【摘要】：隨著近些年來(lái)國(guó)家的大力支持,內(nèi)河水域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的不斷攀升,船舶貨運(yùn)量呈現(xiàn)出猛增趨勢(shì)。但越來(lái)越重的船舶載貨,使得船舶吃水深度激增,如果超吃水現(xiàn)象嚴(yán)重,則會(huì)威脅航道安全。為解決這些問(wèn)題,需要對(duì)通航船舶進(jìn)行吃水檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)出超吃水違章船舶時(shí),能夠及時(shí)制止,從而避免事故的發(fā)生,有效地提高通航效率。目前國(guó)內(nèi)外吃水檢測(cè)方法均存在不小弊端,例如無(wú)法離船檢測(cè)、準(zhǔn)確性差等。為此,本文提出多頻率超聲波陣列側(cè)掃式吃水檢測(cè)系統(tǒng),首先分析了水中超聲波的多途效應(yīng)以及衍射效應(yīng)原理,根據(jù)這些原理完成了短時(shí)分時(shí)控制方法以及幅值細(xì)分技術(shù)的設(shè)計(jì);其次對(duì)超聲波換能器的特性展開(kāi)了研究,為后續(xù)的超聲波換能器選取提供了依據(jù)。根據(jù)多頻率超聲波陣列側(cè)掃式吃水檢測(cè)系統(tǒng)的要求,本文設(shè)計(jì)了 DSP多頻率數(shù)據(jù)采集模塊,實(shí)現(xiàn)不同頻率超聲波的發(fā)射與接收,利用頻譜分析技術(shù)解析出對(duì)應(yīng)每一路頻率的超聲波信號(hào)電壓幅值,消除了通道間干擾,有效地提高了檢測(cè)效率。設(shè)計(jì)了 ARM數(shù)據(jù)融合模塊,與DSP多頻率數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)成雙核的實(shí)時(shí)采集結(jié)構(gòu),完成了超聲波數(shù)據(jù)與水位計(jì)數(shù)據(jù)的提取融合、噪聲處理等功能,并將數(shù)據(jù)通過(guò)光纖進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸給上位機(jī)系統(tǒng)。研制的上位機(jī)軟件系統(tǒng)采用中值濾波的方法解決了隨機(jī)噪聲的問(wèn)題,采用換能器數(shù)據(jù)特性標(biāo)準(zhǔn)化方法解決因各種因素導(dǎo)致超聲波換能器參數(shù)差異的問(wèn)題,同時(shí)使用幅值細(xì)分技術(shù)提高了系統(tǒng)的檢測(cè)精度。經(jīng)過(guò)在大連海事大學(xué)校打撈館的實(shí)驗(yàn)和三峽升船機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的投入運(yùn)行證明,本文開(kāi)發(fā)的側(cè)掃式吃水檢測(cè)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足工程實(shí)際要求,技術(shù)方案可行。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)中國(guó)計(jì)量科學(xué)院的計(jì)量認(rèn)證,當(dāng)航道寬度為30m時(shí),測(cè)量精度達(dá)2.0cm;當(dāng)航道寬度為50m時(shí),測(cè)量精度達(dá)2.8cm。
【圖文】：

圖１．邋１船載超聲波檢測(cè)法示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｈｉｐ邋ｂｏｒｎｅ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑但該方法仍存在缺陷：首先，超聲波換能器不允許進(jìn)行離船測(cè)量，，浪費(fèi)次，超聲波傳輸速率受到環(huán)境濕度以及溫度的影響，聲速的差異嚴(yán)重影

（５）仰掃式超聲波檢測(cè)法逡逑仰掃式超聲波檢測(cè)法是將超聲波傳感器裝置在檢測(cè)區(qū)域的河道底部，由支架逡逑固定，如圖１．２所示。當(dāng)通航船舶途徑檢測(cè)區(qū)域時(shí)，傳感器陣列發(fā)射超聲波被水面逡逑或者船體底部反射后再次由傳感器采集，通過(guò)得知此時(shí)超聲波傳輸速度來(lái)計(jì)算得逡逑出船舶吃水值［（；］。檢測(cè)船只經(jīng)過(guò)時(shí)傳感器陣列距水面高度／／，檢測(cè)此時(shí)傳感器陣逡逑列距船體底部高度／／，所以可得船舶吃水深度Ｄ：逡逑Ｄ邋＝邋Ｈ－ｈ邐（１．２）逡逑ｒ￣＞逡逑——邋——逡逑Ｄ逡逑邐ｉ＿＿ｖ邐１邐逡逑Ｈ逡逑ｈ邋：：：：：：：：：：：：邐ｈ逡逑邐＾——ｍ——ｉ；——？——ｗ—邋－ｍ邋—■邐ｗ邐逡逑圖１．２仰掃式超聲波檢測(cè)法示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｎｖｅｒｔｅｄ邋ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)離船測(cè)量，但是由于傳感器陣列固定在河道底部，不方逡逑便后期設(shè)備的安裝檢修。逡逑除了以上幾種方法，還有多波束掃描法［１（）１等，但這些方法仍然無(wú)法進(jìn)行高精逡逑度離船實(shí)時(shí)檢測(cè)。逡逑１．２．３側(cè)掃式吃水檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀逡逑由于現(xiàn)今吃水檢測(cè)系統(tǒng)都或多或少存在弊端，大連海事大學(xué)與三峽通航管理逡逑局合作提出側(cè)掃式吃水檢測(cè)方法。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３。側(cè)掃式吃水檢測(cè)系逡逑統(tǒng)利用船舶對(duì)單頻率超聲波傳輸路徑的遮擋產(chǎn)生的衍射效應(yīng)結(jié)合水位信息來(lái)計(jì)算逡逑得到船舶吃水值。該系統(tǒng)主要包括：水位計(jì)模塊、超聲波發(fā)射陣列、超聲波接收逡逑陣列、數(shù)據(jù)采集模塊、上位機(jī)軟件系統(tǒng)。該方法雖然能夠進(jìn)行離船實(shí)時(shí)檢測(cè)，并逡逑－４邋－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U698

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2645985