专利名称：一种船舶吃水深度的超声波检测方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶吃水深度的检测技术，特别是一种船舶吃水深度的超声波检测方法。
背景技术：
声波频率高于20kHz的为超声波。超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十米的厚度，而且能够得到较为集中的声能。正是由于这样的巨大优势，超声波测距技术在水下目标探测和定位识别等领域得到了广泛的应用。为了保障内河航运船舶和航道的运行安全，需要在水下对船舶吃水深度进行实时监测和预警。现有的船舶吃水深度监测系统是测量水面与船底之间的垂直高度。安装方式如图1所示，传感器阵列检测门两端的浮体为两艘船。工作原理为:设检测门距离水面为H，向上传感器测量的距离为X。贝IJ在水流平稳的情况下，要测得的船舶吃水深度即为(H-X)，并根据此数据可以得知船舶的吃水深度，严防超载、超高问题。上述方法的缺点是:所使用的浮体为两艘船，并将单波束超声波传感器阵列是排列在一根很长的钢结构安装门支架上，支架的两端各固定在一艘浮船上。这可能带来两种
测量误差:第一种误差:钢结构支架本身具有一定的柔韧性，由于航道内部的水流波动和重力作用的影响，导致安装门可能有一定程度的下沉，则导致测量到的吃水深度失真。第二种误差:当两侧浮船 在水中随水流晃动时，两艘船高低不同导致安装门高低不同，也会影响对于船舶航行状态的判断，存在一定的隐患。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以克服检测门上下波动和左右晃动影响检测精度的船舶吃水深度的超声波检测方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种船舶吃水深度的超声波检测方法，包括以下步骤:A、改装检测门在检测门的上下两侧各均匀安装面向水面和水底的超声波距离传感器，上下两个为一组，共M组，每组处在同一垂直线上；在检测门上垂直向上安装超声波角度传感器；B、深度误差补偿计算设河水的总深度为L、面向水面的超声波传感器距离船底X+ δ i，面向水底的超声波距离传感器距离水底Y+ δ 2，其中:Χ为检测门平稳时面向水面的超声波距离传感器测得的值、S1为检测门波动时面向水面的超声波距离传感器测得的误差，Y为检测门平稳时面向水底的超声波距离传感器测得的值、S2为检测门波动时面向水底的超声波距离传感器测得的误差，则船舶吃水深度Z为
Z= (L- (X+ S1)- (Υ+ δ 2))C、角度误差补偿计算设超声波角度传感器测得的角度偏差为Θ，吃水深度测量值为Ζ，则修正后的吃水深度S为S = Z*cos Θ。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:1、本发明在检测门的上下两侧各均匀安装了面向水面和水底的超声波距离传感器，即使检测门上下波动比较剧烈时，测得的X和Y的误差分别为\和S2，但由于S1=-S2,则船舶吃水深度Z为(L- (X+ δ J - (Υ+ δ 2)) = (L-X-Y)，正好修补了检测门的上下波动带来的误差。2、本发明在检测门上垂直向上安装角度传感器，当被测船经过检测门上方时，测出检测门偏离的角度Θ，进而进行角度误差的修复，克服了检测门左右晃动带来的误差。
·本发明共有附图9张，其中:图1为水面上方固定浮体式传感器安装方式示意图。图2为水底固定浮体式传感器安装方式示意图。图3为检测门下沉示意图。图4为检测门上浮示意图。图5为面向水底传感器按两端和中间各安装一个时，检测门下沉示意图。图6为面向水底传感器按两端和中间各安装一个时，检测门上浮示意图。图7为面向水底传感器按两端各安装一个时，检测门下沉示意图。图8为面向水底传感器按两端各安装一个时，检测门上浮示意图。图9为测距时角度偏差不意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步地描述。本发明的船舶吃水深度检测系统的主要设备为两艘检测船、检测门和超声波阵列，检测船作为两侧的浮体，本发明增加了面向航道底部的超声波距离传感器，用以测量每次获取数据时检测门到航道底部的距离，并加装了角度传感器，以测得检测门的角度偏差进行误差补偿。检测门的安装方式有两种，第一种:检测门由安装在两岸的卷扬机和缆绳放置于水面下的合适位置处，如图1所示，检测门受到重力的作用可能产生向上或向下的弯曲变形。第二种:检测门固定于水底，两侧固定于升降架上，检测门支架由浮体支撑，如图2所示，检测门受到浮力和水流的作用可能产生向上或向下的弯曲变形。对于第一种误差即检测上下波动形成的误差的补偿方法:以向下弯曲变形为例，船舶的吃水深度应该为(H-X)，但是航道内的水流往往比较湍急，检测门也随着水流上下晃动；当产生大小为δ的误差时，则船舶吃水深度应为(Η-(Χ+ δ J)。在被测船舶经过检测门上方，超声波距离传感器进行数据测量时，检测门所处的可能状态如图3-8所示的任何一种姿态。面向水底安装的超声波距离传感器的安装方式可以有如下几种:面向水面和水底的超声波距离传感器两个一组；面向水底的超声波距离传感器只在中间和两端安装一个；面向水底的超声波距离传感器只在两端各安装一个。安装方式如图3和图4时，在检测门同一位置处的上下两侧各安装一个超声波距离传感器。面向水底的超声波距离传感器测得检测门到水底的距离为Y，当误差存在时，检测门到水底的距离变为(Υ+δ2)。当检测门向上晃动时，δ 2为正值；当检测门向下晃动时，62为负值。并且δ 2=- δ 1()吃水深度Z的计算方式为:Z= (L— (X+ S1)- (Υ+ δ 2)) = (L-X-Y)(I)本发明正是利用此误差δ对吃水深度进行补偿，那么(L-X-Y)则为准确的吃水深度，比较接近真实值。对于第二种误差即检测门左右晃动所形成误差的补偿方法:在检测门的上方垂直向上安装一个角度传感器，在被测船经过检测门上方时，角度传感器测得的角度偏差如 图9所示，倾斜Θ度，吃水深度测量值为Ζ，则修正后的吃水深度S为S = Z*cos Θ(2)通过以上计算，吃水深度更加接近真实值。
权利要求
1.一种船舶吃水深度的超声波检测方法，其特征在于:包括以下步骤: A、改装检测门 在检测门的上下两侧各均匀安装面向水面和水底的超声波距离传感器，上下两个为一组，共M组，每组处在同一垂直线上；在检测门上垂直向上安装超声波角度传感器； B、深度误差补偿计算 设河水的总深度为L、面向水面的超声波传感器距离船底X+ δ i，面向水底的超声波距离传感器距离水底Y+ δ 2，其中:Χ为检测门平稳时面向水面的超声波距离传感器测得的值、δ !为检测门波动时面向水面的超声波距离传感器测得的误差，Y为检测门平稳时面向水底的超声波距离传感器测得的值、S2为检测门波动时面向水底的超声波距离传感器测得的误差，则船舶吃水深度Z为Z= (L- (X+ S1)- (Υ+ δ 2))； C、角度误差补 偿计算 设超声波角度传感器测得的角度偏差为Θ，吃水深度测量值为Ζ，则修正后的吃水深度S为S = Z*cos Θ。
全文摘要
本发明公开了一种船舶吃水深度的超声波检测方法，包括以下步骤改装检测门；深度误差补偿计算；角度误差补偿计算。本发明在检测门的上下两侧各均匀安装了面向水面和水底的超声波距离传感器，即使检测门上下波动比较剧烈时，测得的X和Y的误差分别为δ1和δ2，但由于δ1=-δ2，则船舶吃水深度Z为(L-(X+δ1)-(Y+δ2))=(L-X-Y)，正好修补了检测门的上下波动带来的误差。本发明在检测门上垂直向上安装角度传感器，当被测船经过检测门上方时，测出检测门偏离的角度θ，当吃水深度测量值为Z时，则修正后的吃水深度S为S＝Z*cosθ，经过角度误差的修复，克服了检测门左右晃动带来的误差。
文档编号B63B39/12GK103231787SQ201310136610
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者熊木地, 陈冬元, 吴涛 申请人:大连海事大学