基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置，包括壓力測量裝置和載重轉(zhuǎn)換裝置；壓力測量裝置由外殼、壓力傳感器、溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、防水?dāng)?shù)據(jù)線構(gòu)成，外殼為筒狀空腔體，壓力傳感器采用投入式壓力探頭；載重轉(zhuǎn)換裝置由單片機(jī)芯片、數(shù)據(jù)存儲芯片、顯示屏、GPS/北斗雙模接收機(jī)、電源電路、顯示屏構(gòu)成；外接GPS及北斗衛(wèi)星雙模天線，通過GPS/北斗雙模接收機(jī)實時測量船舶航行速度；上位計算機(jī)軟件綜合壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、航行速度數(shù)據(jù)、水尺計重數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理最后得出船舶載重數(shù)據(jù)，實現(xiàn)船舶載重量自動測量，自動得出船舶載重量，測量數(shù)據(jù)可用于遠(yuǎn)程傳輸，使用方便，水溫變化對測量精度沒有影響，船舶在航行時，也可以進(jìn)行測量，應(yīng)用價值高。
【專利說明】基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶配套測量設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前航道運(yùn)輸船舶貨物裝卸過程中的載重計量問題一直是困擾交易雙方的一大難題，現(xiàn)階段內(nèi)河船舶載重量的計量方法普遍采用人工觀察船舶吃水，再按吃水值分級查《水尺與載重量對照表》來確定載重量，該方法計量的準(zhǔn)確度主要取決于對船體上水尺讀數(shù)的精度，這種方法往往帶有主觀性，目測誤差大，而且受到港口內(nèi)波浪等因素的影響，得到的不是精確的吃水值。
[0003]隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，通過傳感器和自控技術(shù)手段完全可以改變現(xiàn)有人工觀察船舶吃水的測量方法，而目前尚未有文獻(xiàn)報道此類，也未見實際應(yīng)用，如何解決這個問題就成為了本領(lǐng)域的技術(shù)人員所要研究和解決的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置及方法，船舶載重測量方法；通過設(shè)計壓力測量裝置，將液體壓力測量、溫度感知、航行速度、水尺計重多種技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)內(nèi)河船舶載重量自動測量。測量結(jié)果客觀、準(zhǔn)確，測兩誤差極小，而且不受港口內(nèi)波浪因素的影響，獲得精確吃水值。
[0005]本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的:基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置，其特征在于，包括壓力測量裝置和載重轉(zhuǎn)換裝置；
所述壓力測量裝置由外殼、壓力傳感器、溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、防水?dāng)?shù)據(jù)線構(gòu)成，夕卜殼為筒狀空腔體，筒狀空腔體的兩側(cè)蓋上分別加工若干進(jìn)水孔和出水孔；
所述壓力傳感器采用投入式壓力探頭；
所述溫度傳感器采用？〖100熱電阻；
投入式壓力探頭和？000熱電阻探頭部分安裝在筒狀空腔體內(nèi)，投入式壓力探頭和？^100熱電阻的出線端分別用環(huán)氧樹脂封裝；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)包括壓力變送模塊和溫度變送模塊；壓力變送模塊和溫度變送模塊被環(huán)氧樹脂封裝后固定在外殼內(nèi)部；
壓力傳感器通過引線與壓力變送模塊連接，通過壓力變送模塊將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20-電流信號，4-20-電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置；
所述溫度傳感器通過引線與溫度變送模塊連接，通過溫度變送模塊將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20-電流信號，4-20-電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置；
所述載重轉(zhuǎn)換裝置由單片機(jī)芯片、數(shù)據(jù)存儲芯片、顯示屏、⑶3/北斗雙模接收機(jī)、電源電路、顯示屏構(gòu)成；
壓力變送模塊輸出的4-20-電流信號經(jīng)過仙轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個1/0端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出壓力數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示；
溫度變送模塊輸出的4-20—電流信號經(jīng)過仙轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個1/0端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出溫度數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示；
所述載重轉(zhuǎn)換裝置外接⑶3及北斗衛(wèi)星雙模天線，通過北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶航行速度；
上位計算機(jī)軟件綜合壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、航行速度數(shù)據(jù)、水尺計重數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理最后得出船舶載重數(shù)據(jù)。
[0006]所述基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量方法，包括
1.在船頭、船舶中部及尾部吃水線附近固定于壓力測量裝置及船艙內(nèi)部的載重轉(zhuǎn)換裝置；
2.通過壓力傳感器、溫度傳感器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，實時測量安裝位置距離水面的水壓及水溫的變化，并輸出數(shù)字電平信號；
3.通過壓力測量裝置外殼的筒狀空腔體的兩側(cè)蓋上進(jìn)出水孔，使筒狀空腔體內(nèi)部和外部水域連通；
4.通過載重轉(zhuǎn)換裝置電路的單片機(jī)程序，將從壓力測量裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得出的船舶吃水深度與船舶載重數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示；
5.對應(yīng)數(shù)值進(jìn)行換算，進(jìn)而自動得出船舶的載重量；
6.通過⑶3/北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶航行的速度，并將航速作為載重轉(zhuǎn)換的考慮因素，在單片機(jī)程序計算中加入航速修正因子，對測量結(jié)果做航速補(bǔ)償，從而將測量精度提聞。
[0007]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過本裝置可以實現(xiàn)內(nèi)河船舶載重量的自動測量，并大幅度提高相對應(yīng)傳統(tǒng)目測方法得出的船舶載重精度值。①能夠自動得出船舶載重量，測量數(shù)據(jù)可用于遠(yuǎn)程傳輸，使用方便；②具備防止水溫變化對測量精度的影響功能，測量精度高；③船舶在航行時，也可以進(jìn)行測量，應(yīng)用價值高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1、是船舶吃水深度測量原理示意圖；
圖2、是壓力測量裝置構(gòu)成圖；
圖3、是壓力測量裝置安裝位置圖；
圖4、是載重轉(zhuǎn)換裝置電路框圖；
圖中:1.外殼，2.壓力傳感器，3.溫度傳感器，4.模數(shù)轉(zhuǎn)換器，5.防水?dāng)?shù)據(jù)線，6.載重轉(zhuǎn)換裝置，7.甲板，8.吃水線，9.北斗雙模天線，10.水面。11.壓力測量裝置安裝位置。
[0009]101.進(jìn)水孔，102.出水孔102:401.壓力變送模塊，402溫度變送模塊。

【具體實施方式】
[0010]為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)描述本發(fā)明: 如圖1至圖3所示，基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置，包括壓力測量裝置和載重轉(zhuǎn)換裝置；
所述壓力測量裝置由外殼1、壓力傳感器2、溫度傳感器3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4、防水?dāng)?shù)據(jù)線5構(gòu)成，外殼1為筒狀空腔體，筒狀空腔體的兩側(cè)蓋上分別加工若干進(jìn)水孔101和出水孔102 ；
所述壓力傳感器2采用投入式壓力探頭；
所述溫度傳感器3采用？〖100熱電阻；
投入式壓力探頭和？000熱電阻探頭部分安裝在筒狀空腔體內(nèi)，投入式壓力探頭和？^100熱電阻的出線端分別用環(huán)氧樹脂封裝；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器4內(nèi)包括壓力變送模塊401和溫度變送模塊402 ；壓力變送模塊401和溫度變送模塊402被環(huán)氧樹脂封裝后固定在外殼1內(nèi)部；
壓力傳感器2通過引線與壓力變送模塊401連接，通過壓力變送模塊401將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20-電流信號，4-20-電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線5傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置；
所述溫度傳感器3通過引線與溫度變送模塊402連接，通過溫度變送模塊402將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20-電流信號，4-20-電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線5傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置；所述載重轉(zhuǎn)換裝置由單片機(jī)芯片、數(shù)據(jù)存儲芯片、顯示屏、⑶3/北斗雙模接收機(jī)、電源電路、顯示屏構(gòu)成；
壓力變送模塊401輸出的4-20—電流信號經(jīng)過仙轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個1/0端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出壓力數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示；
溫度變送模塊402輸出的4-20—電流信號經(jīng)過仙轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個1/0端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出溫度數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示；
所述載重轉(zhuǎn)換裝置外接⑶3及北斗衛(wèi)星雙模天線，通過⑶3/北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶航行速度；
上位計算機(jī)軟件綜合壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、航行速度數(shù)據(jù)、水尺計重數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理最后得出船舶載重數(shù)據(jù)。
[0011]裝置原理:船舶載重越多，則船舶吃水越深，那么固定于船體的壓力測量裝置所承受的水壓就越大。
[0012]如圖1所示，壓力測量裝置固定于船舶吃水線附近，根據(jù)壓強(qiáng)與水深的關(guān)系，通過壓力傳感器即可測量船舶此處的水深值0:
水深與壓強(qiáng)關(guān)系公式
0:水深(米)；
？:壓強(qiáng)(帕?；
1-:江水密度；
8:重力加速度。
[0013]此值加上此處的吃水線刻度值!I，就可以得出船舶的吃水深度3，即3=0+11。通過分析每條船舶的《船舶載重與水尺對照表》及船舶的其它有關(guān)資料，將船舶吃水深度與載重量的對應(yīng)數(shù)據(jù)存儲到載重轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的存儲單元，當(dāng)測量裝置將得出船舶的吃水深度輸出給載重轉(zhuǎn)換裝置后，通過載重轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部單片機(jī)的軟件程序自動比較分析后，將船舶的載重量通過顯示屏幕顯示出來，供用戶使用。
[0014]如圖2所示，壓力測量裝置主要由壓力傳感器、溫度傳感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過溫度傳感器可以測量水溫的變化。
[0015]船舶在航行過程中，由于船體的晃動，壓力測量裝置會在多個方向受到水流的快速沖擊，從而影響測量結(jié)果，為此，如圖2所示，本發(fā)明在壓力測量裝置上設(shè)置一個空腔的外殼，并在外殼上設(shè)置多個尺寸較小的進(jìn)(出)水孔，這些水孔能夠有效減緩進(jìn)出壓力測量裝置內(nèi)部水流的速度，從而減小異常水流波動對壓力測量精度的影響。
[0016]船舶在裝載貨物的過程中，有時貨物會集中在船上的船頭或船尾的某個位置，從而造成船體傾斜。如圖3所示，為了減小船體傾斜時對測量的影響，需要在船頭、船舶中部及船尾的兩側(cè)吃水線附近共安裝六個壓力測量裝置，單片機(jī)中的程序根據(jù)六個壓力測量裝置的不同壓力值進(jìn)行載重評估，從而減少因船體傾斜造成測量誤差過大的情況。
[0017]船舶在航行時，由于船速不同，壓力測量裝置受到的異常水壓也不同，船速越快，誤差越大，船舶在靜止時，則誤差最小。因此，如圖1所示，載重轉(zhuǎn)換裝置外接有⑶3/北斗衛(wèi)星雙模天線，通過⑶3/北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶在航道中航行的速度，基于船舶實時航速，在單片機(jī)程序計算中加入航速修正因子，對測量結(jié)果做航速補(bǔ)償。
[0018]公式為丄
1:修正后的吃水深度；
卜航速修正因子；
8:未修正的原始吃水深度；
航速修正因子的修正范圍設(shè)置為4 ? 1。將船舶靜止時壓力測量裝置測得的壓力作為標(biāo)準(zhǔn)修正值#1，當(dāng)船舶的航速增加時，壓力測量裝置測得的壓強(qiáng)會異常增大，從而測得的吃水深度3值也會變大，此時根據(jù)增加的航速逐步減小4值就可以達(dá)到修正載重測量值的作用。
[0019]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置，其特征在于，包括壓力測量裝置和載重轉(zhuǎn)換裝置； 所述壓力測量裝置由外殼(I)、壓力傳感器(2)、溫度傳感器(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)、防水?dāng)?shù)據(jù)線(5)構(gòu)成，外殼(I)為筒狀空腔體，筒狀空腔體的兩側(cè)蓋上分別加工若干進(jìn)水孔(101)和出水孔(102)； 所述壓力傳感器(2)采用投入式壓力探頭； 所述溫度傳感器(3)采用PtlOO熱電阻； 投入式壓力探頭和PtlOO熱電阻探頭部分安裝在筒狀空腔體內(nèi)，投入式壓力探頭和PtlOO熱電阻的出線端分別用環(huán)氧樹脂封裝； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)內(nèi)包括壓力變送模塊(401)和溫度變送模塊(402);壓力變送模塊(401)和溫度變送模塊(402)被環(huán)氧樹脂封裝后固定在外殼(I)內(nèi)部；壓力傳感器(2)通過引線與壓力變送模塊(401)連接，通過壓力變送模塊(401)將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號，4-20mA電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線(5)傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置；所述溫度傳感器(3 )通過引線與溫度變送模塊(402 )連接，通過溫度變送模塊(402 )將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號，4-20mA電流信號通過防水?dāng)?shù)據(jù)線(5)傳送到載重轉(zhuǎn)換裝置； 所述載重轉(zhuǎn)換裝置由單片機(jī)芯片、數(shù)據(jù)存儲芯片、顯示屏、GPS/北斗雙模接收機(jī)、電源電路、顯示屏構(gòu)成； 壓力變送模塊(401)輸出的4-20mA電流信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個I/O端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出壓力數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示； 溫度變送模塊(402)輸出的4-20mA電流信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到單片機(jī)的一個I/O端口，經(jīng)單片機(jī)程序計算處理，得出溫度數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示； 所述載重轉(zhuǎn)換裝置外接GPS及北斗衛(wèi)星雙模天線，通過GPS/北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶航行速度； 上位計算機(jī)軟件綜合壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、航行速度數(shù)據(jù)、水尺計重數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理最后得出船舶載重數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述基于壓力測量技術(shù)的內(nèi)河船舶載重測量裝置的實現(xiàn)方法，包括 .0.在船頭、船舶中部及尾部吃水線附近固定于壓力測量裝置及船艙內(nèi)部的載重轉(zhuǎn)換裝置； 2).通過壓力傳感器、溫度傳感器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，實時測量安裝位置距離水面的水壓及水溫的變化，并輸出數(shù)字電平信號； 3).通過壓力測量裝置外殼的筒狀空腔體的兩側(cè)蓋上進(jìn)出水孔，使筒狀空腔體內(nèi)部和外部水域連通； 4).通過載重轉(zhuǎn)換裝置電路的單片機(jī)程序，將從壓力測量裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得出的船舶吃水深度與船舶載重數(shù)據(jù)，通過通信端口傳給上位計算機(jī)儲存和顯示； 5).對應(yīng)數(shù)值進(jìn)行換算，進(jìn)而自動得出船舶的載重量； 6).通過GPS/北斗雙模接收機(jī)可以實時測量船舶航行的速度，并將航速作為載重轉(zhuǎn)換的考慮因素，在單片機(jī)程序計算中加入航速修正因子，對測量結(jié)果做航速補(bǔ)償，從而將測量精度提
【文檔編號】B63B39/12GK104443299SQ201410770664
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】程樹軍, 張相波, 時勇 申請人:天津七一二通信廣播有限公司