專利名稱：挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于疏浚施工自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種計(jì)量裝艙量的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
為了取得較高的生產(chǎn)效率和工作效率，要靠取得更精確的信息去更有效地控制施工過(guò)程。用于指導(dǎo)疏浚施工和計(jì)量裝艙量的裝載監(jiān)測(cè)裝置是自航耙吸挖泥船施工所必備的設(shè)備之一。
現(xiàn)有的裝載監(jiān)測(cè)裝置采用壓力傳感器檢測(cè)一點(diǎn)吃水的變化，其輸出通過(guò)指針式模擬表指示船舶的裝載量，船舶的裝載狀況及變化是以筆式記錄器進(jìn)行記錄。此種裝置(1)所采用的壓力傳感器為七十年代日本的專利產(chǎn)品，通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變電壓值，輸出為非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，因備件無(wú)法解決及陳舊已被淘汰；(2)采用一臺(tái)壓力傳感器檢測(cè)船舯吃水，對(duì)船舶縱傾和船體變形等因素的影響沒(méi)有做修正，計(jì)算不嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)量裝載量誤差較大；(3)儀表部分采用分立元件組成，故障率高、操作使用麻煩、直觀性差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供了一種挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置。
本實(shí)用新型的目的是提供一種精度高、集成度高、運(yùn)行可靠的自航耙吸挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置。該裝置是通過(guò)三臺(tái)壓力傳感器檢測(cè)船舶艏舯艉吃水、兩臺(tái)液位傳感器檢測(cè)泥艙液面高度并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種修正計(jì)算處理后通過(guò)顯示器以圖形和數(shù)字方式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示船舶施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)狀況。本裝置(1)采用三臺(tái)高精度壓力傳感器檢測(cè)船舶艏舯艉吃水，檢測(cè)精度高；(2)采用獨(dú)特的液位傳感器對(duì)角安裝方式對(duì)液位數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)消除船舶縱傾、船舶變形等因素的影響，保證了系統(tǒng)精度；(3)信號(hào)采集均為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于傳感器的更換和維修；(4)采用專用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、變換處理，精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；(5)通過(guò)工控機(jī)處理并在顯示器上以數(shù)字或圖形方式實(shí)時(shí)顯示施工過(guò)程中的裝載過(guò)程，直觀、簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、功能強(qiáng)、運(yùn)行可靠。
本實(shí)用新型是利用傳感器技術(shù)和高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理的裝載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它是通過(guò)三臺(tái)壓力傳感器檢測(cè)船舶吃水并通過(guò)各種修正計(jì)算獲得精確的裝載量、利用兩臺(tái)液位傳感器檢測(cè)泥艙液面高度并根據(jù)排水量的變化計(jì)算挖泥船的裝艙量。為了獲得較高的系統(tǒng)精度采用獨(dú)特的傳感器安裝方式，并對(duì)采集的模擬信號(hào)經(jīng)專用的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理在顯示器上以數(shù)字方式顯示自航耙吸挖泥船的裝載數(shù)據(jù)及裝載過(guò)程圖形(曲線)，為自航船舶的施工管理提供科學(xué)依據(jù)。
本實(shí)用新型采用當(dāng)前先進(jìn)的微電子技術(shù)，傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為系統(tǒng)主機(jī)，通過(guò)對(duì)各種高精度傳感器的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)自航耙吸挖泥船施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)狀況?！巴谀啻b載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”是根據(jù)挖泥船吃水、泥艙液面高度及排水量的變化計(jì)算出挖泥船的裝艙土方量，并通過(guò)顯示器以圖形和數(shù)字方式動(dòng)態(tài)顯示，為施工人員提供一個(gè)動(dòng)態(tài)可視化的施工環(huán)境，同時(shí)根據(jù)施工工況的不同計(jì)算出最佳挖泥時(shí)間和裝艙量，指導(dǎo)施工。
在本方案中，專用的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器是通過(guò)對(duì)艏、艉、舯吃水、泥艙艏、艉液位共5路摸擬量及2路溢流、2路泥泵、8個(gè)泥門(mén)16路開(kāi)關(guān)信號(hào)共計(jì)20路開(kāi)關(guān)量的采集向系統(tǒng)主機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)。模擬量的輸入過(guò)程是通過(guò)帶隔離的多路轉(zhuǎn)換器、帶自動(dòng)增益選擇的信號(hào)調(diào)理放大電路，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；開(kāi)關(guān)量是通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路再通過(guò)芯片處理以位方式輸出數(shù)字信號(hào)。工控主機(jī)以中斷方式接收數(shù)字信號(hào)然后在監(jiān)視器上以數(shù)字、曲線方式動(dòng)態(tài)顯示挖泥船裝載狀態(tài)。
本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，由傳感器、微處理器構(gòu)成，其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)裝置在船舶上裝有2-3臺(tái)吃水傳感器，泥艙裝有1-3臺(tái)液位傳感器，吃水傳感器和液位傳感器分別與微處理器相連，微處理器裝有監(jiān)視器。
本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)措施所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)裝置在船舶的艏、舯和艉各裝有1臺(tái)吃水傳感器。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是泥艙對(duì)角位置裝有2臺(tái)液位傳感器。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是吃水傳感器、液位傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連，數(shù)據(jù)采集控制器通過(guò)數(shù)據(jù)接口與微處理器相連。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)裝置在泥艙裝有溢流傳感器和泥門(mén)傳感器，傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)裝置裝有泥泵開(kāi)關(guān)傳感器，泥泵開(kāi)關(guān)傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集控制器結(jié)構(gòu)是模擬量接口與模擬量隔離轉(zhuǎn)換器相連，通過(guò)調(diào)理放大電路后，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連。
所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集控制器結(jié)構(gòu)是開(kāi)關(guān)量接口與開(kāi)關(guān)量隔離電路相連，再與單片機(jī)相連。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是(1)采用三臺(tái)壓力傳感器檢測(cè)吃水、兩臺(tái)雷達(dá)傳感器檢測(cè)艙內(nèi)液位，且對(duì)傳感器的安裝采用優(yōu)化方案，成本低、檢測(cè)精度高；(2)自行設(shè)計(jì)的專用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集精度高，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后在顯示器以數(shù)字方式顯示直觀、簡(jiǎn)單；(3)集成度高、可靠性強(qiáng)、操作方便簡(jiǎn)單。


圖1是本實(shí)用新型連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型傳感器安裝位置示意圖。
圖3是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器原理示意圖。
圖4是本實(shí)用新型組成示意圖。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下參閱圖1、圖2、圖3和圖4。挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置是由艏吃水壓力傳感器1、舯吃水壓力傳感器2、艉吃水壓力傳感器3、艏雷達(dá)液位傳感器4、艉雷達(dá)液位傳感器5、泥泵開(kāi)關(guān)量傳感器6、泥艙溢流開(kāi)關(guān)量傳感器7、泥門(mén)開(kāi)關(guān)量傳感器8、駕駛臺(tái)開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制臺(tái)9、專用數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器10、工控機(jī)11、裝載監(jiān)視器12、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)13、鼠標(biāo)14、打印機(jī)15構(gòu)成，見(jiàn)裝載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。傳感器是本實(shí)用新型的關(guān)鍵部件，它的檢測(cè)精度直接影響裝置的精度，為了獲得準(zhǔn)確的裝載量將三臺(tái)壓力傳感器安裝在距船舶輕載水線以下0.5米處位置，既可保證吃水檢測(cè)精度又可避免船舶航行時(shí)水流對(duì)傳感器造成的影響；兩臺(tái)雷達(dá)液位傳感器采取對(duì)角線安裝方式且要求兩檢測(cè)點(diǎn)對(duì)角連線中點(diǎn)在船體中線上以進(jìn)一步修正船舶傾斜的影響從而保證液位檢測(cè)精度，見(jiàn)裝載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器安裝位置示意圖。
本專利所涉及的專用數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器10主要是由模擬量接口16、模擬量隔離多路轉(zhuǎn)換器19、帶自動(dòng)增益選擇的信號(hào)調(diào)理放大電路22、A/D7714變換器23、20V8可編程編碼陣列電路24、HC374譯碼控制器25、MSP接線端子27、HC240芯片28、開(kāi)關(guān)量輸入隔離電路29、開(kāi)關(guān)量輸入接口30、HC245總線收發(fā)器26、存儲(chǔ)器31、I8288數(shù)據(jù)地址控制器34、AT89C52CPU單片機(jī)35、MAX476串口驅(qū)動(dòng)36、DB9九針串行端口37組成。其中模擬量隔離多路轉(zhuǎn)換器19是由RL1～RL5構(gòu)成5路摸擬量輸入信號(hào)的隔離器17和P1～P5模擬量輸入信號(hào)隔離器的驅(qū)動(dòng)電路18組成；帶自動(dòng)增益選擇的信號(hào)調(diào)理放大電路22是由P4A、P5A增益放大器的切換驅(qū)動(dòng)器20及OP-07E運(yùn)算放大器21組成；存儲(chǔ)器31是由DS1664RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器32和27512存儲(chǔ)器33組成。模擬量的輸入過(guò)程是通過(guò)帶光電隔離的模擬量多路轉(zhuǎn)換器19、帶自動(dòng)增益選擇的信號(hào)調(diào)理放大電路22再通過(guò)A/D7714模數(shù)轉(zhuǎn)換器23、20V8可編程邏輯陣列集成電路24、HC374譯碼控制器25完成摸擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號(hào)送入總線收發(fā)器26。開(kāi)關(guān)量是通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入隔離電路29經(jīng)HC240芯片28處理后變換為數(shù)字信號(hào)經(jīng)MSP接線端子27連接到總線收發(fā)器26。數(shù)字信號(hào)通過(guò)總線收發(fā)器26，經(jīng)總線送入存儲(chǔ)器31，經(jīng)數(shù)據(jù)地址控制器34選擇處理后，再經(jīng)AT89C52CPU單片機(jī)35處理，通過(guò)MAX476串口驅(qū)動(dòng)36到DB9九針串行端口37輸出，將信號(hào)送工控機(jī)11處理在裝載監(jiān)視器12上顯示裝載數(shù)據(jù)。
在本方案中通過(guò)艏吃水壓力傳感器1、舯吃水壓力傳感器2、艉吃水壓力傳感器3檢測(cè)船舶艏舯艉吃水，通過(guò)艏雷達(dá)液位傳感器4、艉雷達(dá)液位傳感器5檢測(cè)泥艙內(nèi)液位，將采集到的壓力、液位模擬量通過(guò)HC374譯碼控制器25控制某一模擬量輸入通道的選中使信號(hào)經(jīng)由P4A、P5A及OP-07E組成的自動(dòng)增益放大器22放大后進(jìn)入A/D7714模數(shù)轉(zhuǎn)換器23轉(zhuǎn)換。A/D7714模數(shù)轉(zhuǎn)換器23使用∑- 轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位精度無(wú)誤碼，以及高線性度其非線性失真度為0.0015％，并有3個(gè)差分模擬輸入和一個(gè)差分基準(zhǔn)輸入，它的串行接口可進(jìn)行3線操作，通過(guò)串行端口可用軟件設(shè)置增益、信號(hào)極性和通道選擇。通過(guò)A/D7714模數(shù)轉(zhuǎn)換器23以高位在先的串行方式輸出數(shù)字信號(hào)再由20V8可編程邏輯陣列集成電路24進(jìn)行門(mén)陣列編碼以并行方式輸出數(shù)字信號(hào)到數(shù)據(jù)總線，從而完成由摸擬量到數(shù)字量的采集和轉(zhuǎn)換功能。開(kāi)關(guān)量的輸入過(guò)程是通過(guò)泥泵開(kāi)關(guān)量傳感器6、泥艙溢流開(kāi)關(guān)量傳感器7、泥門(mén)開(kāi)關(guān)量傳感器8將采集到的開(kāi)關(guān)量送入駕駛臺(tái)開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制臺(tái)9，開(kāi)關(guān)量輸入隔離電路29將20路開(kāi)關(guān)量信號(hào)(實(shí)際上是摸擬量)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在2V以下時(shí)驅(qū)動(dòng)光電轉(zhuǎn)換器處于截止態(tài)，而在輸入信號(hào)為3V-18V時(shí)，驅(qū)動(dòng)光電轉(zhuǎn)換器處于導(dǎo)通態(tài)。通過(guò)HC240芯片28輸入端得到真正意義的開(kāi)關(guān)量信號(hào)并在HC240芯片28輸出端以位方式輸出數(shù)字信號(hào)到數(shù)據(jù)總線，經(jīng)HC245總線收發(fā)器26對(duì)數(shù)字信號(hào)的收發(fā)經(jīng)存儲(chǔ)器31、I8288數(shù)據(jù)線/地址線控制器34、AT89C52CPU單片機(jī)35及MAX476串口驅(qū)動(dòng)36組成的電路的處理，實(shí)現(xiàn)裝載儀數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換電路的邏輯、時(shí)序及通訊的控制功能。本系統(tǒng)主機(jī)是PIII工控機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)經(jīng)DB九針串口37接受專用數(shù)據(jù)采集調(diào)理控制器10輸出的裝載監(jiān)測(cè)狀態(tài)信號(hào)，再經(jīng)系統(tǒng)軟件處理，在裝載監(jiān)視器12上顯示裝載過(guò)程數(shù)據(jù)及圖形。
權(quán)利要求1.一種挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，由傳感器、微處理器構(gòu)成，其特征是監(jiān)測(cè)裝置在船舶上裝有2-3臺(tái)吃水傳感器，泥艙裝有1-3臺(tái)液位傳感器，吃水傳感器和液位傳感器分別與微處理器相連，微處理器裝有監(jiān)視器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是監(jiān)測(cè)裝置在船舶的艏、舯和艉各裝有1臺(tái)吃水傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是泥艙對(duì)角位置裝有2臺(tái)液位傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是吃水傳感器、液位傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連，數(shù)據(jù)采集控制器通過(guò)數(shù)據(jù)接口與微處理器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是監(jiān)測(cè)裝置在泥艙裝有溢流傳感器和泥門(mén)傳感器，傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是監(jiān)測(cè)裝置裝有泥泵開(kāi)關(guān)傳感器，泥泵開(kāi)關(guān)傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是數(shù)據(jù)采集控制器結(jié)構(gòu)是模擬量接口與模擬量隔離轉(zhuǎn)換器相連，通過(guò)調(diào)理放大電路后，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置，其特征是數(shù)據(jù)采集控制器結(jié)構(gòu)是開(kāi)關(guān)量接口與開(kāi)關(guān)量隔離電路相連，再與單片機(jī)相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置。挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置屬于疏浚施工自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特征體現(xiàn)在挖泥船裝載監(jiān)測(cè)裝置由傳感器、微處理器構(gòu)成，監(jiān)測(cè)裝置在船舶上裝有2－3臺(tái)吃水傳感器，泥艙裝有1－3臺(tái)液位傳感器，泥艙裝有溢流、泥門(mén)和泥泵開(kāi)關(guān)傳感器，吃水傳感器、液位傳感器和開(kāi)關(guān)傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器相連，數(shù)據(jù)采集控制器通過(guò)數(shù)據(jù)接口與微處理器相連，微處理器裝有監(jiān)視器。本實(shí)用新型成本低，數(shù)字方式顯示直觀，集成度高，可靠性強(qiáng)，操作方便、簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高。
文檔編號(hào)E02F9/26GK2659976SQ0325831
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者趙素芳, 李金貴, 李炳茜 申請(qǐng)人:天津航道勘察設(shè)計(jì)研究院