具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱及液位测量方法

1.本发明涉及船舶油舱油水液面检测领域，具体为一种油水隔离置换的船舶油舱的液位检测装置及方法。


背景技术：

2.随着中国经济和对外贸易的快速发展，国内船舶需求呈现持续增长趋势，在船舶排水量相等的情况下提高燃油的利用效率，对降低运营成本具有重要作用。为了防止传统油水置换水下储油引起的污染，人们开始采用油水隔离置换的油囊进行储存油料。但现在对油舱的检测仍旧采用接触式液位检测器，并且船舶在海上的摇晃状态、装卸油状态以及现在油舱的形状也更加不规则，极大地增加了油舱液位检测和装油总量的计量难度。
3.公开号为cn111750278a的中国专利公开发明了一种船舶油舱液位监测保护系统，该系统包括多个液位开关，液位开关设置在各个燃油舱上，液位开关依次连接有控制器和继电器控制单元，继电器控制单元连接有电动阀控制电路和报警器，进舱油上设有进舱阀和进舱电动阀，进舱阀和进舱电动阀的两端并联有保护电动阀，进舱油管经加注流量开关和加注阀连接有燃油加注口，当某一燃油舱的液位超过液位开关时，控制器控制该燃油舱的进舱电动阀关闭和控制报警器发出报警，并控制其它液位低于液位开关的燃油舱的保护电动阀打开。但该发明只考虑了油舱在装卸油的过程中进行的液位检测及保护，不能再船舶运行的途中高精度实时检测水和油的液位高度。
4.公开号为cn113532587a的中国专利公开发明了一种测量船用燃油舱内液面位置的传感器及其工作方法；传感器包括有安装机构、保护筒、长方形隔板、第一电容测量探针、第二电容测量探针和处理模块；第二电容测量探针被绝缘层包裹且使第二电容测量探针的底端位置低于第一电容测量探针的底端位置，从而可以在传感器安装后基于常规的电容检测和液位高度测量原理；根据标定数据的拟合函数和通过长短不一的两电容测量探针所采集获取的两电容测量值，确定与两电容测量值对应的燃油液面位置和油水界面位置，实现对舱底浸水监测并同时测量燃油液位的目的，进而可提高船舶运行的安全性和抗损管能力。但该发明与水和油都有接触，无法避免水油接触带来的污染，没有解决传统油水置换的问题。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱及液位测量方法，用以解决上述技术问题中的至少一项。
6.基于本发明的一方面，提供一种具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，包括油舱，油舱顶部内壁连接有油囊；油水隔离油舱还包括管道系统，管道系统包括与油囊内部连通的输油管道和与油舱内部联通的输水管道，输油管道和输水管道上均设置有流量传感器；油舱底部的内壁上设置有若干压力传感器，油舱顶部的内壁上设置有若干超声波传感器；油水隔离油舱还包括液位监控箱，液位监控箱包括数据处理模块，压力传感器和超声波
传感器均与数据处理模块连接，数据处理模块用于根据压力传感器和超声波传感器测得的数据计算油舱内水的液位高度和油囊内油的液位高度。
7.在上述技术方案中，油囊内部的空间用于装载油，油囊与油舱之间的空间用于装载海水，从而实现了油与水的隔离储存。同时，采用超声波传感器测量油囊括油液面到油舱顶部的高度和油囊底部到油舱顶部的高度；采用压力传感器测量油舱内的水压，利用水压公式记得算出水的液面高度。
8.进一步地，液位监控箱还还包括控制模块和报警模块，控制模块与数据处理模块及报警模块连接，当数据处理模块计算得到的水的液位高度和/或油的液位高度超出所设阈值时，控制模块控制报警模块报警。
9.通过报警模块在液位高度超出预警高度时报警，以提醒工作人员及时进行排油或排水，避免造成险情发生。
10.进一步地，报警模块为声光报警器。
11.声光报警器能以多种形式进行报警，能更有效地示警工作人员。
12.进一步地，输油管道包括注油管道和排油管道，注油管道和排油管道上均设置有流量传感器。
13.将输油管道分成注油管道和排油管道，能适应需要一边向油舱注油一边从油舱抽油的情况。
14.进一步地，输水管道包括注水管道和排水管道，注水管道和排水管道上均设置有流量传感器。
15.将输水管道分成注水管道和排水管道，能适应需要一边向油舱注水一边从油舱排水的情况。
16.数据处理模块还用于根据油舱内水的液位高度和油囊内油的液位高度计算油舱内水的体积和油囊内油的体积。
17.通过计算油舱内水的体积和油的体积，从而实时掌握油舱内液体的体积，可以为掌握船舶航行过程中的配重情况提供数据支撑。
18.基于本发明的另一个方面，提供一种液位测量方法，包括以下步骤：
19.s1：获取当前时刻压力传感器测定的水压p、超声波传感器测定的油液面到油舱顶部的距离h和油囊底部到油舱顶部的高度h；
20.s2：基于水压p，采用水的压强公式p＝ρgh计算得到水的液位高度h1；采用h-h计算得到单点处油的液位高度h2；判断当前时刻下油囊内是否在装卸油，若是，则进入步骤s3；
21.s3：获取从开始装卸油到当前时刻装油总体积或卸油总体积，并根据油囊的舱容曲线和装油总体积或卸油总体积计算油液位高度变化δh；
22.s4：获取本次装卸油开始时油的液位高度d1，通过d1+δh计算得到高度值d2，取h2和d2的平均值作为当前时刻油囊内单点处油的液位高度优化值，则结束。
23.在上述技术方案中，根据物理原理可知，当油舱内的水的液位高度发生改变时，压力传感器测定的压力数据也随之改变，因此基于位于油舱底部的压力传感器测定的压力数据和水的压强公式即可计算得到油舱内水的液位高度。由于气体、油和油囊这三种物质的密度不同，当超声波传输至油的表面上时会有部分超声波被发射获取，从而可以获得油液面距离超声波传感器的距离(即油液面到油舱顶部的距离h)，当超声波传输至油与油囊接
触的位置时，超声波被反射回去，从而获得油囊底部与超声波传感器之间的距离(即油囊底部到油舱顶部的高度h)，二者的差值(即h-h)即为单点处有的液位高度h2。
24.如果当前时刻正在进行装卸油(装油和卸油)，则油的液位高度的检测会到装卸油的影响，因此可以先采用上段方法获取开始装卸油之前的油液位高度，基于流量计统计的装卸油的总体积，并结合油囊的舱容曲线得到油液位高度变化δh(装油时δh为正值，卸油时δh为负值)，将装卸油之前的油液位高度与油液位高度变化高度相加即可得到当前的油液位高度(即当前时刻油囊内单点处油的液位高度优化值)。
25.进一步地，步骤s2中，若判断当前时刻油囊内未进行装卸油，则进入步骤s5，
26.s5：向前推进时间t，t为最近一次停止装卸油到当前时刻的时间，将t时段平均分成n个时间点t1,t2,t3...tn，并获得单点处每个时间点对应的油的液位高度a1,a2,a3...an；
27.s6：计算并获得最小时对应的an和a
n-1
，将an和a
n-1
的平均值作为当前时刻单点处油的液位高度优化值。
28.从上一次装卸油停止开始到当前时刻，油舱内油的体积保持不变，由于船舶在行驶过程中处于摇晃状态，导致油的液位高度在不同时刻的测定值有所差异，将船舶运行最为平稳时两个相邻时刻的油的液位高度(即最小时对应的an和a
n-1
)的平均值最为当前油的液位高度，获得的结果最为准确。
29.进一步地，方法还包括基于当前时刻所有单点处油的液位高度优化值和油舱内水的液位高度计算单个油舱的水和油的体积，具体步骤如下：
30.s7：获取各压力传感器和超声波传感器的位置信息、油舱形状特征和油舱姿态特征，并将测得的各点位的水的液位高度h1和油的液位高度优化值转化成坐标点；
31.s8：根据各点位的坐标数据进行三阶样条插值，将插值得到的插值点和各点位进行曲面拟合，得到水-气曲面、油-水曲面、油-气曲面和油-油囊曲面，同时得到水-气曲面方程、油-水曲面方程、油-气曲面方程和油-油囊曲面方程；水-气曲面、油-水曲面及舱体内壁合围形成水的三维形状，油-气曲面和油-油囊曲面合围形成油的三维形状；
32.s9：对油的三维形状进行三维积分得到单个油舱内油的体积；对水的三维形状进行三维积分得到单个油舱内水的体积。
33.将油舱底部和油舱顶部分均别看作两个水平坐标系(两个水平坐标系的原点在竖直方向上重合)，并在水平坐标系上获得各传感器的x坐标和y坐标，传感器的x坐标和y坐标即为其对应的测定点位的x坐标和y坐标，测定点位的液位深度(水的液位深度或油的液位深度)即为测定点位的z坐标，通过这个方法即可将每一个点位转换成坐标点，并获得每个坐标点的三维坐标数据。
34.进一步地，方法还包括基于单个油舱内油的体积计算当前船舶内油的总体积，具体步骤如下：
35.s10：判断当前时刻是否在进行装卸油，若否，则进入步骤s11，若是，则进入步骤s12；
36.s11：获取上一次停止装卸油时各油舱内油的体积，将各油舱内油的体积进行加和，得到上一次停止装卸油时船舶内油的总体积v1，根据船舶的油量日损失量计算从上一次停止装卸油到当前时刻船舶的油量总损失量δv1，则当前时刻船舶内油的总体积为v
1-δ
v1，计算结束；
37.s12：获取本次装卸油开始前各油舱内油的体积，将各油舱内的体积进行加和，得到本次装卸油开始前船舶内油的总体积v2；
38.s13：根据流量计的流量数据获得从开始装卸油到当前时刻总的装卸量δv2和总的排油量δv3；则当前船舶内油的总体积为v2+δv
2-δv3，计算结束。
39.油量日损耗量包括船舶本身的耗油量和油的挥发量。装卸量是指从船舶外部向船舶内装入的油量，卸油量是指从船舶内部排到船舶外的油量。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
41.(1)本发明提供的一种具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，通过利用油囊将水和油进行物理隔离，减少了传统油水隔离置换时水油接触导致水排出时对海水的污染问题，也保障了油的质量，且水油舱体整合一体化，提高了船舶的燃油装载量。同时，采用超声波传感器测量油囊括油液面到油舱顶部的高度和油囊底部到油舱顶部的高度；采用压力传感器测量油舱内的水压，利用水压公式记得算出水的液面高度，从而实时获得油舱内水的液位高度和油的液位高度。
42.(2)本发明提供的液位测量方法，基于考虑船舶油舱工况条件下设定三级算法，先通过单个液位传感器检测单点的液位高度，再用多个液位传感器检测单个油舱的容积，最后通过单船多个液位传感器检测多个油舱的总容，三级算法相匹配，层层递进，从而大大提高油量的计算效率。
43.(3)本发明通过考虑油舱的结构特性、船舶横摇角、纵摇角和加速度等船舶姿态的变化，提高了油量检测的精度。
44.(4)本发明通过对传感器获得的油水页面空间坐标数据进行三阶样条差值，并对其获取的坐标进行光顺，集合舱容曲线，对舱底-水面、水面-油面进行三维积分，得到容积与三维形状，大大提高了船舶油舱非接触式液位检测的精度。
附图说明
45.图1为根据本发明实施例的船舶油水隔离油舱结构示意图；
46.图2为根据本发明实施例的单个油舱的油水液位测量方法流程图；
47.图3为根据本发明实施例的单个油舱的油水体积检测方法流程图；
48.图4为根据本发明实施例的船舶油舱总载油量的检测方法流程图；
49.图5为根据本发明实施例的油舱控制原理图；
50.图6为根据本发明实施例的传感器位置布设图；
51.图7为根据本发明实施例的油水隔离油舱组成图。
52.图中：1、油舱；101、注水管道；102、排水管道；103、透气阀；2、油囊；201、注油管道；202、排油管道；3、超声波传感器；4、压力传感器。
具体实施方式
53.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发
明所保护的范围。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
57.实施例1
58.如图1和图7所示，本实施例提供一种具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，包括油舱1，油舱1顶部内壁连接有油囊2；油水隔离油舱还包括管道系统，管道系统包括与油囊2内部连通的输油管道和与油舱1内部联通的输水管道，输油管道和输水管道上均设置有流量传感器；如图6所示，油舱1底部的内壁上设置有若干压力传感器4，油舱1顶部的内壁上设置有若干超声波传感器3；油水隔离油舱1还包括液位监控箱，液位监控箱包括数据处理模块，压力传感器4和超声波传感器3均与数据处理模块连接，数据处理模块用于根据压力传感器4和超声波传感器3测得的数据计算油舱1内水的液位高度和油囊2内油的液位高度。
59.油囊2由柔性隔膜制作而成，具有隔离油和水的特性。油囊2内部的空间用于装载油，油囊2与油舱1之间的空间用于装载海水，从而实现了油与水的隔离储存。
60.本实施例采用超声波传感器3(本实施例中为超声波液位计)测量油囊2括油液面到油舱1顶部的高度和油囊2底部到油舱1顶部的高度，采用压力传感器4(40pc100g2a型压力传感器4)测量油舱1内的水压，利用水压公式记得算出水的液面高度。
61.如图5所示，本实施例中液位监控箱连接有信号控制箱，信号控制箱采集各传感器传输的信号并将信号传输至液位监控箱，信号控制箱还用于给各传感器供电。
62.液位监控箱还包括显示屏，用于显示采集的监测数据和计算得到的液位数据和体积数据，方便工作人员直观了解油舱1内的液位和体积状况。
63.液位监控箱还包括数据存储模块，用于存储检测数据和计算得到的液位高度数据及液体体积数据，便于后期查看复核。
64.作为一种优选的实施方式，液位监控箱还还包括控制模块和报警模块，控制模块与数据处理模块及报警模块连接，当数据处理模块计算得到的水的液位高度和/或油的液位高度超出所设阈值时，控制模块控制报警模块报警。
65.通过报警模块在液位高度超出预警高度时报警，以提醒工作人员及时进行排油或排水，避免造成险情发生。
66.作为一种优选的实施方式，报警模块为声光报警器。
67.声光报警器能以多种形式进行报警，能更有效地示警工作人员。
68.作为一种优选的实施方式，输油管道包括注油管道201和排油管道202，注油管道201和排油管道202上均设置有流量传感器。
69.将输油管道分成注油管道201和排油管道202，能适应需要一边向油舱1装油一边从油舱1卸油的情况。
70.作为一种优选的实施方式，输水管道包括注水管道101和排水管道102，注水管道101和排水管道102上均设置有流量传感器。
71.将输水管道分成注水管道101和排水管道102，能适应需要一边向油舱1注水一边从油舱1排水的情况。
72.作为一种优选的实施方式，注水管道101上设置有过滤器，过滤器用于保障注入的水中不含颗粒物等杂质。
73.作为一种优选的实施方式，油舱1上设置有透气阀103，透气阀103与油囊2内部连通。透气阀103用于防止油囊2内超压或失压。
74.作为一种优选的实施方式，数据处理模块还用于根据油舱1内水的液位高度和油囊2内油的液位高度计算油舱1内水的体积和油囊2内油的体积。
75.通过计算油舱1内水的体积和油的体积，从而实时掌握油舱1内液体的体积，可以为掌握船舶航行过程中的配重情况提供数据支撑。
76.实施例2
77.如图2和图3所示，本实施例提供一种液位测量方法，包括以下步骤：
78.s1：获取当前时刻压力传感器测定的水压p、超声波传感器测定的油液面到油舱顶部的距离h和油囊底部到油舱顶部的高度h；
79.s2：基于水压p，采用水的压强公式p＝ρgh计算得到水的液位高度(舱底到水面的高度)h1；采用h-h计算得到单点处油的液位高度(油囊底部到油面的高度)h2；判断当前时刻下油囊内是否在装卸油，若是，则进入步骤s3；
80.s3：获取从开始装卸油到当前时刻装油总体积或卸油总体积，并根据油囊的舱容曲线和装油总体积或卸油总体积计算油液位高度变化δh；
81.s4：获取本次装卸油开始时油的液位高度d1，通过d1+δh(装油时)或d
1-δh(卸油时)计算得到高度值d2，取h2和d2的平均值作为当前时刻油囊内单点处油的液位高度优化值，则结束。
82.在船舶出厂前，通过实验获得针对油的第一舱容曲线和针对水的第二舱容曲线，所述第一舱容曲线的横坐标是油的液位高度，纵坐标是油的体积；所述第二舱容曲线的横坐标是油舱内水的液位高度，纵坐标是水的容积，其任意时刻的水的体积是整个油舱扣除油囊内油的体积。
83.根据物理原理可知，当油舱内的水的液位高度发生改变时，压力传感器测定的压力数据也随之改变，因此基于位于油舱底部的压力传感器测定的压力数据和水的压强公式即可计算得到油舱内水的液位高度。由于气体、油和油囊这三种物质的密度不同，当超声波传输至油的表面上时会有部分超声波被发射获取，从而可以获得油液面距离超声波传感器的距离(即油液面到油舱顶部的距离h)，当超声波传输至油与油囊接触的位置时，超声波被反射回去，从而获得油囊底部与超声波传感器之间的距离(即油囊底部到油舱顶部的高度h)，二者的差值(即h-h)即为单点处有的液位高度h2。
84.如果当前时刻正在进行装卸油(装油和卸油)，则油的液位高度的检测会到装卸油的影响，因此可以先采用上段方法获取开始装卸油之前的油液位高度，基于流量计统计的装卸油的总体积，并结合油囊的舱容曲线得到油液位高度变化δh，将装卸油之前的油液位高度与油液位高度变化高度相加或相减即可得到当前的油液位高度(即当前时刻油囊内单点处油的液位高度优化值)。
85.作为一种优选的实施方式，步骤s2中，若判断当前时刻油囊内未进行装卸油，则进入步骤s5，
86.s5：向前推进时间t，t为最近一次停止装卸油到当前时刻的时间，将t时段平均分成n个时间点t1,t2,t3...tn，并获得单点处每个时间点对应的油的液位高度a1,a2,a3...an；
87.s6：计算并获得最小时对应的an和a
n-1
，将an和a
n-1
的平均值作为当前时刻单点处油的液位高度优化值。
88.从上一次装卸油停止开始到当前时刻，油舱内油的体积保持不变，由于船舶在行驶过程中处于摇晃状态，导致油的液位高度在不同时刻的测定值有所差异，将船舶运行最为平稳时两个相邻时刻的油的液位高度(即最小时对应的an和a
n-1
)的平均值最为当前油的液位高度，获得的结果最为准确。
89.作为一种优选的实施方案，如图4所示，本实施例提供的方法还包括基于当前时刻所有单点处油的液位高度优化值和油舱内水的液位高度计算单个油舱的水和油的体积，具体步骤如下：
90.s7：获取各压力传感器和超声波传感器的位置信息、油舱形状特征和油舱姿态特征，并将测得的各点位的水的液位高度和油的液位高度优化值转化成坐标点；
91.s8：根据各点位的坐标数据进行三阶样条插值，将插值得到的插值点和各点位进行曲面拟合，得到水-气曲面、油-水曲面、油-气曲面和油-油囊曲面，同时得到水-气曲面方程、油-水曲面方程、油-气曲面方程和油-油囊曲面方程；水-气曲面、油-水曲面及舱体内壁合围形成水的三维形状，油-气曲面和油-油囊曲面合围形成油的三维形状；
92.s9：对油的三维形状进行三维积分得到单个油舱内油的体积；对水的三维形状进行三维积分得到单个油舱内水的体积。本实施例中在得到单个油舱的油和水的体积后，将计算值与标准检定状态下的理想值进行误差对比，若误差小于0.0003，则将计算得到的体积数据输出，若误差大于0.0003，则返回步骤s1。船舶出厂前在静止状态下通过实验获得液位高度与液体体积之间的数据关系(即舱容曲线)，基于所述数据关系和液位高度获得的液体体积即为理想值。
93.将油舱底部和油舱顶部分均别看作两个水平坐标系(两个水平坐标系的原点在竖
直方向上重合)，并在水平坐标系上获得各传感器的x坐标和y坐标，传感器的x坐标和y坐标即为其对应的测定点位的x坐标和y坐标，测定点位的液位深度(水的液位深度或油的液位深度)即为测定点位的z坐标，通过这个方法即可将每一个点位转换成坐标点，并获得每个坐标点的三维坐标数据。
94.作为一种优选的实施方式，方法还包括基于单个油舱内油的体积计算当前船舶内油的总体积，具体步骤如下：
95.s10：判断当前时刻是否在进行装卸油，若否，则进入步骤s11，若是，则进入步骤s12；
96.s11：获取上一次停止装卸油时各油舱内油的体积，将各油舱内油的体积进行加和，得到上一次停止装卸油时船舶内油的总体积v1，根据船舶的油量日损失量计算从上一次停止装卸油到当前时刻船舶的油量总损失量δv1，则当前时刻船舶内油的总体积为v
1-δv1，计算结束；
97.s12：获取本次装卸油开始前各油舱内油的体积，将各油舱内的体积进行加和，得到本次装卸油开始前船舶内油的总体积v2；
98.s13：根据流量计的流量数据获得从开始装卸油到当前时刻总的装油量δv2和总的卸油量δv3；则当前船舶内油的总体积为v2+δv
2-δv3，计算结束。
99.作为一种优选的实施方式，在记得得到船舶内油的总体积后，判断油的总体积是否大于船舶所有油舱的容积之和，若否，则输出油的体积数据，若是，则报警模块报警。
100.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

技术特征：
1.具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，包括油舱，油舱顶部内壁连接有油囊；油水隔离油舱还包括管道系统，管道系统包括与油囊内部连通的输油管道和与油舱内部联通的输水管道，输油管道和输水管道上均设置有流量传感器；油舱底部的内壁上设置有若干压力传感器，油舱顶部的内壁上设置有若干超声波传感器；油水隔离油舱还包括液位监控箱，所述液位监控箱包括数据处理模块，压力传感器和超声波传感器均与数据处理模块连接，数据处理模块用于根据压力传感器和超声波传感器测得的数据计算油舱内水的液位高度和油囊内油的液位高度。2.根据权利要求1的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，液位监控箱还还包括控制模块和报警模块，控制模块与数据处理模块及报警模块连接，当数据处理模块计算得到的水的液位高度和/或油的液位高度超出所设阈值时，控制模块控制报警模块报警。3.根据权利要求2的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，报警模块为声光报警器。4.根据权利要求1的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，输油管道包括注油管道和排油管道，注油管道和排油管道上均设置有流量传感器。5.根据权利要求1的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，输水管道包括注水管道和排水管道，注水管道和排水管道上均设置有流量传感器。6.根据权利要求1的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱，其特征在于，数据处理模块还用于根据油舱内水的液位高度和油囊内油的液位高度计算油舱内水的体积和油囊内油的体积。7.液位测量方法，用于实现对权利要求1-6任一项的具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱的液位测量，其特征在于，包括一下步骤：s1：获取当前时刻压力传感器测定的水压p、超声波传感器测定的油液面到油舱顶部的距离h和油囊底部到油舱顶部的高度h；s2：基于水压p，采用水的压强公式p＝ρgh计算得到水的液位高度h1；采用h-h计算得到单点处油的液位高度h2；判断当前时刻下油囊内是否在装卸油，若是，则进入步骤s3；s3：获取从开始装卸油到当前时刻装油总体积或卸油总体积，并根据油囊的舱容曲线和装油总体积或卸油总体积计算油液位高度变化δh；s4：获取本次装卸油开始时油的液位高度d1，通过d1+δh计算得到高度值d2，取h2和d2的平均值作为当前时刻油囊内单点处油的液位高度优化值，则结束。8.根据权利要求7的液位测量方法，其特征在于，步骤s2中，若判断当前时刻油囊内未进行装卸油，则进入步骤s5，s5：向前推进时间t，t为最近一次停止装卸油到当前时刻的时间，将t时段平均分成n个时间点t1,t2,t3...t
n
，并获得单点处每个时间点对应的油的液位高度a1,a2,a3...a
n
；s6：计算并获得最小时对应的a
n
和a
n-1
，将a
n
和a
n-1
的平均值作为当前时刻单点处油的液位高度优化值。9.根据权利要求8的液位测量方法，其特征在于，方法还包括基于当前时刻所有单点处油的液位高度优化值和油舱内水的液位高度计算单个油舱的水和油的体积，具体步骤如
下：s7：获取各压力传感器和超声波传感器的位置信息、油舱形状特征和油舱姿态特征，并将测得的各点位的水的液位高度h1和油的液位高度优化值转化成坐标点；s8：根据各点位的坐标数据进行三阶样条插值，将插值得到的插值点和各点位进行曲面拟合，得到水-气曲面、油-水曲面、油-气曲面和油-油囊曲面，同时得到水-气曲面方程、油-水曲面方程、油-气曲面方程和油-油囊曲面方程；水-气曲面、油-水曲面及舱体内壁合围形成水的三维形状，油-气曲面和油-油囊曲面合围形成油的三维形状；s9：对油的三维形状进行三维积分得到单个油舱内油的体积；对水的三维形状进行三维积分得到单个油舱内水的体积。10.根据权利要求9的液位测量方法，其特征在于，方法还包括基于单个油舱内油的体积计算当前船舶内油的总体积，具体步骤如下：s10：判断当前时刻是否在进行装卸油，若否，则进入步骤s11，若是，则进入步骤s12；s11：获取上一次停止装卸油时各油舱内油的体积，将各油舱内油的体积进行加和，得到上一次停止装卸油时船舶内油的总体积v1，根据船舶的油量日损失量计算从上一次停止装卸油到当前时刻船舶的油量总损失量δv1，则当前时刻船舶内油的总体积为v
1-δv1，计算结束；s12：获取本次装卸油开始前各油舱内油的体积，将各油舱内的体积进行加和，得到本次装卸油开始前船舶内油的总体积v2；s13：根据流量计的流量数据获得从开始装卸油到当前时刻总的装油量δv2和总的卸油量δv3；则当前船舶内油的总体积为v2+δv
2-δv3，计算结束。

技术总结
本发明公开具有液位测量功能的船舶油水隔离油舱及液位测量方法，包括油舱，油舱顶部内壁连接有油囊；油水隔离油舱还包括管道系统，管道系统包括与油囊内部连通的输油管道和与油舱内部联通的输水管道，输油管道和输水管道上均设置有流量传感器；油舱底部的内壁上设置有若干压力传感器，油舱顶部的内壁上设置有若干超声波传感器；油水隔离油舱还包括液位监控箱，液位监控箱包括数据处理模块，压力传感器和超声波传感器均与数据处理模块连接，数据处理模块用于根据压力传感器和超声波传感器测得的数据计算油舱内水的液位高度和油囊内油的液位高度。本发明能实时获得油舱内水和油的液位高度和体积，并提高了油量检测的精度。并提高了油量检测的精度。并提高了油量检测的精度。


技术研发人员：王如意 周胜男 高欣雯 黄悦翔 明星月 何迪 李春梅 何缘缘 付瑶瑶 张然 郁梓涵 兰卫红
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/5/9