近幾年來,隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,內(nèi)河航運尤其是長江航運憑借其運量大、環(huán)保、節(jié)能、成本低等優(yōu)點,發(fā)展十分迅速。向家壩水電站的建設大大改善了其所屬流域的航運條件,提高了通航效率。但與此同時,內(nèi)河航運超載、超吃水的問題日益突出,嚴重威脅了航道和通航設施。特別是對于向家壩升船機,過機船舶超載或超吃水不僅會影響船舶自身的安全,而且對升船機設施安全穩(wěn)定運行構(gòu)成重大的安全隱患。面對向家壩升船機通航船舶吃水檢測的需求,我們針對向家壩上游存在的水位變化巨大、安裝條件特殊、吃水檢測設備安裝困難等特點,設計了一套單浮式通航船舶吃水檢測系統(tǒng)。通過水位計對檢測門姿態(tài)和位置變化進行補償;采用水位計與超聲波測距傳感器相結(jié)合的方式對測距結(jié)果進行聲速補償,實現(xiàn)了對通航船舶吃水的實時離船測量,提高了升船機的通航效率。利用單浮式檢測平臺進行測量的吃水檢測方案對整個系統(tǒng)的設計提出了新的要求。首先為了降低檢測門的設計難度和系統(tǒng)維護與安裝難度,需要盡量減輕檢測門的重量。為此我們在分析了超聲波特性和超聲波換能器的特性之后,重新設計了基于STM32的超聲波測距模塊來實現(xiàn)測距電路的水上部署,減輕了檢測門的負擔。同時通過設計基于FPGA的... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．?３超聲波換能器??Ｆｉｇ．?２．３?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ??

布方式和傳感器自身測量區(qū)域有限造成的系統(tǒng)盲區(qū)。超聲波換能器在??發(fā)射超聲波后，由于慣性的存在，壓電晶體將會有一個從受迫振動到平衡振動再到阻尼??振動的過程。因此換能器在發(fā)射超聲波后會存在一定的余震，而余震同樣會在超聲波換??能器中轉(zhuǎn)換為電信號，這種電信號會疊加在接收一體式超聲波換能器的回波信號上，使??得電路無法鑒別出真正的回波，擾亂了接收系統(tǒng)對回波信號的捕獲，因而產(chǎn)生測距盲區(qū)，??這種盲區(qū)即為傳感器盲區(qū)［２９］。??因為波束角的存在，超聲波測距傳感器的測量范圍呈現(xiàn)扇形分布因此存在如圖２．４??所示的系統(tǒng)盲區(qū)。我們根據(jù)是否包含系統(tǒng)盲區(qū)將向家壩上游通航船舶吃水檢測系統(tǒng)的吃??水檢測區(qū)域分為測量區(qū)域一和測量區(qū)域二。測量區(qū)域一可以準確的采集到船舶的最大吃??水點的吃水數(shù)據(jù)。而測量區(qū)域二則因為系統(tǒng)盲區(qū)的存在，可能因為無法檢測到船舶的最??大吃水點的吃水數(shù)據(jù)而產(chǎn)生吃水檢測誤差。若完全依賴測量區(qū)域一，則會使測量區(qū)域二??變?yōu)榇俺运畽z測系統(tǒng)的測量盲區(qū)。這樣就要求船舶吃水檢測架安裝在水下更深的位置，??這樣做不但會增加吃水檢測架制作和安裝難度，還會對檢測結(jié)構(gòu)架的安全帶來隱患。雖??然波束角的大小決定了測量區(qū)域二的大小，但波束角的大小受限于超聲波傳感器的吃水??檢測范圍。波束角越大，會帶來測量距離的縮小和測量誤差的增大。而波束角越小，會??造成測量區(qū)域二的擴大。因此我們針對測量區(qū)域二內(nèi)的船舶吃水檢測算法進行了探討。??系統(tǒng)窗區(qū)?＼??？量區(qū)域－?ｉ?＼?＼ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?／??：■個—??ｆ?＾?Ｉ?－ｉ?ｌ?—？????一－??超聲波傳感器陣列??圖２．?４檢測盲區(qū)??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｎ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｚｏ

?大連海事大學專業(yè)學位碩士學位論文???２．４．４探頭之間的影響??如圖２．５所示，超聲波換能器除了接收到自身的回波外還會接收到相鄰傳感器的回??波，尤其是船底出現(xiàn)斜面時，傳感器可能接收到更遠距離的傳感器的回波，而這勢必會??對自身的測量結(jié)果造成嚴重干擾。??船舶???＾??????，?、??Ｍｒｎ＾??ｐｐｐｐｉｐｐｐｐｉｐｍｉｐｐｐｐｉｉＨｐｐｆＭｐｐｍｉｐｉｉｐｉｉｍｐｉｐｍＨｉｉｉ＾ｓｐｉ＾ｐＥｐｉＫＰＰ＾９ｉｖｐｐｉ＾＾＾ｐ＾Ｐ９ｐｉｉ：??圖２．?５傳感器串擾圖??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｅｎｓｏｒ?ｃｒｏｓｓｔａｌｋ?ｄｉａｇｒａｍ??為了了解超聲波傳感器間距對測量結(jié)果的影響，我們在大連海事大學打撈館進行了??實驗，觀察不同間距下超聲波換能器（以下簡稱為傳感器）的測量結(jié)果，結(jié)果如圖２．６??所示。??４?｜?＇?Ｔ?＇?－??＊？Ｔ?＾?１．５０ｍ??３?９Ｓ???Ｍｌ?１．３４ｍ???＂：灞?１?１?７ｍ??３９?——龍，??３?８５??＾?３８??３?７５????１??淀?￣圓?ｉＷ．．．－－－，????????＆?３？葉??３?６５?Ｉ－??Ｊ??３?？?ｒ￣?ｙ?—??ｖ?Ｖ?Ｖ??３?５５??３?５?＊?ｉ?？??［??Ｉ?ｉ??０?２?４?６?８?１０?１２?１４?１６??傳感器??圖２．?６傳感器測量所受干擾隨間隔的變化??Ｆｉｇ．?２．６?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｅｎｓｏ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于最小二乘法的線性與非線性擬合[J]. 莫小琴.  無線互聯(lián)科技. 2019(04)
[2]基于最小二乘的復雜曲面檢測方法研究[J]. 劉業(yè)峰,孫福英,張磊,段旭明.  工具技術. 2018(12)
[3]基于FPGA多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J]. 王增剛,常蕾.  電子測試. 2018(21)
[4]基于曲線擬合的紅外成像測溫定標方法研究[J]. 官上洪,楊海波,邵銘,劉小虎.  光電技術應用. 2018(05)
[5]改進最小二乘擬合在橋梁墩柱垂直度檢測中的應用[J]. 邱冬煒,王來陽,王彤,劉亞杰.  測繪通報. 2018(S1)
[6]基于FPGA高速數(shù)據(jù)采集設計及驗證[J]. 王瑞,賀鵬飛,劉鵬飛.  中國集成電路. 2018(09)
[7]一種基于圖像處理的船舶水尺標志識別方法[J]. 沈益駿,黃昱洪,何吉飛.  上海海事大學學報. 2018(02)
[8]升船機內(nèi)船舶吃水檢測系統(tǒng)研究[J]. 陸雷,熊木地,高云飛,劉超,李然.  人民長江. 2017(20)
[9]向家壩水庫水溫時空特征及其成因分析[J]. 龍良紅,徐慧,紀道斌,嚴萌,劉德富.  長江流域資源與環(huán)境. 2017(05)
[10]向家壩升船機承船廂設計水深標準[J]. 李中華,胡亞安,劉克平.  水運工程. 2016(12)

碩士論文
[1]三峽升船機通航船舶動態(tài)吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 高云飛.大連海事大學 2018
[2]超聲波測距系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 田文成.南京郵電大學 2017
[3]基于ARM的大距離超聲測距儀的設計與開發(fā)[D]. 王柯淵.西安建筑科技大學 2017
[4]升船機通航船舶吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 陸雷.大連海事大學 2017
[5]浮動側(cè)掃式船舶吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 王培濱.大連海事大學 2017
[6]浮動式船舶吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 劉占民.大連海事大學 2016
[7]船舶吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 劉新建.大連海事大學 2016
[8]基于多波束測深聲納的船舶吃水自動檢測技術研究及實現(xiàn)[D]. 李鑫立.武漢理工大學 2015
[9]移動式船舶動態(tài)吃水檢測系統(tǒng)的研究[D]. 李輝.大連海事大學 2015
[10]高精度超聲波測距系統(tǒng)的研究與設計[D]. 楊秋菊.西南石油大學 2014



本文編號：2916567