专利名称:靠岸声纳的制作方法
本发明属于水声电子设备。
港口轮船靠岸时对码头有一种冲撞力，这种冲撞力可以撞毁码头，引起压船堵港，交通阻塞等严重事故，经济损失十分严重。
目前我国各港口轮船靠岸，对轮船倾斜于码头的角度(即夹角)，轮船与码头的距离，轮船的速度等值，都是靠引水员的目测来估计。靠引水员的目测值来引导轮船靠岸，数值不准确、误差大，建码头时需要留出充分的余量来确保安全，但还是保证不了安全，很不经济，很不可靠。
针对这种状况，我们研制了靠岸声纳。
本发明是由接收机1，整形鉴别器2，输入寄存器3，24bit计数器4，“0”距离调整器5，控制门6，換能器7，微型计算机8，电子钟9，发射机11，显示、打印10等部件组成的检测指示装置，其特点是装置内设计安装了微型机接口部件控制门6，输入寄存器3，24bit计数器4配合微型计算机控制整机工作。通过对船舶和码头间距离的实时精确测量，将轮船靠岸时的速度值，距离值和夹角值直接显示、打印出来，为港口船舶靠岸导航。(输入寄存器，24bit计数器，“0”距离调整器，统称距离信息输入器。)。
已有的靠岸声纳(称为速度计)，一般由接收机，換能器，比较器(相当于整形，鉴别，判决)，存储器(输入寄存器)，计数器，距离显示、减法器，八次平均，速度显示等部件组成。这种声纳没有微型机控制整机工作程序和数值计算，数据的可靠性和稳定性不理想。
本发明装备了微型计算机，依靠接口部件与微机配合，控制整机工作，测量、计算。对所取得的数据在微型计算机内进行“最小二乘法平滑处理”。因而具备自动搜索判断、捕捉和跟踪的能力。数值显示稳定、清晰，并有角度显示，数值准确、可靠，精度可达±1%。
本发明的信号检测部分是由接收机1，整形鉴别器2，来完成。接收器中设有60db的时变增益控制器。整形鉴别器中设有幅度鉴别和脉宽鉴别，脉宽鉴别中采用了移位寄存器。测量、运算部分是由输入寄存器3，24bit计数器4，“0”距离调整5，电子钟9，微型计算机8完成。自动搜索、判断、跟踪由门控6，消隐门(搜索门)12，跟踪门14，和微型计算机8完成。
靠岸声纳测量工作原理如图1。使用时，操纵船舷和码头保持平行。这时安装在码头水下的发射換能器7向船体20发射调制脉冲，调制脉冲碰到船体20后反射回来，被水下接收換能器7接收，送入靠岸声纳主机15进行处理，反射回波经检测处理后，计算结果由灯光导航牌14显示出来，引导轮船靠岸。
从发射时刻到回波信号的接收时刻之间的时间以t表示，水中声速以C表示。那么从換能器到船体间的距离L为L＝Ct/2以Ln为第n次测得的距离，Lm+1为第n+1次测得的距离。T为予先设定的发射脉冲的重复周期，那么船速Vn(假设靠岸时速度为正)为Vn＝(Ln-Lm+1)T。
温度对声速的影响极大，当它由0℃变化到30℃时，会造成6.5%的测速误差。在本发明中，声速C根据现场测量的海水温度(数字温度计)代入公式C＝1449.2+4.623T-0.0546T2+1.39(S-35)+…+0.017D式中T-温度(℃)，S-盐度(%)，D-深度(米)
由计算机现场计算。只要精确地确定出时间t，就能算出距离L和速度Vn。根据船首和船尾的距离，还能算出舶舷和码头的夹角。
附图2是靠岸声纳电工作原理方框图，靠岸声纳工作时，发射換能器7发射调制脉冲，调制脉冲被靠岸轮船船体反射后，由靠岸声纳的接收換能器7接收，送入接收机1中，接收到的回波信号在接收机中进行放大，经过整形鉴别器2处理后，输入到输入寄存器3，又经由24bit计数器4和“0”距离调整器5将回波时间量化后，送入微型计算机8中进行数据处理和数值计算，最后将计算结果显示，打印出来。户外大型导航牌能显示出速度、距离和角度。电子钟发射时钟信号脉冲，整机的工作程序由微型计算机8和门控6，消隐门(搜索门)、跟踪门、人工门控制。微型机根据船舶离岸的距离自动更改测试周期。提高测试频率，发射周期最长要大于250ms，以达到作用距离为185米的指标。随着船舶的靠近，发射周期不断减小，当距离小于90米时，发射周期为125ms，发射周期的长短由计算机的CTC芯片和电子钟来控制。声纳开始工作阶段，置CTC的时间常数为250。电子钟产生-1ms的信号接到CTC上的C/TO端，CTC内的减1计数器开始工作，当减到0时，从ZC/TO端输出一脉冲信号，这就是250ms的发射周期同步信号，于是声纳开始工作。一旦判断所检测的距离小于90米时，立即更改CTC芯片的时间常数为125，这时从ZC/TO端输出的同步信号的周期就是125ms了。回波信号由引进装置内的示波器部件监视，以提高可靠性。
码头水浅、干扰大，本装置采取了强有力的抗干扰措施。接收机里采用了60db的时变增益控制器，抑制近程强混响干扰。在处理器(整形鉴别)中，为提高信号的可靠性，采用了幅度鉴别和脉宽鉴别。为提高测试精度，脉宽鉴别时采用移位寄存器。信号送往微型机中进行判决，剔除码头的固定干扰信号，设定测试船的回波目标后，根据当时船的距离和速度，予测下一个时刻船的可能位置，发射2ms提前量的跟踪指令，通过门控6将接收机打开，以此达到提纯信号的效果。消隐门(搜索门)12是为了抑制发射信号，人工门13是在万一计算机判决失灵的情况下可由操作人员辅助捕捉信号，此外，还可用于调机场合。为了保证距离值的准确，将测量出来的換能器到船腹的距离換算成码头缓冲器到船舷的距离，需要在测量前使用“0”距离调整器对码头的起始距离进行调整，确定距离测量的起始点。从测量的距离中减去換能器到缓冲器的距离值，即为所需要的值。具体计算时用回波到来的时刻与“0”距离的时刻相减即为实际距离。
为使输出数据稳定，在计算机里，对取得的数据进行“最小二乘法平滑处理”。
在显示设备中，户外大型灯光导航牌用可控硅做电子开关，代替继电器，旣经济，使用寿命又长。它是由四个20A的大功率整流二极管接成桥式整流电路与若干个普通灯泡和一个反向耐压大于600V的可控硅连接而成。
为使灯泡保持正常亮度，使组件能有效地控制可控硅工作，加在可控硅上的电压波形是附图4中的波形。
门控线路是由微型机内的CTC可编程序定时器D1，3个单稳态D2、D3、D10，一个触发器D5，四个或门D4，D6，D8，D9，一个非门D7及两个开关键K10，K11组成。其中含有人工门，搜索门(消隐门)和跟踪门。图5是门控线路的连接图，D2、D3、D4组成人工门，D5、D6、D7、D8组成搜索门，D10、D6、D7、D8组成跟踪门。门控线路控制接收机和发射机的工作，完成自动搜索、捕捉、跟踪。D2、D3、D10是组件74LS123。D5是组件74LS74。
测量、计算线路是由微型机内的1个可编程序输入、输出接口PIOZ1，3个可控输出暂存器Z2、Z3、Z4，6个2-10进制计数器Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10组成的，Z2、Z3、Z4组成输入寄存器，Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10组成24bit计数器。Z2、Z3、Z4是组件74LS273，Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10是组件2-10进制计数器74LS161。附图6是测量，计算接口部件连接图，D0-D7是微型机的数据总线，PA1-PA3是PIO芯片上的数据线，Z2和PIO芯片相接，通过PIO申请中断读取数据，Z3、Z4的输出端直接挂到数据总线上，微型机通过Z3、Z4的输出端控制数据输入，每8bit和一个暂存器74LS273相接，图中PIO芯片上的数据线PA1-PA3和微型机上的数据总线D0-D7相配合输入其中的8bit数据。1MHz作为计数器的计时标频，计数器共需24bit是由250ms发射周期决定的，计数的起始时刻由“0”距离信号决定，当回波到来时，就把所计的数据存入暂存器，并向CPU提出申请取数的中断请求，计算机根据工作情况随时可将数据取入内存。
。附图1是靠岸声纳靠岸工作测量原理图。
图中19拖轮，20轮船，21缓冲器，14灯光导航牌，15主机，16码头，7換能器，18港池。
附图2是靠岸声纳电工作原理方框图。
图中1接收机，2整形鉴别器，3输入寄存器，4、24bit计数器，5、“0”距离调整器，6、门控，7、換能器，8、微型机，9、电子钟，10、显示、打印部件，11、发射机，12、消隐门(搜索门)，13、人工门，14、跟踪门。
附图3是电子开关图。
图中，A、B、C、D是整流二极管，E灯泡，F可控硅。
附图4是加在可控硅上的电压波形。
附图5、附图6是计算机接口部件组成图。
附图5是门控线路图。
图中D1，CTC可编程序定时器，D2、D3、D10单稳态，D5触发器，D6、D4、D8、D9或门，D7非门，K10，K11开关键。
附图6是测量，计算线路图。
图中，Z1是PIO可编程序输入输出接口，Z2、Z3、Z4是可控输出暂存器，Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10是2-10进制计数器。
本发明在实践中已取得显著效果，镇海石化总厂的原油码头在安装了靠岸声纳后，使原设计只能停靠2万5千吨级轮船的码头可以停靠5万吨级的轮船，为大吨位外轮的停靠创造了条件，收到了明显的经济效益。
权利要求
1.一种由接收机1，整形鉴别器2，输入寄存器3，24bit计数器4，“0”距离调整器5，微型计算机8，电子钟9，发射机11，换能器7，控制门6，显示，打印10等部件组成的检测指示装置，其特征是本装置设计安装了微型机接口部件门控6，输入寄存器3，24bit计数器4配合计算机控制整机工作。
2.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是由门控线路6，人工门13，消隐门(搜索门)12，跟踪门14构成控制门，与电子钟9，微型机8相配合构成自动跟踪时间门来控制装置工作。
3.如权利要求
2所述的检测指示装置，其特征是微型机内的CTC芯片和电子钟能够根据船舶离岸的距离不断更改发射周期，使周期从250ms-125ms变化，电子钟周期为1ms。
4.如权利要求
2所述的控制系统，其特征是可编程序定时器CTCD1，单稳态D2，D3，D10，触发器D5，或门D6，D4，D8，D9非门D7，开关键K10、K11组成门控6，其中D2，D3，D4组成人工门，D5，D6，D7组成搜索门，D10，D6，D7，D8组成跟踪门，由微型机的CTC芯片控制各个门工作。
5.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是由输入寄存器3，24bit计数器4，和微型机相配合，完成对回波信号的测量和运算。
6.如权利要求
5所述的检测指示装置，其特征是Z5，Z6，Z7，Z8，Z9，Z10，2-10进制计数器组成了24bit计数器，Z2，Z3，Z4可控输出暂存器组成了输入寄存器，每8bit和一个暂存器74LS273相接，Z2和PIO芯片相接，通过PIO申请中断，读取数据，Z3，Z4输出端直接挂到数据总线上，微型机通过Z3、Z4的输出控制端控制数据的输入。
7.如权利要求
6所述的输入系统，其特征是PIO芯片上的数据线PA1-PA3和微型机上的数据总线D0～D7相配合输入其中的8bit数据。
8.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是户外大型导航牌的灯光控制使用的是可控硅，它由四个整流二极管A、B、C、D组成桥式整流电路与若干个普通灯泡E和一个反向耐压大于600V的可控硅F连接而成。
9.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是计算用的声速采用的是现场声速。
10.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是在计算机内对运算数据采用了“最小二乘法平滑处理”。
11.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是装置内引进了双踪示波器部件监视回波信号。
12.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是灯光导航牌上有夹角显示，它是由对船头船尾距离的精确测量而计算出来的。
13.如权利要求
1所述的检测指示装置，其特征是脉宽鉴别中采用了移位寄存器。
专利摘要
靠岸声纳是一种由换能器、发射机、接收机、整形鉴别器、控制门、距离信息输入器、电子钟、微型机、显示、打印等部件组成的检测指示装置，其特征是设备中装备有微型机。微型机控制整机的工作，对轮船靠岸中的速度、距离和夹角进行精确、实时的测量和运算，并将结果显示打印出来，为港口船舶安全靠岸导航。靠岸声纳还能使码头的设计，建造“轻型化”，为新建港口节约投资。此外，也能提高老码头的吨位级别，增加吞吐能力。因此，它是现代化港口的重要设施。
文档编号G08G3/02GK86103212SQ86103212
公开日1987年12月30日 申请日期1986年5月7日
发明者施修祥 申请人:中国科学院声学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan