[发明专利]基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统及检测方法

权利要求书

1.基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统，包括固定装置（1）、超声波传感器阵列（2）、水压传感器模块（3）、数据处理模块（6）；其特征在于：

所述固定装置（1）位于引航道（4）底部，固定装置（1）上等间距安装多个超声波传感器，多个超声波传感器构成超声波传感器阵列（2），超声波传感器阵列（2）用于测量固定装置（1）与通航船舶（5）的间距；

所述固定装置（1）上安装有水压传感器模块（3），水压传感器模块（3）用于监测水位变化；

所述超声波传感器阵列（2）、水压传感器模块（3）均连接数据处理模块（6）；

数据处理模块（6）用于对超声波传感器阵列（2）测得的固定装置（1）与通航船舶（5）底部的间距h，以及水压传感器模块（3）测得的固定装置（1）与水平面的间距H采集传输后进行处理，通过计算H-h的值，即得通航船舶（5）的吃水值D。

2.根据权利要求1所述基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统，其特征在于：所述固定装置（1）包括不锈钢架材质的安装架（8），安装架（8）与水平面平行，多个超声波传感器通过安装板（9）水平等间距固定在安装架（8）上，构建超声波传感器阵列（2）。

3.根据权利要求2所述基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统，其特征在于：在安装架（8）上同时等间距安装N个水压传感器模块（3），用来测定安装架（8）各处与水平面的间距H。

4.根据权利要求1所述基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统，其特征在于：所述数据处理模块（6）安装于岸上电气柜中，数据处理模块（6）用于吃水数据处理和补偿。

5.根据权利要求4所述基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测系统，其特征在于：所述数据处理模块（6）设有传感器收发控制模块（7），传感器收发控制模块（7）用来实现同步时序控制、传感器信号收/发、超声波传感器状态控制。

6.采用如权利要求1~5所述任意一项吃水检测系统的仰扫式吃水检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在航道底部布设不锈钢架结构的安装架（8），安装架（8）与水平面平行；

步骤二：首先，确定安装架（8）在水中的安装位置，设通航船舶（5）的吃水量为D，因天气、季节、水流等因素导致的水位变化值为D₁，实际中0D₁3m，则应保证超声波传感器阵列（2）在水下的安装位置 HD+D₁；

然后，在安装架（8）上以等间距d安装m个朝向水面的超声波传感器，构成超声波传感器阵列（2），则第n个超声波传感器与靠岸左侧的引航道的距离S_n为：

S_n=(n-1)d，n=1、2、…、m；

由此可得各个超声波传感器在安装架（8）上的安装位置；

且安装架（8）的总长度为：

S=（m-1）d；

在安装超声波传感器阵列（2）时，保证安装架（8）与水平面平行，使超声波传感器通过安装板（9）水平固定在安装架（8）上；

步骤三：在安装架（8）上同时以等间距d₁安装N个水压传感器模块（3），用来测定安装架（8）各处与水平面的间距H，以此检验安装架（8）是否平行于水平面；第i个水压传感器模块与靠岸左侧的引航道的距离S_i为：

S_i=(i-1) d₁i=1、2、…、N；

由此可得各个水压传感器模块在安装架（8）上的安装位置；

步骤四：传感器收发控制模块（7）采用FPGA进行同步时序控制、传感器信号收/发、超声波状态控制；

步骤五：数据处理模块（6）采集超声波传感器阵列（2）测得安装架（8）与通航船舶底部的多路间距hm和水压传感器模块（3）测得的安装架（8）与水平面的间距H，通过计算H-hm的值，得到通航船舶的多路吃水值Dm，得到多路数据进行船舶吃水数据拟合，测算吃水值，完成船舶吃水测量。

7.根据权利要求6所述基于一发多收超声波的仰扫式吃水检测方法，其特征在于：传感器收发控制模块（7）具体时序控制方式为：①、检测系统系统上电，FPGA初始化所有模块；②、根据FPGA程序设定间隔时间，依次为超声波传感器阵列（2）提供使能信号；③、收到发射使能信号的超声波传感器进行工作，同时FPGA通过指令控制其他传感器处于接受状态；④、FPGA发送指令读取各路传感器测到的距离结果；

其中，控制逻辑为m路超声波传感器中使能其中一路超声波传感器进行超声波发送，同时其余m-1路超声波传感器收到接受指令处于接受状态；此时发送超声波的传感器发射超声波完成后，收到FPGA的接受指令，即发送超声波的传感器发送状态完成后立刻处于接收状态，未发送超声波信号的传感器只进行回波的接受。