一种无接触式码头护舷压力的测量方法和装置与流程

1.本发明涉及一种压力测量方法和装置，特别涉及一种无接触式码头护舷压力的测量方法和装置。


背景技术：

2.护舷又称船的护木，是码头或船舶边缘使用的一种弹性缓冲装置，主要用以减缓船舶与码头或船舶之间在靠岸或系泊过程中的冲击力，减小或消除对船舶、码头的损坏。现有护舷根据材质主要分为如下几类，一是采用橡胶材质或者橡胶与金属骨架构成的橡胶护舷，一种是金属护舷，现有技术中，橡胶护舷主要包括以下两种，一是直接用橡胶轮胎作为护舷，二是根据船舷形状制备成特定形状的橡胶护舷。材料的应力会随着外力的增加而增长，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。因此为了延长护舷的使用寿命，需要实时对护舷所受的压力进行测量，以防护舷损坏，船舶停靠时发生危险，虽然在护舷安装压力测量仪可以直接测量护舷所受压力，但是测试过程中对压力测量仪损害严重，压力测量仪使用寿命短，直接测量方法成本高，资源浪费严重。


技术实现要素：

3.为了克服上述背景技术中的不足，本发明提供了一种无接触式码头护舷压力的测量方法和装置。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无接触式码头护舷压力的测量装置，包括图像采集设备、图像处理服务器、显示器、红外测温仪，所述图像采集设备通过电信号与图像处理服务器连接，所述红外测温仪通过电信号与图像处理服务器连接，所述图像处理服务器通过电信号与显示器连接；所述图像处理服务器将图像采集设备、红外测温仪传递的信息进行处理分析后在显示器上输出显示。所述图像处理服务器用于图像处理算法的运行；所述显示器用于码头护舷压力的数据输出显示，所述红外测温仪用于检测护舷的温度。
5.进一步的，本发明在测量时，具体包括以下步骤：
6.1)图像采集设备采集护舷状态信息；
7.2)图像处理服务器处理算法判断护舷的变形量ε；
8.3)红外测温仪将温度信息传递给图像处理服务器；
9.4)图像处理服务器根据对应护舷材料的应力应变曲线、红外测温仪传递的温度信息换算出护舷所受压力；
10.5)在显示器输出压力数据。
11.进一步的，上述操作步骤主要获取以下参数：
12.轮船未碰撞护舷时，护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l0，
13.轮船碰撞护舷时，护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l1，
14.轮船碰撞护舷前后，护舷的变形量ε，
15.护舷的模型参数c
i
，
16.护舷温度t。
17.上述参数中，所述护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l0、l1通过图像采集设备采集获得。所述护舷的模型参数c
i
由护舷材料和护舷温度决定。所述护舷温度t由红外测温仪检测得到。
18.本发明的有益效果是：本发明不需要对护舷安装多余设备，采用间接测量的方法，通过公式推导计算护舷受到的压力，本发明可以计算碰撞过程中的任何时刻护舷受到的压力。本发明计算结果准确，结构简单可靠而且不需浪费多余资源。
附图说明
19.图1是本发明的工作流程图。
20.图2是粘弹性材料的应力应变图。
21.图3是本发明测量的护舷受力图。
22.图4是本发明的工作原理图。
23.图中1.图像采集设备，2.图像处理服务器，3.显示器，4.红外测温仪。
具体实施方式
24.下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式，本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
25.需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
26.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
27.如图1
‑
图4所示，一种无接触式码头护舷压力的测量方法和装置，在码头护舷外部采用无接触的方式安装图像采集设备1，该图像采集设备1需要能够采集到护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量。图像采集设备1分别采集船舶挤压护舷前和挤压护舷后的图像；并将采集的图像输入图像处理服务器2。图像处理服务器2通过图像处理算法，计算得出护舷受到船舶挤压后的形变量；图像处理服务器2结合红外测温仪4检测的温度信息，根据不同护舷材料对应的相关参数换算出护舷所受压力，并将压力结果通过数据输出模块在显示器3中输出显示。
28.根据胡克定律，理想弹性固体的应力与应变呈线性关系，如公式(1)所示。其中，ε表示应变，σ表示应力，λ表示材料参数。
29.σ＝με
ꢀꢀ
(1)
30.根据牛顿流动定律，理想粘性液体应力与应变速率和粘性呈正比关系。而弹性体的性质则介于上述二者之间。它们既不是理想弹性固体也不是理想液体，在外力作用下，弹
性材料兼备固体的弹性和液体的粘性特性，其力学性质会随时间变化而松弛，这种现象也被称为粘弹性行为。而实际使用中，护舷多以橡胶材料为主，橡胶材料作为粘弹性材料，当其受到正弦变化的应力作用时，其应变总是滞后于应力，应变始终落后于应力一个相位角δ(δ又被称为滞后相位角)，橡胶材料的应力
‑
应变关系可用图2表示。
31.相比金属材料的力学特性，橡胶材料的应力—应变关系更具有非线性，为了描述橡胶材料的应力
‑
应变的非线性特性，引入了可以反映其变形梯度与应变势能函数关系的模型，称之为超弹本构模型。以超弹性本构模型来评估橡胶材料非线性弹性的情况下，通常假定胶料是各向同性且体积是不可压缩，即材料参数不随胶体的形变发生变化。已知橡胶材料在单轴拉伸时的应变能与工程应力、应变的关系可以表示为:
[0032][0033]
式中：w表示应变能；ε表示应变，σ表示应力，i1、i2表示 cauchy
‑
green变形张量的两个基本不变函数。
[0034]
不同的本构模型对橡胶力学性能表征程度不同，常用的本构模型有： mooney
‑
rivlin模型、yeoh模型、arruda
‑
boyce模型、ogden模型、neo
‑
hookean模型等。本发明选用yeoh超弹本构模型来表述应变能与变形张量的关系， yeoh超弹性应变能函数：
[0035][0036]
c
i
：模型材料参数，单位均为mpa；c1：小形变状态下的初始剪切模量；c2：中等形变时材料的软化现象；c3：形变大的状态下材料的硬化现象。
[0037]
对于炭黑填充橡胶材料，远远小于，且近似为零。结合公式(2)(3)，可得 yeoh超弹本构模型下应力与应变的关系，如公式(4)所示。
[0038][0039]
公式(4)中，c1、c2、c3的数值跟橡胶材料和温度有关。
[0040]
根据红外测温仪4测量护舷的温度t，即可计算出确定材料下c1、c2、c3的数值。
[0041]
c1＝λ(t)c1″
c1′
[0042]
c2＝ζ(t)c2″
c2′ꢀꢀ
(5)
[0043]
c3＝λ(t)c3′
[0044]
c1′
、c2′
、c3′
由橡胶材料决定，同一材料的c1′
、c2′
、c3′
相同。
[0045]
公式(4)中的ε可根据图像采集设备1采集到护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量计算得到,ε＝l0‑
l1，其中l0是轮船未碰撞护舷时，护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量；l1是轮船碰撞护舷时，护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量。
[0046]
结合上述描述和相关公式的推导，得到下面公式(6)，
[0047][0048]
本发明通过公式(6)即可计算得到轮船碰撞护舷时护舷受到的压力。
[0049]
船舶碰撞护舷的过程中，护舷受力曲线如图3所示。本发明可对碰撞过程中的任何时刻进行压力计算。
[0050]
本发明通过间接测量的方法，通过公式推导计算护舷受到的压力，本发明计算结果准确，结构简单可靠且不需浪费多余资源。

技术特征：
1.一种无接触式码头护舷压力的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)轮船未碰撞护舷时，测得护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l0；2)轮船碰撞护舷时，测得护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l1；3)轮船碰撞护舷前后，护舷的变形量ε，ε通过公式ε＝l1‑
l0计算得到；4)测得护舷温度t；5)护舷的模型参数c
i
，c
i
包括c1、c2、c3，c1＝λ(t)c1″
c1′
，c3＝λ(t)c3′
，c1′
、c2′
、c3′
由橡胶材料决定；6)护舷压力σ通过公式：计算得到。2.一种无接触式码头护舷压力的测量装置，其特征在于：包括图像采集设备(1)、图像处理服务器(2)、显示器(3)、红外测温仪(4)，所述图像采集设备(1)通过电信号与图像处理服务器(2)连接，所述红外测温仪(4)通过电信号与图像处理服务器(2)连接，所述图像处理服务器(2)通过电信号与显示器(3)连接；所述图像处理服务器(2)将图像采集设备(1)、红外测温仪(4)传递的信息进行处理分析后在显示器(3)上输出显示。3.根据权利要求2所述的一种无接触式码头护舷压力的测量装置，其特征在于：所述图像采集设备(1)用于采集护舷状态信息；所述图像处理服务器(2)用于处理算法判断护舷的变形量ε；所述红外测温仪(4)将温度信息传递给图像处理服务器(2)；所述图像处理服务器(2)根据对应护舷材料的应力应变曲线、红外测温仪(4)传递的温度信息换算出护舷所受压力；所述显示器(3)用于输出压力数据。4.根据权利要求1所述的一种无接触式码头护舷压力的测量方法，其特征在于：所述护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量l0、l1由图像采集设备(1)采集获得。5.根据权利要求1所述的一种无接触式码头护舷压力的测量方法，其特征在于：所述护舷的模型参数c
i
由护舷材料和护舷温度决定。
技术总结
本发明公开了一种无接触式码头护舷压力的测量方法和装置，本发明在码头护舷外部采用无接触的方式安装图像采集设备来采集护舷垂直于码头岸壁方向上的位移量，并将采集的图像输入图像处理服务器，图像处理服务器通过图像处理算法，计算得出护舷受到船舶挤压后的形变量；结合红外测温仪检测的温度信息，根据不同护舷形式材料对应的应力应变曲线换算出护舷所受压力，并将压力结果通过数据输出模块在显示器中输出显示。本发明不需要对护舷安装多余设备，采用间接测量的方法，通过公式推导计算护舷受到的压力，本发明可以计算碰撞过程中的任何时刻护舷受到的压力。本发明计算结果准确，结构简单可靠而且不需浪费多余资源。结构简单可靠而且不需浪费多余资源。


技术研发人员：唐筱宁 赵鸿鸣 张超 费华平 杨效禹 杨晓婕 邵珠祥 徐梦丹 李月萌 杨洪宾
受保护的技术使用者：海博泰科技（青岛）有限公司
技术研发日：2021.03.29
技术公布日：2021/6/24