發(fā)布時(shí)間：2020-12-14 14:39

　　近幾年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,內(nèi)河航運(yùn)尤其是長(zhǎng)江航運(yùn)憑借其運(yùn)量大、環(huán)保、節(jié)能、成本低等優(yōu)點(diǎn),發(fā)展十分迅速。向家壩水電站的建設(shè)大大改善了其所屬流域的航運(yùn)條件,提高了通航效率。但與此同時(shí),內(nèi)河航運(yùn)超載、超吃水的問(wèn)題日益突出,嚴(yán)重威脅了航道和通航設(shè)施。特別是對(duì)于向家壩升船機(jī),過(guò)機(jī)船舶超載或超吃水不僅會(huì)影響船舶自身的安全,而且對(duì)升船機(jī)設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成重大的安全隱患。面對(duì)向家壩升船機(jī)通航船舶吃水檢測(cè)的需求,我們針對(duì)向家壩上游存在的水位變化巨大、安裝條件特殊、吃水檢測(cè)設(shè)備安裝困難等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套單浮式通航船舶吃水檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)水位計(jì)對(duì)檢測(cè)門姿態(tài)和位置變化進(jìn)行補(bǔ)償;采用水位計(jì)與超聲波測(cè)距傳感器相結(jié)合的方式對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行聲速補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了對(duì)通航船舶吃水的實(shí)時(shí)離船測(cè)量,提高了升船機(jī)的通航效率。利用單浮式檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量的吃水檢測(cè)方案對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了新的要求。首先為了降低檢測(cè)門的設(shè)計(jì)難度和系統(tǒng)維護(hù)與安裝難度,需要盡量減輕檢測(cè)門的重量。為此我們?cè)诜治隽顺暡ㄌ匦院统暡〒Q能器的特性之后,重新設(shè)計(jì)了基于STM32的超聲波測(cè)距模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距電路的水上部署,減輕了檢測(cè)門的負(fù)擔(dān)。同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)基于FPGA的... 

【文章來(lái)源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(cè)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(huì)有一個(gè)從受迫振動(dòng)到平衡振動(dòng)再到阻尼??振動(dòng)的過(guò)程。因此換能器在發(fā)射超聲波后會(huì)存在一定的余震，而余震同樣會(huì)在超聲波換??能器中轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這種電信號(hào)會(huì)疊加在接收一體式超聲波換能器的回波信號(hào)上，使??得電路無(wú)法鑒別出真正的回波，擾亂了接收系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)的捕獲，因而產(chǎn)生測(cè)距盲區(qū)，??這種盲區(qū)即為傳感器盲區(qū)［２９］。??因?yàn)椴ㄊ堑拇嬖冢暡y(cè)距傳感器的測(cè)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(cè)系統(tǒng)的吃??水檢測(cè)區(qū)域分為測(cè)量區(qū)域一和測(cè)量區(qū)域二。測(cè)量區(qū)域一可以準(zhǔn)確的采集到船舶的最大吃??水點(diǎn)的吃水?dāng)?shù)據(jù)。而測(cè)量區(qū)域二則因?yàn)橄到y(tǒng)盲區(qū)的存在，可能因?yàn)闊o(wú)法檢測(cè)到船舶的最??大吃水點(diǎn)的吃水?dāng)?shù)據(jù)而產(chǎn)生吃水檢測(cè)誤差。若完全依賴測(cè)量區(qū)域一，則會(huì)使測(cè)量區(qū)域二??變?yōu)榇俺运畽z測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量盲區(qū)。這樣就要求船舶吃水檢測(cè)架安裝在水下更深的位置，??這樣做不但會(huì)增加吃水檢測(cè)架制作和安裝難度，還會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)架的安全帶來(lái)隱患。雖??然波束角的大小決定了測(cè)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(cè)范圍。波束角越大，會(huì)帶來(lái)測(cè)量距離的縮小和測(cè)量誤差的增大。而波束角越小，會(huì)??造成測(cè)量區(qū)域二的擴(kuò)大。因此我們針對(duì)測(cè)量區(qū)域二內(nèi)的船舶吃水檢測(cè)算法進(jìn)行了探討。??系統(tǒng)窗區(qū)?＼??？量區(qū)域－?ｉ?＼?＼ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?／??：■個(gè)—??ｆ?＾?Ｉ?－ｉ?ｌ?—？????一－??超聲波傳感器陣列??圖２．?４檢測(cè)盲區(qū)??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｎ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｚｏ

?大連海事大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)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(huì)接收到相鄰傳感器的回??波，尤其是船底出現(xiàn)斜面時(shí)，傳感器可能接收到更遠(yuǎn)距離的傳感器的回波，而這勢(shì)必會(huì)??對(duì)自身的測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)重干擾。??船舶???＾??????，?、??Ｍｒｎ＾??ｐｐｐｐｉｐｐｐｐｉｐｍｉｐｐｐｐｉｉＨｐｐｆＭｐｐｍｉｐｉｉｐｉｉｍｐｉｐｍＨｉｉｉ＾ｓｐｉ＾ｐＥｐｉＫＰＰ＾９ｉｖｐｐｉ＾＾＾ｐ＾Ｐ９ｐｉｉ：??圖２．?５傳感器串?dāng)_圖??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｅｎｓｏｒ?ｃｒｏｓｓｔａｌｋ?ｄｉａｇｒａｍ??為了了解超聲波傳感器間距對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，我們?cè)诖筮B海事大學(xué)打撈館進(jìn)行了??實(shí)驗(yàn)，觀察不同間距下超聲波換能器（以下簡(jiǎn)稱為傳感器）的測(cè)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(cè)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(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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