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一种浮式船舶吃水检测系统的工作方法，所述的检测系统包括浮体(1)、固定支架(2)、角度传感器(3)、缆绳(4)、检测门(5)、面向水面的超声波传感器阵列(6)、面向水底的超声波传感器(7)和超声波反射装置(8)；所述的浮体(1)用锚链固定在水面上；所述的固定支架(2)安装在浮体(1)中部纵轴线上；所述的角度传感器(3)为高精度角度传感器(3)，安装在浮体(1)纵轴线边缘位置，并且和浮体(1)表面平行，角度传感器(3)用来测量浮体(1)横摇和纵摇时的摆动角度；角度传感器(3)精度高于0.5度、采样频率高于5Hz；所述的检测门(5)用缆绳(4)悬挂于浮体(1)的固定支架(2)上，检测门(5)没入水下的深度根据检测需要进行调整；所述的面向水面的超声波传感器阵列(6)是用多个面向水面的超声波传感器等间距固定安装在检测门(5)上，用来测量检测门(5)和通航船舶之间的距离信息；所述的检测门(5)最左端和最右端分别安装有面向水底的超声波传感器(7)，在面向水底的超声波传感器(7)正下面的固定位置安装有超声波反射装置(8)，面向水底的超声波传感器(7)向水下发射超声波信号，通过超声波反射装置(8)返回后，测量检测门(5)支架和水底之间的距离信息；其特征在于：所述的工作方法包括以下步骤：A、设ΔX<sub>1</sub>为浮体(1)重心的变化量，ΔX<sub>2</sub>为利用面向水底的超声波传感器(7)和超声波反射装置(8)测得的误差值；当ΔX<sub>1</sub>小于ΔX<sub>2</sub>时，浮体(1)重心变化对检测门(5)深度影响可忽略，只考虑浮体(1)横摇和纵摇，转步骤B；当ΔX<sub>1</sub>大于或者等于ΔX<sub>2</sub>时，转步骤E；B、当浮体(1)发生横摇时，固定安装在浮体(1)上的支架也会随着浮体(1)横摇，设浮体(1)上的固定支架(2)较长的一边长度为R，左边的固定支架(2)与浮体(1)水平面的角度为固定值α<sub>1</sub>；当浮体(1)发生摇摆后，利用角度传感器(3)测出固定支架(2)在水平方向偏离的角度β<sub>1</sub>，利用固定支架(2)的几何关系求出左侧缆绳(4)在垂直方向上的位移ΔZ'<sub>1</sub>＝R×sin(α<sub>1</sub>+β<sub>1</sub>)‑R×sinα<sub>1</sub>同理得右侧缆绳(4)在垂直方向上的位移ΔZ'<sub>2</sub>＝R×sin(α<sub>2</sub>+β<sub>2</sub>)‑R×sinα<sub>2</sub>C、在浮体(1)发生横摆的条件下，浮体(1)发生纵摆时，利用角度传感器(3)测出左侧固定支架(2)在垂直方向上偏离的角度ω<sub>1</sub>，求出左侧缆绳(4)在垂直方向移动的距离为ΔZ<sub>1</sub>＝ΔZ'<sub>1</sub>cosω<sub>1</sub>＝(R×sin(α<sub>1</sub>+β<sub>1</sub>)‑R×sinα<sub>1</sub>)cosω<sub>1</sub>同理求出右侧缆绳(4)在右侧缆绳(4)在垂直方向移动的距离为ΔZ<sub>2</sub>＝ΔZ'<sub>2</sub>cosω<sub>2</sub>＝(R×sin(α<sub>2</sub>+β<sub>2</sub>)‑R×sinα<sub>2</sub>)cosω<sub>2</sub>D、检测门(5)上安装M个面向水面的超声波传感器，两个相邻的面向水面的超声波传感器之间的距离为N，则检测门(5)的长度利用公式(M‑1)N求出，通过检测门(5)安装结构几何关系计算检测门(5)的倾斜角度θ<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>θ</mi><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ΔZ</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>ΔZ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mi>N</mi></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0001040104400000021.GIF" wi="389" he="159" /></maths>然后跳转到步骤G；E、利用面向水底的超声波传感器(7)以及与其对应的超声波反射装置(8)，测得检测门(5)左右两端未产生晃动时距离超声波反射装置(8)的高度以及晃动后距离超声波反射装置(8)的高度，然后求出检测门(5)高度差；当检测门(5)没有晃动时，检测门(5)左端的面向水底的超声波传感器(7)距超声波反射装置(8)的高度为h<sub>1</sub>，当检测门(5)产生晃动时，高度变为h'<sub>1</sub>，检测门(5)左侧高度差为ΔH<sub>1</sub>，则ΔH<sub>1</sub>＝h'<sub>1</sub>‑h<sub>1</sub>同理，当检测门(5)没有晃动时，检测门(5)右端的面向水底的超声波传感器(7)距超声波反射装置(8)的高度为h<sub>2</sub>，当检测门(5)产生晃动时，高度变为h'<sub>2</sub>，此时检测门(5)右侧高度差ΔH<sub>2</sub>＝h'<sub>2</sub>‑h<sub>2</sub>F、检测门(5)上固定安装M个面向水面的超声波传感器，两个面向水面的超声波传感器之间的距离为固定值N，检测门(5)的长度利用公式(M‑1)N求出，通过检测门(5)安装结构几何关系计算检测门(5)的倾斜角度θ；<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>θ</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ΔH</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>ΔH</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mi>N</mi></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0001040104400000022.GIF" wi="469" he="127" /></maths>G、静止状态下由面向水面的超声波传感器测量水面的距离对其深度进行标定，得到深度标定值数组{H<sub>1</sub>,H<sub>2</sub>,...,H<sub>M</sub>}；按从左至右的方向，第i个面向水面的超声波传感器由于浮体(1)摇摆引起的深度偏移量为ΔH<sub>i</sub>＝ΔH<sub>1</sub>+N×(i‑1)×sinθ(i＝1,2,...,M)由上述公式得到的深度实时补偿值数组{ΔH<sub>1</sub>,ΔH<sub>2</sub>,...,ΔH<sub>M</sub>}，实际深度值H'<sub>i</sub>＝H<sub>i</sub>‑ΔH<sub>i</sub>(i＝1,2,3,...,M)，通过补偿后的面向水面的超声波传感器的实时深度值数组为{H'<sub>1</sub>,H'<sub>2</sub>,...,H'<sub>M</sub>}，并且通过与其同步的测量值数组{X<sub>1</sub>,X<sub>2</sub>,...,X<sub>M</sub>}做差值即得到真实通航船舶吃水量检测结果。 |
