機(jī)5的輸出軸與齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)6 -端固定，當(dāng) 減速步進(jìn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動時(shí)通過齒輪嚙合帶動固定在上面的聲納換能器1做直線運(yùn)動。
[0035] 在本實(shí)施例中，所述的驅(qū)動系統(tǒng)采用基于STM32系列單片機(jī)為核心的嵌入式開發(fā) 板，通過RS232串口通信接口與計(jì)算機(jī)8進(jìn)行通信，通過PWM波輸出控制減速步進(jìn)電機(jī)5。 串口通信協(xié)議包含控制減速步進(jìn)電機(jī)5起停信號和脈沖計(jì)數(shù)值t。
[0036] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述的計(jì)算機(jī)8上運(yùn)行的船舶吃水檢測軟件的功能為：控制 步進(jìn)電機(jī)起停，解算、顯示和存儲水深數(shù)據(jù)，報(bào)警顯示。其中所述的報(bào)警顯示功能解釋為：根 據(jù)測得的船舶吃水量S判斷是否超限，若超限則由報(bào)警模塊顯示其吃水量。
[0037] 利用上述基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測方法，如圖3 所示，它包括以下步驟：
[0038] S1、控制運(yùn)動組件按設(shè)定的運(yùn)動方式將聲納換能器從水面向水下下降，聲納換能 器開始測量其與船舶的水平距離D ;
[0039] S2、當(dāng)聲納換能器所測的距離發(fā)生突變，設(shè)突變前聲納換能器所測距離為Di，突變 后所測距離為D2, vwatCT、分別為超聲波在水中和空氣中的傳輸速度，若前后測得距離之 比滿足：
[0041] 其中，Δ為對超聲波傳輸速度之比設(shè)定的閾值，此時(shí)判定聲納換能器剛進(jìn)入水 面，記錄此時(shí)刻；
[0042] S3、設(shè)定所測距離的有效測量范圍為[D_，D_];聲納換能器繼續(xù)下降，直至所測 距離滿足以下條件：
[0043] D<Dninlg D>Dnax
[0044] 則判定聲納換能器已掃描至船底，記錄此時(shí)刻；
[0045] S4、在S2與S3記錄的時(shí)刻之間，聲納換能器下降的位移，即為船舶吃水深度。
[0046] 優(yōu)選的，所述的運(yùn)動組件包括減速步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)；
[0047] S1中運(yùn)動組件的運(yùn)動方式為：預(yù)設(shè)減速步進(jìn)電機(jī)的步長L，每移動一個(gè)步長，計(jì)數(shù) 器加1，同時(shí)測量一次聲納換能器與船舶之間的距離；
[0048] S2和S3分別記錄當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器的值t。和t 1;
[0049] S4通過S2和S3的計(jì)數(shù)器的值的差、步長L、以及齒輪半徑r，計(jì)算聲納換能器下降 的位移S，如圖4所示：
[0050] 3 =
[0051] 在具體應(yīng)用時(shí)，可將本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)置在船舶?？康陌哆?，或者船舶的船舷上，對超 聲波傳輸速度之比設(shè)定的閾值A(chǔ)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定，所測距離的有效測量范圍[D_，D_]根 據(jù)測量初始狀態(tài)超聲波與船舶之間的距離估算。
[0052] 以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依 據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測系統(tǒng)，其特征在于：它包括： 單波束聲納掃描系統(tǒng)，包括用于測量與船舶之間距離的聲納換能器和用于接收聲納換 能器采集的距離數(shù)據(jù)的測深儀主機(jī)； 子控制系統(tǒng)，包括用于帶動聲納換能器垂直升降的運(yùn)動組件及用于給運(yùn)動組件信號的 驅(qū)動系統(tǒng)； 主控系統(tǒng)，用于設(shè)定運(yùn)動組件的運(yùn)動方式、控制運(yùn)動組件按其運(yùn)動方式升降、同時(shí)接收 測深儀主機(jī)的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動組件的運(yùn)動位移和測深儀主機(jī)采集的距離數(shù)據(jù)，計(jì)算船 舶吃水深度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測系統(tǒng)，其特征在 于：所述的運(yùn)動組件包括減速步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)。3. 利用權(quán)利要求1所述的基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測 方法，其特征在于：它包括以下步驟： 51、 控制運(yùn)動組件按設(shè)定的運(yùn)動方式將聲納換能器從水面向水下下降，聲納換能器開 始測量其與船舶的水平距離； 52、 當(dāng)聲納換能器所測的距離發(fā)生突變，設(shè)突變前聲納換能器所測距離為D1，突變后所 測距離為D2, vwatCT、Vall^分別為超聲波在水中和空氣中的傳輸速度，若前后測得距離之比滿 足：其中，A為對超聲波傳輸速度之比設(shè)定的閾值，此時(shí)判定聲納換能器剛進(jìn)入水面，記 錄此時(shí)刻； 53、 設(shè)定所測距離的有效測量范圍為[D_，D_];聲納換能器繼續(xù)下降，直至所測距離 滿足以下條件： DOniinS D>D _ 則判定聲納換能器已掃描至船底，記錄此時(shí)刻； 54、 在S2與S3記錄的時(shí)刻之間，聲納換能器下降的位移，即為船舶吃水深度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測方法，其特征在于：所述的運(yùn)動組件包括減速步進(jìn)電機(jī) 和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)； Sl中運(yùn)動組件的運(yùn)動方式為：預(yù)設(shè)減速步進(jìn)電機(jī)的步長L，每移動一個(gè)步長，計(jì)數(shù)器加 1，同時(shí)測量一次聲納換能器與船舶之間的距離； S2和S3分別記錄當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器的值； S4通過S2和S3的計(jì)數(shù)器的值的差、步長、以及齒輪半徑，計(jì)算聲納換能器下降的位移。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測系統(tǒng)，包括：單波束聲納掃描系統(tǒng)，包括用于測量與船舶之間距離的聲納換能器和用于接收聲納換能器采集的距離數(shù)據(jù)的測深儀主機(jī)；子控制系統(tǒng)，包括用于帶動聲納換能器垂直升降的運(yùn)動組件及用于給運(yùn)動組件信號的驅(qū)動系統(tǒng)；主控系統(tǒng)，用于設(shè)定運(yùn)動組件的運(yùn)動方式、控制運(yùn)動組件按其運(yùn)動方式升降、同時(shí)接收測深儀主機(jī)的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動組件的運(yùn)動位移和測深儀主機(jī)采集的距離數(shù)據(jù)，計(jì)算船舶吃水深度。本發(fā)明通過測得聲納換能器從水面下降到船底的位移，即可獲得船舶的吃水深度，原理簡單可行，并且所采用的設(shè)備簡單，成本低廉，降低了安裝和維護(hù)的難度與成本。
【IPC分類】B63B39/12
【公開號】CN105416524
【申請?zhí)枴緾N201510906199
【發(fā)明人】陳德山, 謝朔, 李吉祥, 初秀民, 陳先橋, 劉懷漢
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日