè)超聲波距離傳感器。面向水底的超聲波距離傳感器測(cè)得檢測(cè)門(mén)到水底的距離為Y，當(dāng)誤差存在時(shí)，檢測(cè)門(mén)到水底的距離變?yōu)?Υ+δ2)。當(dāng)檢測(cè)門(mén)向上晃動(dòng)時(shí)，δ 2為正值；當(dāng)檢測(cè)門(mén)向下晃動(dòng)時(shí)，62為負(fù)值。并且δ 2=- δ 1()吃水深度Z的計(jì)算方式為:Z= (L— (X+ S1)- (Υ+ δ 2)) = (L-X-Y)(I)本發(fā)明正是利用此誤差δ對(duì)吃水深度進(jìn)行補(bǔ)償，那么(L-X-Y)則為準(zhǔn)確的吃水深度，比較接近真實(shí)值。對(duì)于第二種誤差即檢測(cè)門(mén)左右晃動(dòng)所形成誤差的補(bǔ)償方法:在檢測(cè)門(mén)的上方垂直向上安裝一個(gè)角度傳感器，在被測(cè)船經(jīng)過(guò)檢測(cè)門(mén)上方時(shí)，角度傳感器測(cè)得的角度偏差如 圖9所示，傾斜Θ度，吃水深度測(cè)量值為Ζ，則修正后的吃水深度S為S = Z*cos Θ(2)通過(guò)以上計(jì)算，吃水深度更加接近真實(shí)值。
權(quán)利要求
1.一種船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟: A、改裝檢測(cè)門(mén) 在檢測(cè)門(mén)的上下兩側(cè)各均勻安裝面向水面和水底的超聲波距離傳感器，上下兩個(gè)為一組，共M組，每組處在同一垂直線(xiàn)上；在檢測(cè)門(mén)上垂直向上安裝超聲波角度傳感器； B、深度誤差補(bǔ)償計(jì)算 設(shè)河水的總深度為L(zhǎng)、面向水面的超聲波傳感器距離船底X+ δ i，面向水底的超聲波距離傳感器距離水底Y+ δ 2，其中:Χ為檢測(cè)門(mén)平穩(wěn)時(shí)面向水面的超聲波距離傳感器測(cè)得的值、δ !為檢測(cè)門(mén)波動(dòng)時(shí)面向水面的超聲波距離傳感器測(cè)得的誤差，Y為檢測(cè)門(mén)平穩(wěn)時(shí)面向水底的超聲波距離傳感器測(cè)得的值、S2為檢測(cè)門(mén)波動(dòng)時(shí)面向水底的超聲波距離傳感器測(cè)得的誤差，則船舶吃水深度Z為Z= (L- (X+ S1)- (Υ+ δ 2))； C、角度誤差補(bǔ) 償計(jì)算 設(shè)超聲波角度傳感器測(cè)得的角度偏差為Θ，吃水深度測(cè)量值為Ζ，則修正后的吃水深度S為S = Z*cos Θ。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶吃水深度的超聲波檢測(cè)方法，包括以下步驟改裝檢測(cè)門(mén)；深度誤差補(bǔ)償計(jì)算；角度誤差補(bǔ)償計(jì)算。本發(fā)明在檢測(cè)門(mén)的上下兩側(cè)各均勻安裝了面向水面和水底的超聲波距離傳感器，即使檢測(cè)門(mén)上下波動(dòng)比較劇烈時(shí)，測(cè)得的X和Y的誤差分別為δ1和δ2，但由于δ1=-δ2，則船舶吃水深度Z為(L-(X+δ1)-(Y+δ2))=(L-X-Y)，正好修補(bǔ)了檢測(cè)門(mén)的上下波動(dòng)帶來(lái)的誤差。本發(fā)明在檢測(cè)門(mén)上垂直向上安裝角度傳感器，當(dāng)被測(cè)船經(jīng)過(guò)檢測(cè)門(mén)上方時(shí)，測(cè)出檢測(cè)門(mén)偏離的角度θ，當(dāng)吃水深度測(cè)量值為Z時(shí)，則修正后的吃水深度S為S＝Z*cosθ，經(jīng)過(guò)角度誤差的修復(fù)，克服了檢測(cè)門(mén)左右晃動(dòng)帶來(lái)的誤差。
文檔編號(hào)B63B39/12GK103231787SQ201310136610
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者熊木地, 陳冬元, 吳濤 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)