向家坝上游通航船舶吃水检测系统
发布时间：2020-12-14 14:39
近几年来,随着国民经济的发展,内河航运尤其是长江航运凭借其运量大、环保、节能、成本低等优点,发展十分迅速。向家坝水电站的建设大大改善了其所属流域的航运条件,提高了通航效率。但与此同时,内河航运超载、超吃水的问题日益突出,严重威胁了航道和通航设施。特别是对于向家坝升船机,过机船舶超载或超吃水不仅会影响船舶自身的安全,而且对升船机设施安全稳定运行构成重大的安全隐患。面对向家坝升船机通航船舶吃水检测的需求,我们针对向家坝上游存在的水位变化巨大、安装条件特殊、吃水检测设备安装困难等特点,设计了一套单浮式通航船舶吃水检测系统。通过水位计对检测门姿态和位置变化进行补偿;采用水位计与超声波测距传感器相结合的方式对测距结果进行声速补偿,实现了对通航船舶吃水的实时离船测量,提高了升船机的通航效率。利用单浮式检测平台进行测量的吃水检测方案对整个系统的设计提出了新的要求。首先为了降低检测门的设计难度和系统维护与安装难度,需要尽量减轻检测门的重量。为此我们在分析了超声波特性和超声波换能器的特性之后,重新设计了基于STM32的超声波测距模块来实现测距电路的水上部署,减轻了检测门的负担。同时通过设计基于FPGA的...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?３超声波换能器??Ｆｉｇ．?２．３?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ??
布方式和传感器自身测量区域有限造成的系统盲区。超声波换能器在??发射超声波后，由于惯性的存在，压电晶体将会有一个从受迫振动到平衡振动再到阻尼??振动的过程。因此换能器在发射超声波后会存在一定的余震，而余震同样会在超声波换??能器中转换为电信号，这种电信号会叠加在接收一体式超声波换能器的回波信号上，使??得电路无法鉴别出真正的回波，扰乱了接收系统对回波信号的捕获，因而产生测距盲区，??这种盲区即为传感器盲区［２９］。??因为波束角的存在，超声波测距传感器的测量范围呈现扇形分布因此存在如图２．４??所示的系统盲区。我们根据是否包含系统盲区将向家坝上游通航船舶吃水检测系统的吃??水检测区域分为测量区域一和测量区域二。测量区域一可以准确的采集到船舶的最大吃??水点的吃水数据。而测量区域二则因为系统盲区的存在，可能因为无法检测到船舶的最??大吃水点的吃水数据而产生吃水检测误差。若完全依赖测量区域一，则会使测量区域二??变为船舶吃水检测系统的测量盲区。这样就要求船舶吃水检测架安装在水下更深的位置，??这样做不但会增加吃水检测架制作和安装难度，还会对检测结构架的安全带来隐患。虽??然波束角的大小决定了测量区域二的大小，但波束角的大小受限于超声波传感器的吃水??检测范围。波束角越大，会带来测量距离的缩小和测量误差的增大。而波束角越小，会??造成测量区域二的扩大。因此我们针对测量区域二内的船舶吃水检测算法进行了探讨。??系统窗区?＼??？量区域－?ｉ?＼?＼ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?／??：■个—??ｆ?＾?Ｉ?－ｉ?ｌ?—？????一－??超声波传感器阵列??图２．?４检测盲区??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｎ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｚｏ
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２．４．４探头之间的影响??如图２．５所示，超声波换能器除了接收到自身的回波外还会接收到相邻传感器的回??波，尤其是船底出现斜面时，传感器可能接收到更远距离的传感器的回波，而这势必会??对自身的测量结果造成严重干扰。??船舶???＾??????，?、??Ｍｒｎ＾??ｐｐｐｐｉｐｐｐｐｉｐｍｉｐｐｐｐｉｉＨｐｐｆＭｐｐｍｉｐｉｉｐｉｉｍｐｉｐｍＨｉｉｉ＾ｓｐｉ＾ｐＥｐｉＫＰＰ＾９ｉｖｐｐｉ＾＾＾ｐ＾Ｐ９ｐｉｉ：??图２．?５传感器串扰图??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｅｎｓｏｒ?ｃｒｏｓｓｔａｌｋ?ｄｉａｇｒａｍ??为了了解超声波传感器间距对测量结果的影响，我们在大连海事大学打捞馆进行了??实验，观察不同间距下超声波换能器（以下简称为传感器）的测量结果，结果如图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？叶??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??传感器??图２．?６传感器测量所受干扰随间隔的变化??Ｆｉｇ．?２．６?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｅｎｓｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘法的线性与非线性拟合[J]. 莫小琴. 无线互联科技. 2019(04)
[2]基于最小二乘的复杂曲面检测方法研究[J]. 刘业峰,孙福英,张磊,段旭明. 工具技术. 2018(12)
[3]基于FPGA多通道数据采集系统的设计[J]. 王增刚,常蕾. 电子测试. 2018(21)
[4]基于曲线拟合的红外成像测温定标方法研究[J]. 官上洪,杨海波,邵铭,刘小虎. 光电技术应用. 2018(05)
[5]改进最小二乘拟合在桥梁墩柱垂直度检测中的应用[J]. 邱冬炜,王来阳,王彤,刘亚杰. 测绘通报. 2018(S1)
[6]基于FPGA高速数据采集设计及验证[J]. 王瑞,贺鹏飞,刘鹏飞. 中国集成电路. 2018(09)
[7]一种基于图像处理的船舶水尺标志识别方法[J]. 沈益骏,黄昱洪,何吉飞. 上海海事大学学报. 2018(02)
[8]升船机内船舶吃水检测系统研究[J]. 陆雷,熊木地,高云飞,刘超,李然. 人民长江. 2017(20)
[9]向家坝水库水温时空特征及其成因分析[J]. 龙良红,徐慧,纪道斌,严萌,刘德富. 长江流域资源与环境. 2017(05)
[10]向家坝升船机承船厢设计水深标准[J]. 李中华,胡亚安,刘克平. 水运工程. 2016(12)
硕士论文
[1]三峡升船机通航船舶动态吃水检测系统的研究[D]. 高云飞.大连海事大学 2018
[2]超声波测距系统的研究与实现[D]. 田文成.南京邮电大学 2017
[3]基于ARM的大距离超声测距仪的设计与开发[D]. 王柯渊.西安建筑科技大学 2017
[4]升船机通航船舶吃水检测系统的研究[D]. 陆雷.大连海事大学 2017
[5]浮动侧扫式船舶吃水检测系统的研究[D]. 王培滨.大连海事大学 2017
[6]浮动式船舶吃水检测系统的研究[D]. 刘占民.大连海事大学 2016
[7]船舶吃水检测系统的研究[D]. 刘新建.大连海事大学 2016
[8]基于多波束测深声纳的船舶吃水自动检测技术研究及实现[D]. 李鑫立.武汉理工大学 2015
[9]移动式船舶动态吃水检测系统的研究[D]. 李辉.大连海事大学 2015
[10]高精度超声波测距系统的研究与设计[D]. 杨秋菊.西南石油大学 2014
本文编号：2916567
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?３超声波换能器??Ｆｉｇ．?２．３?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ??
布方式和传感器自身测量区域有限造成的系统盲区。超声波换能器在??发射超声波后，由于惯性的存在，压电晶体将会有一个从受迫振动到平衡振动再到阻尼??振动的过程。因此换能器在发射超声波后会存在一定的余震，而余震同样会在超声波换??能器中转换为电信号，这种电信号会叠加在接收一体式超声波换能器的回波信号上，使??得电路无法鉴别出真正的回波，扰乱了接收系统对回波信号的捕获，因而产生测距盲区，??这种盲区即为传感器盲区［２９］。??因为波束角的存在，超声波测距传感器的测量范围呈现扇形分布因此存在如图２．４??所示的系统盲区。我们根据是否包含系统盲区将向家坝上游通航船舶吃水检测系统的吃??水检测区域分为测量区域一和测量区域二。测量区域一可以准确的采集到船舶的最大吃??水点的吃水数据。而测量区域二则因为系统盲区的存在，可能因为无法检测到船舶的最??大吃水点的吃水数据而产生吃水检测误差。若完全依赖测量区域一，则会使测量区域二??变为船舶吃水检测系统的测量盲区。这样就要求船舶吃水检测架安装在水下更深的位置，??这样做不但会增加吃水检测架制作和安装难度，还会对检测结构架的安全带来隐患。虽??然波束角的大小决定了测量区域二的大小，但波束角的大小受限于超声波传感器的吃水??检测范围。波束角越大，会带来测量距离的缩小和测量误差的增大。而波束角越小，会??造成测量区域二的扩大。因此我们针对测量区域二内的船舶吃水检测算法进行了探讨。??系统窗区?＼??？量区域－?ｉ?＼?＼ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?Ｖ?／??：■个—??ｆ?＾?Ｉ?－ｉ?ｌ?—？????一－??超声波传感器阵列??图２．?４检测盲区??Ｆｉｇ．?２．４?Ｎｏｎ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｚｏ
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２．４．４探头之间的影响??如图２．５所示，超声波换能器除了接收到自身的回波外还会接收到相邻传感器的回??波，尤其是船底出现斜面时，传感器可能接收到更远距离的传感器的回波，而这势必会??对自身的测量结果造成严重干扰。??船舶???＾??????，?、??Ｍｒｎ＾??ｐｐｐｐｉｐｐｐｐｉｐｍｉｐｐｐｐｉｉＨｐｐｆＭｐｐｍｉｐｉｉｐｉｉｍｐｉｐｍＨｉｉｉ＾ｓｐｉ＾ｐＥｐｉＫＰＰ＾９ｉｖｐｐｉ＾＾＾ｐ＾Ｐ９ｐｉｉ：??图２．?５传感器串扰图??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｅｎｓｏｒ?ｃｒｏｓｓｔａｌｋ?ｄｉａｇｒａｍ??为了了解超声波传感器间距对测量结果的影响，我们在大连海事大学打捞馆进行了??实验，观察不同间距下超声波换能器（以下简称为传感器）的测量结果，结果如图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？叶??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??传感器??图２．?６传感器测量所受干扰随间隔的变化??Ｆｉｇ．?２．６?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｓｅｎｓｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘法的线性与非线性拟合[J]. 莫小琴. 无线互联科技. 2019(04)
[2]基于最小二乘的复杂曲面检测方法研究[J]. 刘业峰,孙福英,张磊,段旭明. 工具技术. 2018(12)
[3]基于FPGA多通道数据采集系统的设计[J]. 王增刚,常蕾. 电子测试. 2018(21)
[4]基于曲线拟合的红外成像测温定标方法研究[J]. 官上洪,杨海波,邵铭,刘小虎. 光电技术应用. 2018(05)
[5]改进最小二乘拟合在桥梁墩柱垂直度检测中的应用[J]. 邱冬炜,王来阳,王彤,刘亚杰. 测绘通报. 2018(S1)
[6]基于FPGA高速数据采集设计及验证[J]. 王瑞,贺鹏飞,刘鹏飞. 中国集成电路. 2018(09)
[7]一种基于图像处理的船舶水尺标志识别方法[J]. 沈益骏,黄昱洪,何吉飞. 上海海事大学学报. 2018(02)
[8]升船机内船舶吃水检测系统研究[J]. 陆雷,熊木地,高云飞,刘超,李然. 人民长江. 2017(20)
[9]向家坝水库水温时空特征及其成因分析[J]. 龙良红,徐慧,纪道斌,严萌,刘德富. 长江流域资源与环境. 2017(05)
[10]向家坝升船机承船厢设计水深标准[J]. 李中华,胡亚安,刘克平. 水运工程. 2016(12)
硕士论文
[1]三峡升船机通航船舶动态吃水检测系统的研究[D]. 高云飞.大连海事大学 2018
[2]超声波测距系统的研究与实现[D]. 田文成.南京邮电大学 2017
[3]基于ARM的大距离超声测距仪的设计与开发[D]. 王柯渊.西安建筑科技大学 2017
[4]升船机通航船舶吃水检测系统的研究[D]. 陆雷.大连海事大学 2017
[5]浮动侧扫式船舶吃水检测系统的研究[D]. 王培滨.大连海事大学 2017
[6]浮动式船舶吃水检测系统的研究[D]. 刘占民.大连海事大学 2016
[7]船舶吃水检测系统的研究[D]. 刘新建.大连海事大学 2016
[8]基于多波束测深声纳的船舶吃水自动检测技术研究及实现[D]. 李鑫立.武汉理工大学 2015
[9]移动式船舶动态吃水检测系统的研究[D]. 李辉.大连海事大学 2015
[10]高精度超声波测距系统的研究与设计[D]. 杨秋菊.西南石油大学 2014
本文编号：2916567
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