船舶用杀海生物装置及基于MATLAB的海生物堆积图像识别系统

摘要

本发明公开了一种船舶用杀海生物装置及其图像识别系统，其创新点在于：该装置包括对船用换热器进行处理的紫外线杀菌装置；所述的换热器设置于船舷外侧，该紫外线杀菌装置可以固定式的或者移动式的；所述紫外线杀菌装置为移动式的，包括导轨、滑轮组件、驱动组件、空心固定杆、紫外杀菌装置和翻转机构；所述紫外线杀菌装置为固定式的，该紫外线杀菌装置设置于换热器的四个角上。所述的图像识别系统包括硬件设备部分、图像数据传输部分以及图像处理部分。本发明采用紫外线装置定期对船体进行杀海生物处理，避免由于船底海生物附着带来的船舶航行的阻力增大、船速降低和燃油消耗增加的缺点。

说明书

技术领域

本发明属于防止海水系统污染船舶的装置，具体涉及一种船舶用杀海生物装置，还涉及基于MATLAB船底微生物堆积的图像识别系统。 

背景技术

地球上广袤的海域是人类巨大的资源宝库。然而，在开发海洋、利用海洋的历史进程中，人类一直面临这防除海洋附着生物的问题。海洋污损生物在船体附着，会增加船底表面的粗糙度，增加船舶航行的阻力，进而降低船速和增加燃油消耗。据统计，万吨以上的远洋轮，船底污损5%，燃油消耗将增加10%，每年的经济损失超过100万美元，海生物附着在舰船的底部，会大大降低航速，全世界每年燃料消耗要增加26％以上，甚至达40％，全世界每年需花大量人力清除海生物，进行频繁的周期性维护，耗资巨大，每年达上百亿美元；自古以来，海洋生物的污损比起腐蚀来是个更为麻烦的问题，污损生物生命力之坚韧，将使污损问题成为人类征服海洋的一个难以逾超的障碍。生物污损又和生物腐蚀联系在一起，海洋附着生物达2000种以上，它们通过分泌粘液附着在基体上，它们在新陈代谢活动中，会产生各种化学物质，其中，所产生的酸类物质对金属和混凝土有很大的腐蚀性，致使船舶和混凝土建筑物的使用寿命降低。 

人类在抵御海洋附着生物污损的探索中历经曲折，至今，在理论和实践上都有了长足的进步。在众多的对策和方法中，人们已经达到共识：首先，以涂层释放有毒物质毒杀附着生物的方法不可取，这不但灭杀海洋生物，而且污染、破坏了海洋生态环境。目前，人类已经开发出一些防除海生物污损的装置，其原理主要从机械法、物理法和化学法三大类入手。机械法是定期对船舶和海洋设施进行机械清洗，包括水下机械清除和船舶进坞清理修复。物理法通常是采用外加电流法，即电解重金属如铜、铝，电解海水等，其原理是通过电化学方法所产生的离子来杀死、抑制海生物，或者化学离子重新结合形成一定的胶状保护层，减缓腐蚀速度。所谓化学法，包括诸如化学药剂、在船舶和海洋设施上涂覆带有海生物毒剂的保护涂层等方法来杀灭附着生物，并阻止附着生物的生长。但是，以上方式都存在着明显的不足，机械方法相当耗费人力物力，并且效果甚微，不易随时清理；电解法由于产生的离子数量有限导致其实际效果有限；注入化学药剂不仅费用昂贵，投入成本高，同时对海洋环境也产生污染；有毒的防腐保护漆在海水的浸泡和冲蚀下会很快失效。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种船舶用杀海生物装置，有效抑制海生物附着。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种船舶用杀海生物装置，该装置包括对船用换热器进行处理的紫外线杀菌装置；所述的换热器设置于船舷外侧。 

进一步的，所述的船舶用杀海生物装置为移动式的，包括导轨、滑轮组件、驱动组件、空心固定杆、紫外杀菌装置和翻转机构； 

所述的导轨沿船舶的边沿设置，由若干单元轨节组成；所述的导轨内设置有两组沿导轨的轨迹分布，且与导轨滑动配合的滑轮组件；所述的驱动组件驱动滑轮组件沿导轨轨迹运动；所述空心固定杆与滑轮组件连接，其底部设置有紫外杀菌装置，紫外杀菌装置通过翻转机构与空心固定杆活动连接。

进一步的，所述单元轨节为外轮廓是矩形的铝合金型材，具有一个开口向上的燕尾槽，在燕尾槽顶部的铝合金型材上表面中心设有一个贯通的上T型插槽，在燕尾槽开口两侧的铝合金型材下表面对称设置有贯通的下T型插槽；各相邻的单元轨节通过在相应的上、下T型插槽内配置插键插接成T型导轨。 

进一步的，所述的滑动组件包括一个下部具有垂直轴体的滚轮架，滚轮架上部两侧安装一对轴线为水平方向的行走轮，所述的行走轮落在燕尾槽的台阶面上；滚轮架上部前、后端安装轴线为铅直方向的上导向轮和下导向轮；所述的上导向轮位于单元轨节的燕尾槽大端槽体内，并通过燕尾槽的大端侧壁导向；所述的下导向轮位于单元轨节的燕尾槽小端槽体内，并通过燕尾槽的小端侧壁导向。 

进一步的，所述的驱动机构包括链带和摩擦驱动轮；所述链带由若干连接件组成；所述的链接件由第一链接体和第二链接体组成，第一链接体的内端具有一个内置万向球的单耳，万向球为中心开孔；第二链接体的内端具有一个中心开孔的双耳；第一链接体内端的单耳嵌入第二链接体的内端双耳之间，万向球与双耳通过滚轮架下端的垂直轴体连接；所述的摩擦驱动轮设置于链带内侧，由电机驱动。 

进一步的，所述的紫外杀菌装置包括石英玻璃面板、紫外线低频灯管、磁芯箍、尼龙隔热板、灯壳、电子镇流器、密封接线口、电器箱、灯罩箱和灯罩，灯罩内设置电器箱和灯罩箱，灯壳上部设置密封的使用玻璃面板、下部设置密封接线口。 

进一步的，所述紫外杀菌装置的结构为一面设置有凹槽的矩形结构，其长度为船体宽度的二分之一。 

进一步的，所述的翻转机构包括翻转电机、链条、主动齿轮、从动齿轮和制动装置；所述翻转电机设置于空心固定杆顶部，与主动齿轮连接，所述翻转电机设置有PLC控制装置，主动齿轮上设置有第一接近开关和第二接近开关，第一接近开关和第二接近开关与PLC控制装置连接；所述主动齿轮连接制动装置，该制动装置包括电磁制动阀和制动轮，制动轮通过传动轴连接主动齿轮，电磁制动阀与PLC控制装置连接；从动齿轮设置于空心固定杆顶部与紫外杀菌装置连接；所述的链条设置于空心固定杆内部，连接主动齿轮和从动齿轮。 

进一步的，所述的紫外杀菌装置每次杀菌时，采用三个阶段进行杀菌，第一阶段辐照强度为213um，杀菌时间为5-8分钟；第二阶段辐照强度为252um，杀菌时间为5-8分钟；第二阶段辐照强度为274um，杀菌时间为8-10分钟。 

进一步的，所述的船舶用杀海生物装置为固定式的，包括设置于换热器四个角上的紫外杀菌装置。 

本发明还提供紫外线杀海生物装置配套使用的基于MATLAB的海生物堆积的图像识别系统，包括硬件设备部分、图像数据传输部分以及图像处理部分； 

    所述硬件设备部分包括至少一台高分辨率照相机，高分辨率照相机通过空心固定杆安装在船体侧弦，还包括一台PC机；

   所述图像数据传输部分包括内设于高分辨率照相机的信号发射模块，以及PC机上的信号接收模块，该信号发射模块和信号接收模块均为D/A转换器；

所述图像处理部分采用MATLAB软件进行处理，先后经过灰度转换、图像增强、中值滤波以及图像分割进行处理。

本发明的有益效果： 

1、本发明采用紫外线装置定期对船体进行杀海生物处理，避免由于船底海生物附着带来的船舶航行的阻力增大、船速降低和燃油消耗增加的缺点；

2、本发明的导轨有若干单元轨节组成，使得导轨能够与船体的弧度相配，沿船体边缘布置；滑动组件一导轨滑动配合，带动与滑动组件连接的伸缩杆沿船体周向运动，能够使紫外杀菌灯在船体不同部位进行操作；

3、紫外杀菌灯自由端安装一接近开关，当紫外杀菌灯绕伸缩杆转动至船体底部时，翻转机构停止翻转，紫外杀菌灯收纳时，当紫外杀菌灯收至伸缩杆固定位置时，通过接近开关控制翻转机构停止翻转。

4、本发明的杀菌装置通过三个杀菌阶段进行杀害生物操作，能够有效清除换热器上的海生物。 

附图说明

图1为本发明带有紫外线杀菌装置的船体的俯视图。 

图2为本发明带有紫外线杀菌装置的船体的侧视图。 

图3为相邻单元轨节连接示意图。 

图4为图3中沿A-A线剖视图。 

图5为单元轨节的结构示意图。 

图6为上T型插槽连接示意图。 

图7为下T型插槽连接示意图。 

图8为滑动组件的结构示意图。 

图9为驱动机构的结构示意图。 

图10为链接体的结构示意图。 

图11为链接体的结构剖面图。 

图12为本发明中滑动组件与链接件连接示意图。 

图13为本发明导滑动组件与单元轨节、链接件连接示意图。 

图14为紫外杀菌装置的结构示意图。 

图15为空心固定杆与紫外杀菌装置的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。 

本发明的一种船舶用杀海生物装置，该装置包括对船用换热器进行处理的紫外线杀菌装置，所述的换热器设置于船舷外侧。 

实施例1 

船舶用杀海生物装置为移动式的，如图1-2所示，包括导轨10、滑轮组件20、驱动组件30、空心固定杆40、紫外杀菌装置50和翻转机构60。

导轨10沿船舶的边沿设置，如图3所示，导轨10由若干单元轨节11组成；导轨10内设置有两组沿导轨10的轨迹分布，且与导轨10滑动配合的滑轮组件20；驱动组件30驱动滑轮组件20沿导轨10轨迹运动；空心固定杆40与滑轮组件20连接，其底部设置有紫外杀菌装置50，紫外杀菌装置50通过翻转机构60与空心固定杆40活动连接。 

如图4-7所示，单元轨节11为外轮廓是矩形的铝合金型材，具有一个开口向上的燕尾槽111，在燕尾槽111顶部的铝合金型材上表面中心设有一个贯通的上T型插槽112，在燕尾槽111开口两侧的铝合金型材下表面对称设置有贯通的下T型插槽113；各相邻单元轨节11的上T型插槽112、下T型插槽13对应设置，相邻上T型插槽112之间配置插键A 114，插键A 114的两端则通过螺栓115固定在单元轨节11的上T型插槽112内；相邻下T型插槽113之间配置插键B 116，插键B 116的两端则通过螺栓117固定在单元轨节11的下T型插槽113内，插键A 114外侧的相邻单元轨节11上配置垫板118。 

如图8所示，滑动组件20，包括一个下部具有垂直轴体的滚轮架21，滚轮架21上部两侧安装一对轴线为水平方向的行走轮22，行走轮22落在燕尾槽111的台阶面上；滚轮架21上部前、后端安装轴线为铅直方向的上导向轮23和下导向轮24；上导向轮23位于单元轨节11的燕尾槽111大端槽体内，并通过燕尾槽111的大端侧壁导向；下导向轮24位于单元轨节11的燕尾槽111小端槽体内，并通过燕尾槽111的小端侧壁导向。 

如图9-13所示，驱动机构30，包括链带31和摩擦驱动轮32和电机33；链带31由若干连接件组成；链接件由第一链接体33和第二链接体34组成，第一链接体33的内端具有一个内置万向球35的单耳36，万向球35为中心开孔；第二链接体34的内端具有一个中心开孔的双耳37；第一链接体33内端的单耳36嵌入第二链接体34的内端双耳37之间，万向球35与双耳37通过滚轮架21下端的垂直轴体38连接；滚轮架21下端的垂直轴体38穿过双耳37与万向球35后与锁紧螺母38螺纹连接，使得第一链接体31和第二链接体32铰接。双耳37的内侧壁与单耳36之间留有一定的间隙，以便第一链接体31和第二链接体32能够在一定角度范围内在水平和垂直方向相对转动；摩擦驱动轮32设置有链带31内侧，由电机33驱动。 

如图14所示，紫外杀菌装置50，为一面设置有凹槽的矩形结构，其长度为船体宽度的二分之一，包括石英玻璃面板501、紫外线低频灯管502、磁芯箍503、尼龙隔热板504、灯壳505、电子镇流器506、密封接线口507、电器箱508、灯罩箱509和灯罩510，灯罩510内设置电器箱508和灯罩箱509，灯壳505上部设置密封的石英玻璃面板501、下部设置密封接线口507。 

如图15所示，翻转机构60，包括翻转电机61、链条62、主动齿轮63、从动齿轮64和制动装置；翻转电机61设置于空心固定杆40顶部，与主动齿轮63连接，翻转电机61设置有PLC控制装置，主动齿轮63上设置有第一接近开关和第二接近开关（图中未画出），第一接近开关和第二接近开关与PLC控制装置连接；所述主动齿轮63连接制动装置，该制动装置包括电磁制动阀65和制动轮66，制动轮66通过传动轴连接主动齿轮63，电磁制动阀65与PLC控制装置连接；从动齿轮64设置于空心固定杆40顶部与紫外杀菌装置50连接；链条62设置于空心固定杆40内部，连接主动齿轮63和从动齿轮64。 

本发明的紫外杀菌装置每次杀菌时，采用三个阶段进行杀菌，第一阶段辐照强度为213um，杀菌时间为5-8分钟；第二阶段辐照强度为252um，杀菌时间为5-8分钟；第二阶段辐照强度为274um，杀菌时间为8-10分钟。 

作为本发明的船舶用杀海生物装置还可以为固定式的，包括设置于换热器四个角上的紫外杀菌装置。 

与本发明的与杀海生物装置配套使用的基于MATLAB船底微生物堆积的图像识别系统，包括硬件设备部分、图像数据传输部分以及图像处理部分； 

    硬件设备部分包括至少一台高分辨率照相机，高分辨率照相机通过空心固定杆安装在船体侧弦，还包括一台PC机；

    图像数据传输部分包括内设于高分辨率照相机的信号发射模块，以及PC机上的信号接收模块，该信号发射模块和信号接收模块均为D/A转换器；

图像处理部分采用MATLAB软件进行处理，先后经过灰度转换、图像增强、中值滤波以及图像分割进行处理。