一種寬范圍側掃式吃水檢測系統及其工作方法技術方案

一種寬范圍側掃式吃水檢測系統及其工作方法，包括發射端壓力傳感器模塊、發射工作組選通及使能模塊、同步模塊、超聲波發射模塊、接收端壓力傳感器模塊、接收工作組選通模塊、超聲波接收模塊、數據采集及處理模塊和數據傳輸模塊；所述的數據采集及處理模塊通過數據線與超聲波接收模塊、發射端壓力傳感器模塊、接收端壓力傳感器模塊、同步模塊、數據傳輸模塊連接；所述的同步模塊通過數據線與發射組工作組選通及使能模塊、數據采集及處理模塊連接；所述的接收工作組選通模塊控制超聲波接收模塊供電、通過數據線與接收端壓力傳感器模塊連接。本發明專利技術降低了功耗及超聲波發射探頭之間的干擾，因為在相同時間內測量點數增加，所以提高了系統的測量精度，且延長了系統壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種寬范圍側掃式吃水檢測系統及其工作方法
本專利技術應用于船舶吃水檢測和船舶安全檢測等領域，特別涉及一種寬范圍側掃式吃水檢測系統及其工作方法。
技術介紹
目前，隨著內河航運量不斷增大，船舶密度大幅提高。船舶吃水檢測對于保障通航船舶安全具有十分重要的意義。受水位變化影響，現有的側掃式吃水檢測系統是利用機械裝置改變超聲波發射陣列相對水面的位置，然后利用同步使能模塊分時控制超聲波發射陣列等間隔地依次循環發射超聲波，再根據超聲波接收陣列接收的直達波推出船舶吃水深度。此方法不僅設備檢修不便，而且所有超聲波發射探頭同時工作增加了功耗以及超聲波發射探頭之間的干擾。因此，該方法有一定的局限性。
技術實現思路
為解決以上問題，本專利技術要提出一種設備檢修方便、降低功耗、降低超聲波發射探頭之間干擾的寬范圍側掃式吃水檢測系統及其工作方法。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種寬范圍側掃式吃水檢測系統，包括發射端壓力傳感器模塊、發射工作組選通及使能模塊、同步模塊、超聲波發射模塊、接收端壓力傳感器模塊、接收工作組選通模塊、超聲波接收模塊、數據采集及處理模塊和數據傳輸模塊；所述的數據采集及處理模塊通過數據線與超聲波接收模塊、發射端壓力傳感器模塊、接收端壓力傳感器模塊、同步模塊、數據傳輸模塊連接；所述的同步模塊通過數據線與發射組工作組選通及使能模塊、數據采集及處理模塊連接；所述的接收工作組選通模塊控制超聲波接收模塊供電、通過數據線與接收端壓力傳感器模塊連接；所述的發射工作組選通及使能模塊控制超聲波發射模塊供電及發射，通過數據線與發射端壓力傳感器、同步模塊連接；超聲波發射模塊構成發射端；超聲波接收模塊構成接收端；所述的超聲波發射模塊由N組超聲波發射子陣列和一個安裝支架組成；所述的N組超聲波發射子陣列由N*M個超聲波發射探頭以間距d排成一列安裝于安裝支架上，每組長度為(M-1)*d,設安裝支架上超聲波發射子陣列從上而下依次編號為0，1，2，….，N-1，其中M≥1；超聲波發射探頭安裝時，每個超聲波發射探頭發出的超聲波中心線與安裝支架長度方向中心線垂直，然后將安裝支架固定在航道一側，保證上電工作的超聲波發射子陣列完全浸沒水中且安裝支架所在的平面與水平面垂直；所述的發射端壓力傳感器模塊安裝在編號為N-1的超聲波發射子陣列的末端，其通過測量超聲波發射子陣列末端距離水面的壓力來測量超聲波發射子陣列末端距離水面的深度H；所述的同步模塊固定在發射端一側，其產生的同步信號給發射工作組選通及使能模塊、數據采集及處理模塊，保證發射端和接收端同步；所述的發射工作組選通及使能模塊由數據處理單元、N個供電開關、發射使能構成，設N個供電開關依次編號為0，1，2，….，N-1，數據處理單元接收發射端壓力傳感器傳送的水位信息及同步模塊傳送的同步信號，根據水位信息計算出符合要求的超聲波發射子陣列編號并閉合供電開關使其處于上電狀態，根據同步模塊傳送的同步信號發射使能超聲波發射子陣列；所述的超聲波接收模塊由N組超聲波接收子陣列和一個安裝支架組成；其安裝和編號方式同超聲波發射模塊相同，然后將安裝支架固定在航道另一側，并且保證安裝支架長度方向中心線與水面垂直；所述的接收端壓力傳感器模塊安裝在編號為N-1的超聲波接收子陣列的末端，其通過測量超聲波接收子陣列末端距離水面的壓力來測量超聲波接收子陣列末端距離水面的深度L；所述的接收工作組選通模塊由數據處理單元、N個供電開關構成，設N個供電開關依次編號為0，1，2，….，N-1，數據處理單元接收接收端壓力傳感器傳送的水位信息，根據水位信息計算出符合要求的超聲波接收子陣列編號并閉合供電開關使其處于上電狀態；所述的數據采集及處理模塊安裝在接收端一側，采集發射端壓力傳感器模塊、接收端壓力傳感器模塊、同步模塊以及超聲波接收子陣列接收的信號，根據發射端壓力傳感器模塊、接收端壓力傳感器模塊、同步模塊以及超聲波接收子陣列接收的信號強弱計算出出船舶吃水深度；所述的數據傳輸模塊安裝在接收端一側的岸上，其傳輸吃水值給顯示單元。一種寬范圍側掃式吃水檢測系統的工作方法，包括以下步驟：A、產生同步信號同步模塊產生同步信號，傳給發射工作組選通及使能模塊和數據采集及處理模塊；B、采集發射端壓力傳感器距離水面深度；發射端壓力傳感器模塊采集編號為N-1的超聲波發射子陣列末端距離水面深度H然后傳輸給發射工作組選通及使能模塊和數據采集及處理模塊。C、選通超聲波發射子陣列并發射使能；發射工作組選通模塊中的數據處理單元接收發射端壓力傳感器傳送的水位深度信息以及同步模塊傳送的同步信號，數據處理單元對水位深度變化信息進行判斷，分兩種情況：C1、在水位變化平穩的情況下，根據船舶的申報吃水深度D以及發射端壓力傳感器模塊傳送的深度信息H計算出用于系統測量的超聲波發射子陣列編號最大值I這里INT表示取整數；閉合編號為I-1，I，I+1的供電開關并使能超聲波發射子陣列；C2、當水位變化ΔH超出一定范圍時，相應的超聲波發射子陣列編號向上或向下移動i個，這里INT表示取整數；當水位上漲ΔH超出一定范圍時，相應閉合編號為I-1-i，I-i，I+1-i的供電開關并使能超聲波發射子陣列；水位下降時，同理。D、采集接收端壓力傳感器距離水面深度接收端壓力傳感器模塊采集編號為N-1的超聲波接收子陣列末端距離水面深度L，然后傳輸給接收工作組選通模塊和數據采集及處理模塊。E、選通超聲波接收子陣列；接收工作組選通模塊中的數據處理單元接收接收端壓力傳感器傳送的水位深度信息，選擇超聲波接收子陣列的方法與選擇超聲波發射子陣列方法相同，然后閉合供電開關，并把數據傳給數據采集及處理模塊；F、數據采集及處理；數據采集及處理模塊將采集的發射端壓力傳感器模塊深度值H、接收端壓力傳感器模塊深度值L求和取平均后計算出超聲波接收模塊水下第一個超聲波接收探頭距離水面深度S,在同步信號有效范圍內根據超聲波接收子陣列接收的信號強弱計算出最后一個被遮擋超聲波接收探頭距離第一個超聲波接收探頭的長度X進而計算出吃水深度為S+X。與現有技術相比，本專利技術的優點如下：1、由于本專利技術采用發射端壓力傳感器模塊、接收端壓力傳感器模塊實時采集水位深度信息，根據水位信息變化合理選擇超聲波發射子陣列和超聲波接收子陣列，因此更適合寬范圍水下船舶吃水檢測。2、一種寬范圍側掃式吃水檢測系統采用簡單的固定安裝方式，系統不需要升降裝置，因此，設備檢修方便。3、一種寬范圍側掃式吃水檢測系統工作時僅需幾組超聲波發射子陣列和幾組超聲波接收子陣列，降低了功耗及超聲波發射探頭之間的干擾，因為在相同時間內測量點數增加，所以提高了系統的測量精度，且延長了系統壽命。附圖說明本專利技術共有附圖3幅，其中：圖1為一種寬范圍側掃式吃水檢測系統的流程圖。圖2為一種寬范圍側掃式吃水檢測系統的安裝圖。圖3為水位上漲時一種寬范圍側掃式吃水檢測系統工作圖。圖中：1、發射端壓力傳感器模塊，2、發射工作組選通及使能模塊，3、超聲波發射模塊，4、超聲波接收模塊，5、接收工作組選通模塊，6、接收端壓力傳感器模塊，7、同步模塊，8、數據采集及處理模塊，9、數據傳輸模塊，10、供電開關，11、發射使能，12、超聲波發射子陣列，13、超聲波接收子陣列。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術作進一步的說明：一種寬范圍本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬范圍側掃式吃水檢測系統，其特征在于：包括發射端壓力傳感器模塊(1)、發射工作組選通及使能模塊(2)、同步模塊(7)、超聲波發射模塊(3)、接收端壓力傳感器模塊(6)、接收工作組選通模塊(5)、超聲波接收模塊(4)、數據采集及處理模塊(8)和數據傳輸模塊(9)；所述的數據采集及處理模塊(8)通過數據線與超聲波接收模塊(4)、發射端壓力傳感器模塊(1)、接收端壓力傳感器模塊(6)、數據傳輸模塊(9)、同步模塊(7)連接；所述的同步模塊(7)通過數據線與發射組工作組選通及使能模塊(2)、數據采集及處理模塊(8)連接；所述的接收工作組選通模塊(5)控制超聲波接收模塊(4)供電、并通過數據線與接收端壓力傳感器模塊(6)連接；所述的發射工作組選通及使能模塊(2)控制超聲波發射模塊(3)供電及發射，通過數據線與發射端壓力傳感器(1)、同步模塊連接(7)連接；超聲波發射模塊(3)構成發射端；超聲波接收模塊(4)構成接收端；所述的超聲波發射模塊(3)由N組超聲波發射子陣列12和一個安裝支架組成；所述的N組超聲波發射子陣列12由N*M個超聲波發射探頭以間距d排成一列安裝于安裝支架上，每組長度為(M?1)*d,設安裝支架上超聲波發射子陣列(12)從上而下依次編號為0，1，2，….，N?1，其中M≥1；超聲波發射探頭安裝時，每個超聲波發射探頭發出的超聲波中心線與安裝支架長度方向中心線垂直，然后將安裝支架固定在航道一側，保證上電工作的超聲波發射子陣列(12)完全浸沒水中且安裝支架所在的平面與水平面垂直；所述的發射端壓力傳感器模塊(1)安裝在編號為N?1的超聲波發射子陣列(12)的末端，其通過測量超聲波發射子陣列(12)末端距離水面的壓力來測量超聲波發射子陣列(12)末端距離水面的深度H；所述的同步模塊(7)固定在發射端一側，其產生的同步信號給發射工作組選通及使能模塊(2)、數據采集及處理(8)模塊，保證發射端和接收端同步；所述的發射工作組選通模塊(2)由數據處理單元、N個供電開關(10)、發射使能(11)構成，設N個供電開關(10)依次編號為0，1，2，….，N?1，數據處理單元接收發射端壓力傳感器(1)傳送的水位信息及同步模塊(7)傳送的同步信號，根據水位信息計算出符合要求的超聲波發射子陣列(12)編號并閉合供電開關(10)使其處于上電狀態，根據同步模塊(7)傳送的同步信號發射使能超聲波發射子陣列(12)；所述的超聲波接收模塊(4)由N組超聲波接收子陣列(13)和一個安裝支架組成；其安裝和編號方式同超聲波發射模塊3相同，然后將安裝支架固定在航道另一側，并且保證安裝支架長度方向中心線與水面垂直；所述的接收端壓力傳感器模塊(6)安裝在編號為N?1的超聲波接收子陣列(13)的末端，其通過測量超聲波接收子陣列(13)末端距離水面的壓力來測量超聲波接收子陣列(13)末端距離水面的深度L；所述的接收工作組選通模塊(5)由數據處理單元、N個供電開關(10)構成，設N個供電開關(10)依次編號為0，1，2，….，N?1，數據處理單元接收接收端壓力傳感器(6)傳送的水位信息，根據水位信息計算出符合要求的超聲波接收子陣列(13)編號并閉合供電開關(10)使其處于上電狀態；所述的數據采集及處理模塊(8)安裝在接收端一側，采集發射端壓力傳感器模塊(1)、接收端壓力傳感器模塊(6)、同步模塊(7)以及超聲波接收子陣列(13)接收的信號，根據發射端壓力傳感器模塊(1)、接收端壓力傳感器模塊(6)、同步模塊(7)以及超聲波接收子陣列(13)接收的信號強弱計算出出船舶吃水深度；所述的數據傳輸模塊(9)安裝在接收端一側的岸上，其傳輸吃水值給顯示單元。...

【技術特征摘要】
1.一種寬范圍側掃式吃水檢測系統，其特征在于：包括發射端壓力傳感器模塊(1)、發射工作組選通及使能模塊(2)、同步模塊(7)、超聲波發射模塊(3)、接收端壓力傳感器模塊(6)、接收工作組選通模塊(5)、超聲波接收模塊(4)、數據采集及處理模塊(8)和數據傳輸模塊(9)；所述數據采集及處理模塊(8)通過數據線與超聲波接收模塊(4)、發射端壓力傳感器模塊(1)、接收端壓力傳感器模塊(6)、數據傳輸模塊(9)、同步模塊(7)連接；所述同步模塊(7)通過數據線與發射工作組選通及使能模塊(2)、數據采集及處理模塊(8)連接；所述接收工作組選通模塊(5)控制超聲波接收模塊(4)供電、并通過數據線與接收端壓力傳感器模塊(6)連接；所述發射工作組選通及使能模塊(2)控制超聲波發射模塊(3)供電及發射，通過數據線與發射端壓力傳感器模塊(1)、同步模塊(7)連接；超聲波發射模塊(3)構成發射端；超聲波接收模塊(4)構成接收端；所述超聲波發射模塊(3)由N組超聲波發射子陣列(12)和一個安裝支架組成；N組超聲波發射子陣列(12)由N*M個超聲波發射探頭以間距d排成一列安裝于安裝支架上，每組長度為(M-1)*d,設安裝支架上超聲波發射子陣列(12)從上而下依次編號為0，1，2，….，N-1，其中M≥1；超聲波發射探頭安裝時，每個超聲波發射探頭發出的超聲波中心線與安裝支架長度方向中心線垂直，然后將安裝支架固定在航道一側，保證上電工作的超聲波發射子陣列(12)完全浸沒水中且安裝支架所在的平面與水平面垂直；所述發射端壓力傳感器模塊(1)安裝在編號為N-1的超聲波發射子陣列(12)的末端，其通過測量超聲波發射子陣列(12)末端距離水面的壓力來測量超聲波發射子陣列(12)末端距離水面的深度H；所述同步模塊(7)固定在發射端一側，其產生的同步信號給發射工作組選通及使能模塊(2)、數據采集及處理模塊(8)，保證發射端和接收端同步；所述發射工作組選通及使能模塊(2)由數據處理單元、N個供電開關(10)、發射使能(11)構成，設N個供電開關(10)依次編號為0，1，2，….，N-1，數據處理單元接收發射端壓力傳感器模塊(1)傳送的水位信息及同步模塊(7)傳送的同步信號，根據水位信息計算出符合要求的超聲波發射子陣列(12)編號并閉合供電開關(10)使其處于上電狀態，根據同步模塊(7)傳送的同步信號發射使能超聲波發射子陣列(12)；所述超聲波接收模塊(4)由N組超聲波接收子陣列(13)和一個安裝支架組成；其安裝和編號方式同超聲波發射模塊(3)相同，然后將安裝支架固定在航道另一側，并且保證安裝支架長度方向中心線與水面垂直；所述接收端壓力傳感器模塊(6)安裝在編號為N-1的超聲波接收子陣列(13)的末端，其通過測量超聲波接收子陣列(13)末端距離水面的壓力來測量超聲波接收子陣列(13)末端距離水面的深度L；所述的接收工作組選通模塊(5)由數據處理單元、N個供電開關(10)構成，設N個供電開關(10)依次編號為0，1，2，….，N-1，數據處理單元接收接收端壓力傳感器模塊(6)傳送的水位信息，根據水位信息計算出符合要求的超聲波接收子陣列(13)編號并...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊木地，李然，齊俊麟，烏旭，鄭衛力，金鋒，王瑩，王培濱，陳新，王海江，張杰，
申請(專利權)人：長江三峽通航管理局，大連海事大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42