CN202449183U - 基于激光的船舶吃水深度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种船舶吃水深度的测量***，特别是一种基于激光的船舶吃水深度测量装置及其测量方法，其要点在于，使用两端带有透明窗口的空心密封直管作为激光传播方向转换的载体，同时以端部摆动方式实现其激光射出垂直深度和水平位置上的调节，并提供了移动平台配合调整，因此整套***的主要装置都能够布置在陆地上，减小了***施工难度小，也避免了设备上船所需要的一系列搬运工程，施工安装方便、操作实施简单，设备巡检维护容易，降低了从施工、实施、到维护等各方面的成本，离船检测过程快速、准确，提高了检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船舶吃水深度的测量***，特别是一种基于激光的船舶吃水深度测量装置。
背景技术
船舶水下部分是指船体浸没在水中的部分。船舶水下部分最低点到水面的距离称为船舶吃水深度。船闸、升船机等各类通航枢纽都规定了通航船舶的最大允许吃水深度，船舶超吃水会给船闸等通航枢纽带来严重威胁，轻则船舶搁浅，阻塞航道，重则设备损害，甚至船毁人亡。目前，国内外船舶吃水深度主要测量方法如下：
（1）人工观测法
该方法依靠经过长期训练的专业人员通过测量船舶的水尺标志而获得船舶实际吃水，该方法只能在船舶靠岸或者锚泊时进行，受主观因素和天气环境影响大，测量时间长，无法满足快速离船检测的要求。而且该方法测量时需要放绳梯，具有一定危险性。
（2）超声波水尺法
该方法以甲板为基准，向水面发射超声波，通过测量回波返回时间，根据声速测得船体甲板至水面的距离等参数，计算出吃水深度。本方法测量的精度受温度影响较大，而且目前该方法只能将检测装置安装在船上进行检测，也不能满足离船测量要求。
（3）压力传感法
该方法在船舶空载吃水线的位置上安装压力传感器，当吃水变深时，根据压力传感器得到吃水深度。该方法需要把关键测量设备安装在船体外侧，不仅不能满足离船测量要求，而且实施困难。
这些方法要么受主观因素影响大、要么检查设备必须登船或者下水，由于设备都比较大型，施工安装、操作实施、设备维护等都有极大难处，很是不便，而且每次登船无法满足航运管理部门离船、快速、准确的检查要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种安全、有效、无需登船检测、检测快速、准确的基于激光的船舶吃水深度测量装置。
本实用新型的目的是通过以下途径来实现的：
基于激光的船舶吃水深度测量装置，其结构要点在于，包括有激光发射装置、发射侧光路***、激光接收装置、移动平台和信号处理装置，其中：
激光发射装置包括有安装在同一光轴上的激光发生器和激光扩束镜；
发射侧光路***包括有空心密封直管、第一反射镜、第二反射镜和步进电机，空心密封直管的顶端和底端的侧面上均设置有透明窗口，第一反射镜安装在空心密封直管顶端透明窗口处的内腔中，镜面与该透明窗口相对，第二反射镜安装在空心密封直管底端透明窗口处的内腔中，镜面也与底端侧面的透明窗口相对；步进电机的转动轴与该空心密封直管顶端部上安装的驱动转轴连接；第一反射镜的镜面中心部分位于激光发射装置的光轴上，空心密封直管位于岸沿外侧的壁面上；
移动平台包括有车台座体、导轨、支架、水平悬臂和可伸缩垂直悬臂，其中车台座***于导轨上，导轨安装在岸边陆地上，与岸沿平行，支架垂直于车台座体的台面安装，水平悬臂的一端与支架顶端部相连，水平悬臂的另一端则与可伸缩垂直悬臂顶端连接并垂直分布，激光接收装置位于可伸缩垂直悬臂的尾端部；
信号处理装置的信号触发端与激光发生器连接，信号接收端与激光接收装置连接，信号控制端与步进电机电连接。
上述基于激光的船舶吃水深度测量装置的测量方法，包括如下步骤：
提供如上所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，
信号处理装置根据当前船舶情况及水位数据进行分析处理，获得当前船舶的标准吃水深度数据，然后生成指令和触发信号，通过信号控制端发送给发射侧光路***的步进电机，
步进电机启动，并带动空心密封直管以管的顶端部为转动中心，管身在垂直于水面的岸沿外侧壁面上摆动设置角度，此时空心密封直管的底端部上的第二反射镜位于标准吃水深度位置；
启动移动平台，支架带动水平悬臂伸出水面上方，其水平悬臂的长度能够跨过通航船舶，可伸缩垂直悬臂驱动伸长，其尾端部没入水中，控制可伸缩垂直悬臂的伸展长度，直到其尾端部的激光接收装置位于标准吃水深度位置上；
信号处理装置发送检测指令通过信号触发端传送给激光发生器，激光发生器发射激光，经过激光扩束镜转换成激光束，首先该激光束射入发射侧光路***空心密封直管顶端侧面的透明窗口，并入射在第一反射镜上，第一反射镜反射该激光束到达第二反射镜，第二反射镜反射该激光束，通过直管底端侧面的透明窗***出，进入水面；
启动移动平台，使其沿着导轨移动，并对可伸缩垂直悬臂进行微调，直到激光接收装置能够稳定接收到激光信号，即信号处理装置能够稳定接收到激光接收装置发来的数据信号；
通知船舶驶入检测区域，信号处理装置根据激光接收装置发来的信号进行如下处理，在设定时间内，接收到设定次数的激光数据，则判别船舶吃水深度符合要求，然后生成数据进行存储，如果在设定时间内未能接收到设定次数的激光数据，则判别船舶吃水深度超标，不符合要求，信号处理装置将对数据进行分析处理，生成结果进行存储，并发出警告信息。
也就是说如果船舶吃水深度未超标，则激光接收装置能够无遮挡的接收到激光发射装置发出的激光束，如果船舶吃水深度抄表，则船体将遮挡激光在水下的传播路径，导致激光接收装置无法接受到对侧射来的激光。
本实用新型技术方案所述的各个组成构件均是直接安装在岸边陆地上的，基本不需要对水面下进行施工组装，也避免了设备上船所需要的一系列搬运工程，施工安装方便、操作实施简单，设备巡检维护容易，降低了从施工、实施、到维护等各方面的成本，离船检测过程快速、准确，提高了检测效率。
本实用新型可以进一步具体为：
激光发生器或者为一种蓝绿激光器、或者为一种蓝光激光器、或者为一种绿光激光器。
这是因为，激光波长处在蓝光到绿光范围内的激光在水中衰减较小，检测效果好。
第一发射镜和第二发射镜或者为一种平面反射镜，镜面与所对应的透明窗口呈45°角，或者为一种全反射镜，该全反射镜是一种横截面是等腰直角三角形的棱镜。
第一反射镜和第二反射镜都是用于改变激光的传播方向。在选择上，相对于平面反射镜，全反射棱镜消除了平面镜反射时在玻璃表面和银面形成的多个影像，成像质量更好。
激光接收器或者为一种光感接收器，或者为一种CCD摄像机。
相对普通的光感接收器，CCD摄像机能够较为清楚的拍摄到激光束的状态以及船体在水下部分的情况，更有利于信号处理装置进行多方面的信息分析、处理和存储，且光电转换效率能够较好匹配激光发生器产生的蓝色、绿色或者蓝绿色激光束。
移动平台上的支架为一种平行四边形支架，平行四边形支架上的横连杆延伸为水平悬臂。
这样，水平悬臂便于平行四边形支架上的横连杆一体，有较好的抗弯效果。
信号处理装置为一种工业控制计算机，其包括有中央处理模块，以及分别与该中央处理模块连接的基准数据存储模块，测试数据存储模块、显示模块、输入模块和信号输出模块。
综上所述，本实用新型提供了一种基于激光的船舶吃水深度测量装置及其测量方法，使用两端带有透明窗口的空心密封直管作为激光传播方向转换的载体，同时以端部摆动方式实现其激光射出垂直深度和水平位置上的调节，并提供了移动平台配合调整，因此整套***的主要装置都能够布置在陆地上，减小了***施工难度小，也避免了设备上船所需要的一系列搬运工程，施工安装方便、操作实施简单，设备巡检维护容易，降低了从施工、实施、到维护等各方面的成本，离船检测过程快速、准确，提高了检测效率。
附图说明
图1所示为本实用新型所述基于激光的船舶吃水深度测量装置正面结构示意图。
图2所示为本实用新型所述基于激光的船舶吃水深度测量装置侧面结构示意图。
下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。
具体实施方式
最佳实施例：
参照附图1和附图2，基于激光的船舶吃水深度测量装置及其测量方法，包括有激光发射装置1、发射侧光路***、激光接收装置3、移动平台和信号处理装置5。
其中，激光发射装置1包括有处于同一光轴的532nm半导体泵浦全固体绿光激光器和倍率为10的532nm绿光激光扩束镜，532nm绿光激光在水中衰减较小，且与CCD的光电转换效率匹配好。半导体泵浦固体激光器体积小且光束质量好，适合于激光成像***。激光扩束镜用于扩展激光束的直径并减小激光束的发散角。
激光发射侧光路***包括空心密封直管21和第一反射镜22、第二反射镜23和步进电机24，空心密封直管21长度10米，内径8厘米，其顶端和底端的相对侧面上均设置有透明窗口，第一反射镜22和第二反射镜23均为一种全反射镜，其是一种横截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边长度和棱镜厚度均为5厘米。第一反射镜22安装在空心密封直管顶端透明窗口处的内腔中，镜面与该透明窗口相对成45°角，第二反射镜23安装在空心密封直管底端透明窗口处的内腔中，镜面也与底端侧面的透明窗口相对成45°角；第一反射镜的镜面中心部分位于激光发射装置的光轴上，空心密封直管位于岸沿外侧的壁面上，并平行于该壁面，所述壁面垂直于水平面。步进电机24的转动轴与该空心密封直管21顶端部（即第一反射镜安装的位置）上安装的驱动转轴连接；此时的空心密封直管21可以在步进电机24带动下以顶端全反射棱镜（第一反射镜22）所在点为转动中心，调节底端部全反射棱镜（第二反射镜23）的垂直位置和水平位置。激光发射装置1发射的水平方向激光由密封管顶端的透明窗口进入，经顶端全反射棱镜22改变为方向后在密封直管内向管末端传播，再被末端全反射棱镜改变为水平方向后从末端透明窗口水平射向对侧激光接收装置。
移动平台4包括车台座体41、导轨42、支架43、水平悬臂44和可伸缩垂直悬臂45。移动平台4安装在岸上陆地，其中导轨长度20米，与岸沿平行，移动平台可以沿导轨移动，车台座体1上安装平行四边形支架43，该平行四边形支架43上的横连杆延伸为长度为8米的水平悬臂44。水平悬臂44另一端通过拉伸油缸与最大长度为12米的可伸缩垂直悬臂45连接，垂直悬臂45垂直于水平悬臂44。可伸缩垂直悬臂的尾端部安装有激光接收装置。
激光接收装置3采用500万像素的CCD摄像机。信号处理装置5为一种工业控制PC机，其包括有中央处理模块，以及分别与该中央处理模块连接的基准数据存储模块，测试数据存储模块、LED显示模块、输入模块、报警模块和信号传送模块；信号传送模块中的信号触发端与激光发生器连接，信号接收端与激光接收装置连接，信号控制端与步进电机电连接。
上述基于激光的船舶吃水深度测量装置的测量方法，包括如下步骤：
提供如上所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，
信号处理装置5根据当前船舶情况及水位数据进行分析处理，获得当前船舶的标准吃水深度数据，然后生成指令和触发信号，通过信号控制端发送给发射侧光路***的步进电机24，
步进电机24启动，并带动空心密封直管21以管的顶端部为转动中心，管身在垂直于水面的岸沿外侧壁面上摆动设置角度，此时空心密封直管21的底端部上的第二反射镜23位于标准吃水深度位置1.6米；
启动移动平台，支架43带动水平悬臂44伸出水面上方，其水平悬臂44的长度能够跨过通航船舶，可伸缩垂直悬臂45驱动伸长，其尾端部没入水中，控制可伸缩垂直悬臂45的伸展长度，直到其尾端部的激光接收装置位于1.6米吃水深度位置上；
信号处理装置5发送检测指令通过信号触发端传送给半导体激光器，半导体激光器发射532nm激光，经过10倍率的激光扩束镜转换成激光束，首先该激光束射入发射侧光路***空心密封直管21顶端侧面的透明窗口，并入射在第一反射镜22上，第一反射镜22反射该激光束到达第二反射镜23，第二反射镜23进一步反射该激光束，通过直管底端侧面的透明窗***出，进入水面，水平射向CCD照相机；
启动移动平台，使其沿着导轨42移动，并对可伸缩垂直悬臂45进行微调，直到激光接收装置3能够稳定接收到激光信号，即信号处理装置5能够稳定接收到激光接收装置3发来的数据信号；
通知船舶驶入检测区域，信号处理装置5根据激光接收装置发来的信号进行如下处理，在设定时间内，接收到设定次数的激光数据，则判别船舶吃水深度符合要求，然后生成数据进行存储，如果在设定时间内未能接收到设定次数的激光数据，则判别船舶吃水深度超标，不符合要求，信号处理装置将对数据进行分析处理，生成结果进行存储，通过LED显示模块显示数据信息和警报信息，并通过报警模块发出警告。
也就是说如果船舶吃水深度未超标，则激光接收装置能够无遮挡的接收到激光发射装置发出的激光束，如果船舶吃水深度抄表，则船体将遮挡激光在水下的传播路径，导致激光接收装置无法接受到对侧射来的激光。本实用新型所述基于激光的船舶吃水深度测量装置可以实现全程自动化控制、无人值守。
本实用新型未述部分与现有技术相同。
Claims (7)
1.基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，包括有激光发射装置、发射侧光路***、激光接收装置、移动平台和信号处理装置，其中：
激光发射装置包括有安装在同一光轴上的激光发生器和激光扩束镜；
发射侧光路***包括有空心密封直管、第一反射镜、第二反射镜和步进电机，空心密封直管的顶端和底端的侧面上均设置有透明窗口，第一反射镜安装在空心密封直管顶端透明窗口处的内腔中，镜面与该透明窗口相对，第二反射镜安装在空心密封直管底端透明窗口处的内腔中，镜面也与底端侧面的透明窗口相对；步进电机的转动轴与该空心密封直管顶端部上安装的驱动转轴连接；第一反射镜的镜面中心部分位于激光发射装置的光轴上，空心密封直管位于岸沿外侧的壁面上；
移动平台包括有车台座体、导轨、支架、水平悬臂和可伸缩垂直悬臂，其中车台座***于导轨上，导轨安装在岸边陆地上，与岸沿平行，支架垂直于车台座体的台面安装，水平悬臂的一端与支架顶端部相连，水平悬臂的另一端则与可伸缩垂直悬臂顶端连接并垂直分布，激光接收装置位于可伸缩垂直悬臂的尾端部；
信号处理装置的信号触发端与激光发生器连接，信号接收端与激光接收装置连接，信号控制端与步进电机电连接。
2.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，激光发生器或者为一种蓝绿激光器、或者为一种蓝光激光器、或者为一种绿光激光器。
3.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，第一发射镜和第二发射镜均为一种平面反射镜，镜面与所对应的透明窗口呈45°角。
4.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，第一发射镜和第二发射镜均为一种全反射镜，该全反射镜是一种横截面是等腰直角三角形的棱镜。
5.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，激光接收器或者为一种光感接收器，或者为一种CCD摄像机。
6.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，移动平台上的支架为一种平行四边形支架，平行四边形支架上的横连杆延伸为水平悬臂。
7.根据权利要求1所述的基于激光的船舶吃水深度测量装置，其特征在于，信号处理装置为一种工业控制计算机，其包括有中央处理模块，以及分别与该中央处理模块连接的基准数据存储模块，测试数据存储模块、显示模块、输入模块和信号输出模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Free format text: FORMER OWNER: FUJIAN SHUIKOU POWER GENERATION GROUP CO., LTD. Effective date: 20140304 Owner name: STATE GRID FUJIAN ELECTRIC POWER CO., LTD. FUJIAN Effective date: 20140304 |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 350004 FUZHOU, FUJIAN PROVINCE TO: 100031 XICHENG, BEIJING |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140304 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd. Patentee after: Fujian Shuikou Power Generation Group Co., Ltd. Address before: 350004 No. 333 Baima South Road, Taijiang District, Fujian, Fuzhou Patentee before: Fujian Shuikou Power Generation Group Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120926 Termination date: 20181222 |