一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，屬于艦船安全保障【技術(shù)領(lǐng)域】。這種走錨預(yù)警系統(tǒng)包括振動(dòng)檢測(cè)模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無(wú)線(xiàn)通信傳輸。實(shí)時(shí)檢測(cè)錨鏈振動(dòng)特征的振動(dòng)檢測(cè)模塊通過(guò)連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動(dòng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的錨鏈振動(dòng)特征數(shù)據(jù)由無(wú)線(xiàn)通信傳輸至主控模塊，主控模塊對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)錨鏈振動(dòng)頻率特征符合設(shè)定的走錨特征時(shí)，判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。通過(guò)對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可充分掌握艦船錨泊動(dòng)態(tài)，并判斷其走錨危險(xiǎn)程度，進(jìn)而及早提供可靠的走錨預(yù)警信息。該系統(tǒng)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易于安裝、操作簡(jiǎn)便、可靠性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其屬于艦船安全保障【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]走錨是指錨泊艦船受到的錨鏈張力大于系泊力時(shí)，錨被拖動(dòng)、自轉(zhuǎn)甚至錨爪翻轉(zhuǎn)出底土從而喪失正常錨泊力，導(dǎo)致艦船漂移的現(xiàn)象。如果錨泊值更人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)走錨，極易引發(fā)碰撞、觸礁、擱淺等事故，嚴(yán)重威脅艦船的錨泊安全。因而，走錨判斷及其預(yù)警技術(shù)研究一直是航海安全領(lǐng)域的重要課題。
[0003]現(xiàn)有走錨預(yù)警方法主要依據(jù)艦船走錨前的典型物理特征和力學(xué)參數(shù)變化來(lái)判斷走錨危險(xiǎn)。如專(zhuān)利號(hào)為CN85201825U的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利“一種走錨自控報(bào)警裝置”，是利用艦船走錨時(shí)錨鏈產(chǎn)生的特征振動(dòng)帶動(dòng)傳感棒運(yùn)動(dòng)，使干簧管導(dǎo)通，電路接通電源，從而將振動(dòng)信號(hào)迅速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，當(dāng)三分鐘內(nèi)接收到三次以上該電信號(hào)時(shí)即驅(qū)動(dòng)電子報(bào)警器電路工作，發(fā)布走錨報(bào)警。專(zhuān)利號(hào)為CN202281955U的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利“一種艦船錨泊測(cè)控系統(tǒng)”，是通過(guò)碼頭主控系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收和顯示的海況數(shù)據(jù)及錨泊受力數(shù)據(jù)來(lái)判斷錨泊系統(tǒng)安全，當(dāng)海流流速、海浪聲唄、最大錨拉力的其中一個(gè)達(dá)到臨界條件時(shí)，即判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并向船上遠(yuǎn)端發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示船員檢查錨泊狀況或采取相應(yīng)措施進(jìn)行人工錨泊操作。專(zhuān)利號(hào)為CN102092460A的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利給出了一種風(fēng)浪耦合作用下超大型艦船單點(diǎn)浮筒系泊系統(tǒng)受力分析的方法和模型。此外，還有學(xué)者提出通過(guò)觀(guān)測(cè)艦船位置、錨的位移、錨鏈夾角等的變化等進(jìn)行走錨預(yù)警。上述走錨預(yù)警系統(tǒng)不同程度地存在附屬設(shè)備復(fù)雜、實(shí)地操作受限、過(guò)于依賴(lài)錨泊值更人員主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)、難以實(shí)際工程應(yīng)用等問(wèn)題，且往往是在艦船已經(jīng)發(fā)生走錨后才發(fā)出警報(bào)，不能實(shí)現(xiàn)真正意義的走錨預(yù)警，因而亟需開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)便易行、快速可靠的走錨預(yù)警系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艦船錨泊動(dòng)態(tài)，及早發(fā)布可靠的走錨預(yù)警，從而提醒值更人員及時(shí)檢查錨泊狀況或采取有效措施，充分保證艦船錨泊安全，避免走錨等事故的發(fā)生。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預(yù)警系統(tǒng)，包括振動(dòng)檢測(cè)模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無(wú)線(xiàn)通信傳輸，所述振動(dòng)檢測(cè)模塊包括電源、振動(dòng)傳感器、檢測(cè)模塊單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置、防水外殼和連接固定裝置，電源與振動(dòng)傳感器、檢測(cè)模塊單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置進(jìn)行電連接，振動(dòng)傳感器、檢測(cè)模塊單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置依次進(jìn)行電連接；所述主控模塊包括無(wú)線(xiàn)接收裝置、主控模塊單片機(jī)、USB接口模塊和上位機(jī)，無(wú)線(xiàn)接收裝置、主控模塊單片機(jī)、USB接口模塊和上位機(jī)依次進(jìn)行電連接；實(shí)時(shí)檢測(cè)錨鏈振動(dòng)特征的振動(dòng)檢測(cè)模塊通過(guò)連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動(dòng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的錨鏈振動(dòng)特征數(shù)據(jù)由無(wú)線(xiàn)通信傳輸至主控模塊，由主控模塊對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)錨鏈振動(dòng)頻率特征符合設(shè)定的走錨特征時(shí)，判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。
[0006]所述連接固定裝置采用永磁體固定結(jié)構(gòu)。
[0007]所述主控模塊采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)或嵌入艦船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)式結(jié)構(gòu)。
[0008]所述振動(dòng)傳感器采用ADXL345型加速度芯片。
[0009]所述檢測(cè)模塊單片機(jī)和主控模塊單片機(jī)均采用STC12C5A60S2系列。
[0010]所述無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置與無(wú)線(xiàn)接收裝置均采用NRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0011]所述USB接口模塊采用CH341串口轉(zhuǎn)USB模塊。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:這種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預(yù)警系統(tǒng)包括振動(dòng)檢測(cè)模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無(wú)線(xiàn)通信傳輸。實(shí)時(shí)檢測(cè)錨鏈振動(dòng)特征的振動(dòng)檢測(cè)模塊通過(guò)連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動(dòng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的錨鏈振動(dòng)特征數(shù)據(jù)由無(wú)線(xiàn)通信傳輸至主控模塊，主控模塊對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)錨鏈振動(dòng)頻率特征符合設(shè)定的走錨特征時(shí)，判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。通過(guò)對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可充分掌握艦船錨泊動(dòng)態(tài)，并判斷其走錨危險(xiǎn)程度，進(jìn)而及早提供可靠的走錨預(yù)警信息。與現(xiàn)有走錨預(yù)警系統(tǒng)相比，其自動(dòng)化程度和可靠性均較高，既可大大減輕錨泊值更人員的工作負(fù)擔(dān)，又可降低對(duì)值更人員主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)程度；且系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝操作，易于實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)的工作原理框圖。
[0014]圖2是在走錨模擬實(shí)驗(yàn)中的錨鏈振動(dòng)頻率特征變化圖。
[0015]圖中:1、振動(dòng)檢測(cè)模塊2、主控模塊11、電源12、振動(dòng)傳感器13、檢測(cè)模塊單片機(jī)14、無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置15、防水外殼16、連接固定裝置21、無(wú)線(xiàn)接收裝置22、主控模塊單片機(jī)23、USB接口模塊24、上位機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]圖1示出了一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)的工作原理框圖。圖1中，這種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預(yù)警系統(tǒng)包括振動(dòng)檢測(cè)模塊I和主控模塊2，兩模塊之間采用無(wú)線(xiàn)通信傳輸，主控模塊2采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)設(shè)置于駕駛室內(nèi)或嵌入艦船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)式結(jié)構(gòu)。
[0018]振動(dòng)檢測(cè)模塊I包括電源11、振動(dòng)傳感器12、檢測(cè)模塊單片機(jī)13、無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置14、防水外殼15和連接固定裝置16，電源11與振動(dòng)傳感器12、檢測(cè)模塊單片機(jī)13和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置14進(jìn)行電連接，振動(dòng)傳感器12、檢測(cè)模塊單片機(jī)13和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置14依次進(jìn)行電連接。振動(dòng)傳感器12采用ADXL345型三軸加速度芯片，其量程范圍可調(diào)為±2g/±4g/±8g/±16g;檢測(cè)模塊單片機(jī)13采用STC12C5A60S2系列，它具有內(nèi)存大、耗電低、計(jì)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置14采用NRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0019]主控模塊2包括無(wú)線(xiàn)接收裝置21、主控模塊單片機(jī)22、USB接口模塊23和上位機(jī)24，無(wú)線(xiàn)接收裝置21、主控模塊單片機(jī)22、USB接口模塊23和上位機(jī)24依次進(jìn)行電連接。主控模塊單片機(jī)22采用STC12C5A60S2系列，，它具有內(nèi)存大、耗電低、計(jì)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；無(wú)線(xiàn)接收裝置21采用NRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB接口模塊23采用CH341串口轉(zhuǎn)USB芯片，用于主控模塊單片機(jī)22與上位機(jī)24的數(shù)據(jù)通信。
[0020]實(shí)時(shí)檢測(cè)錨鏈振動(dòng)特征的振動(dòng)檢測(cè)模塊I通過(guò)連接固定裝置16安裝在錨鏈上，連接固定裝置16采用永磁體固定結(jié)構(gòu)。振動(dòng)檢測(cè)模塊I檢測(cè)到的錨鏈振動(dòng)特征數(shù)據(jù)由無(wú)線(xiàn)通信傳輸至主控模塊2，由主控模塊2對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)錨鏈振動(dòng)頻率特征符合設(shè)定的走錨特征時(shí)，判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。
[0021]圖2示出了在走錨模擬實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)得到的錨鏈振動(dòng)頻率特征變化情況。正常錨泊時(shí)，錨鏈呈懸垂?fàn)顟B(tài)，其振動(dòng)頻率相對(duì)平穩(wěn)，平均值為0.2799Hz ;在風(fēng)流等的影響下，錨鏈會(huì)呈現(xiàn)繃緊拉直狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率顯著增大，特征極值分別為0.3969Hz,0.5581Hz、
0.4764H z ;當(dāng)船錨移動(dòng)時(shí)，錨鏈振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)著最后一組顯著變化，其特征極值減小為
0.3817Hz。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)錨鏈振頻特征的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并準(zhǔn)確判斷艦船走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，從而及早發(fā)布走錨預(yù)警。
[0022]本實(shí)用新型的使用方法及原理:艦船正常錨泊時(shí)，錨鏈處于懸垂?fàn)顟B(tài)，在風(fēng)、浪、流等的作用下，錨鏈將不可避免地產(chǎn)生頻率較低的渦激振動(dòng)；隨著風(fēng)、浪、流等的加大，錨鏈將逐漸繃緊拉直，產(chǎn)生一種具有固定振蕩頻率和振幅的特征性振動(dòng)，從而引起振動(dòng)頻率的顯著變化；錨鏈繃緊拉直幾次后，錨會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)甚至移位等現(xiàn)象，即引起艦船走錨，此時(shí)錨鏈振動(dòng)頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。鑒于此，本實(shí)用新型對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析，并通過(guò)其振頻特征變化來(lái)判定艦船走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，進(jìn)而自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。
【權(quán)利要求】
1.一種基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，包括振動(dòng)檢測(cè)模塊(I)和主控模塊(2)，兩模塊之間采用無(wú)線(xiàn)通信傳輸，其特征是:所述振動(dòng)檢測(cè)模塊(I)包括電源(11)、振動(dòng)傳感器(12)、檢測(cè)模塊單片機(jī)(13)、無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置(14)、防水外殼(15)和連接固定裝置(16)，電源(11)與振動(dòng)傳感器(12)、檢測(cè)模塊單片機(jī)(13)和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置(14)進(jìn)行電連接，振動(dòng)傳感器(12)、檢測(cè)模塊單片機(jī)(13)和無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置(14)依次進(jìn)行電連接；所述主控模塊(2)包括無(wú)線(xiàn)接收裝置(21)、主控模塊單片機(jī)(22)、USB接口模塊(23)和上位機(jī)(24)，無(wú)線(xiàn)接收裝置(21)、主控模塊單片機(jī)(22)、USB接口模塊(23)和上位機(jī)(24)依次進(jìn)行電連接；實(shí)時(shí)檢測(cè)錨鏈振動(dòng)特征的振動(dòng)檢測(cè)模塊(I)通過(guò)連接固定裝置(16)安裝在錨鏈上，振動(dòng)檢測(cè)模塊(I)檢測(cè)到的錨鏈振動(dòng)特征數(shù)據(jù)由無(wú)線(xiàn)通信傳輸至主控模塊(2)，由主控模塊(2)對(duì)錨鏈振動(dòng)頻率特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)錨鏈振動(dòng)頻率特征符合設(shè)定的走錨特征時(shí)，判定艦船處于走錨危險(xiǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)布走錨預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述連接固定裝置(16)采用永磁體固定結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述主控模塊(2)采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)或嵌入艦船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述振動(dòng)傳感器(12)采用ADXL345型加速度芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述檢測(cè)模塊單片機(jī)(13)和主控模塊單片機(jī)(22)均采用STC12C5A60S2系列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置(14)與無(wú)線(xiàn)接收裝置(21)均采用NRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預(yù)警系統(tǒng)，其特征是:所述USB接口模塊(23)采用CH341串口轉(zhuǎn)USB模塊。
【文檔編號(hào)】G08G3/02GK203966350SQ201420367650
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王涌, 苑志江, 徐 明, 王書(shū)曉, 謝田華, 王科, 鄭振宇, 金良安 申請(qǐng)人:王涌