[实用新型]基于单波束声纳阵列扫描技术船舶吃水深度自动检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于单波束声纳阵列扫描技术船舶吃水深度自动检测装置。

背景技术

船舶“超吃水”，即船舶吃水深度超过船闸所允许的最大安全深度。“超吃水”是目前船闸运行中面临的最常见和最直接的安全威胁，轻则可能造成船舶搁浅，阻塞通航，重则可能导致船闸损坏，给大坝建筑造成严重的安全威胁。水电站在其通航管理过程中常因此类行为，遭遇过坝船只闸口搁浅事故，给船员、航道和坝体建筑安全带来较大威胁，引起纠纷事件，影响正常通航调度工作的开展。

本项目针对上述问题，本实用新型申请人于2012年开展了船舶吃水实时检测技术的研究，结合多波束超声波检测技术和DSP数据处理技术，分别在大坝上、下游采用“多波束侧扫声纳检测”和“阵列式单波束声纳检测”两种方法，对过往船只的水底形状进行扫描，并将扫描数据经DSP数据处理和后台计算，获得船只最大吃水深度数据，为船舶通航调度管理提供科学依据，达到“事前预防、事中控制”的目的。这对于保障航道通航安全具有重要的意义。

本装置是位于大坝下游侧，基于“阵列式单波束声纳扫描”技术的自动检测平台。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种安装及维护简单，测量过程简捷高效、测量精度高的基于单波束声纳阵列扫描技术船舶吃水深度自动检测装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于单波束声纳阵列扫描技术船舶吃水深度自动检测装置，其特征在于：包括单波束声纳基元阵列、声纳信号处理机和后台主控系统；

所述单波束声纳基元阵列安装在引航道横截面上，构成吃水深度检测门装置；所述单波束声纳基元阵列是一组单波束换能器的组合；

所述声纳信号处理机对各个换能器进行顺序采集、信号放大、滤波、模数转换和DSP处理，将整理而成的数字信号通过RS485协议传输给后台主控系统；

所述单波束声纳基元阵列通过一水密电缆与置于岸边的声纳信号处理机进行连接；

所述后台主控系统包括主控计算机和供电单元；所述供电单元为整个装置提供电源。

在本实用新型实施例中，所述一组单波束换能器包括安装在固定水深处的线阵声纳换能器组和安装在同样深度的引航道侧边单独换能器；所述换能器并联连接。

在本实用新型实施例中，所述线阵声纳换能器组安装方式为：每隔0.5米布放一个换能器，作为垂直方向的测距基元；所述安装在同样深度的引航道侧边单独换能器，其信号收发的轨迹与引航道的实际宽度直线平行，用作实时水温的数据的获取。

在本实用新型实施例中，所述一组单波束换能器安装的深度是待测船只最大吃水深度加上最大水位变化。

在本实用新型实施例中，所述声纳信号处理机包括依次连接的收发转换开关模块、前置放大模块、带通滤波模块、二级放大模块、抗混叠滤波模块、模数转换模块、RS485接口电路、DSP信号处理模块、FPGA控制模块、波形发生器模块、功率放大器模块和阻抗匹配网络模块；所述阻抗匹配网络模块连接至收发转换开关模块；所述数字信号处理模块的收发转换开关模块连接至换能器组，所述RS485接口电路连接至主控计算机。

在本实用新型实施例中，所述声纳信号处理机对于每个换能器采集的超声波回波到达时间，均整理成$CxxRxxxx数字信号格式，并通过串口协议传送给后台主控系统，其中的Cxx表示的事换能器的通道号，Rxxxx表示回波的传播时间。

在本实用新型实施例中，所述单波束声纳基元阵列的安装地点、声纳信号处理机的安放位置和后台主控系统分别处于不同地点，由于串口的传输距离有限，采用串口转以太网的方式让声纳信号处理机输出的信号接入水电厂的局域网中，通过网络与后台主控系统相连。

在本实用新型实施例中，所述主控计算机连接有音箱，用于超吃水警告发声报警。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、测量过程简捷高效、同时满足“离船”、“快速”、“自动”、“不停船“、“单边检测”等条件；

2、测量测量精度高，误差≤3cm；

3、事前预控能力强，真正达到防止超载船入闸的目的；

4、结构简单，总体投资小，运维成本低，极大地降低施工和维护难度；

5、总体安全性高，大大降低了设备被船只撞击、损坏的概率。

附图说明

图1是单波束声纳工作原理示意图。

图2是本实用新型装置整体构成示意图。

图3是本实用新型水下单波束声纳基元阵列示意图。

图4是本实用新型声纳信号处理机电路图。