CN110371253A - 一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，包括浮标壳体、双油囊式姿态调节装置、双推进器水平推进装置，本发明提供一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，本发明设计的新型双油囊式姿态调节机构，可在浮标达到预定工作深度后通过双油囊结构改变浮标自身浮力分布，实现浮体从竖直到水平的90度姿态改变，解决了现有剖面浮标只有单纯的竖直姿态的问题，本发明能够使浮标保持最小水阻力的水平姿态。同时，本发明设计了一种用于剖面浮标的双推进器水平推进机构，解决现有浮标无法水平驱动问题。本发明增强了浮标的可控操作及自主性，可使浮标按照预期航线运动，提高浮标的三维连续观测能力并且有助于浮标回收。

Description

一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构

技术领域

本发明属于浮标的水下推进与回收技术领域，尤其涉及一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构。

背景技术

剖面浮标现已成为可覆盖全球的海洋实时观测***，在海洋水文和气象调查中得到广泛应用，但现有剖面浮标的工作方式是在海水表面和深层海水之间往复垂向运动进行测量，不能进行水平运动，无法进行更复杂、精确的观测任务。同时也会因海浪、洋流以及自身沉浮过程中的纵倾使浮标漂移距离过大、偏离预期观测海域，导致其定位精度低。若直接加入螺旋桨推进***，其竖直姿态亦会产生较大阻力，受浮标电能限制不利于水平驱动。

因此，现有剖面浮标已不能很好满足中小尺度上层海洋的精细观测，亟需一种用于剖面浮标的姿态调节及水平推进***，突破中小尺度海洋观测的高时空分辨率观测的技术瓶颈。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，本发明设计的新型双油囊式姿态调节机构，可在浮标达到最大工作深度后通过液压***改变浮标自身浮力分布，实现浮体从竖直到水平的90度姿态改变，解决了现有剖面浮标只有单纯的竖直姿态，本发明能够使浮标保持最小水阻力的水平姿态。同时，本发明设计了一种用于剖面浮标的双推进器水平推进机构，解决现有浮标无法水平驱动问题。本发明增强了浮标的可控操作及自主性，可使浮标按照预期航线运动，提高浮标的三维连续观测能力并且有助于浮标回收。

本发明采用以下的技术方案：

一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，包括浮标壳体、双油囊式姿态调节装置、双推进器水平推进装置；

所述浮标壳体包括信号仓、传感器仓、上油仓、控制仓、液压仓、下油仓，所述信号仓和下油仓均与海水连通，信号仓包括卫星信号天线和CTD检测探头，所述传感器仓、上油仓、液压仓以及控制仓均为密闭仓，传感器仓包括CTD传感器和方向传感器，控制仓包括整套***的电源、控制器；

所述双油囊式姿态调节装置包括液压机、上油箱、挡板、油管、三通阀、下油囊，上油箱在上油仓中，下油囊与液压机分别连接在三通阀上，上油箱通过一根长油管与三通阀另一端连接，上油箱内装有滑动挡板，下油囊为袋式油囊，放置在下油仓中，下油仓为开放式空间，与海水相通；

所述双推进器水平推进装置包括一个伸缩电机、两个推进电机、固定盘、连杆、拐臂，固定盘固定在浮标壳体上，伸缩电机固定在固定盘上并与连杆和拐臂相连，连杆连接推进电机端部，拐臂另一端连接在推进电机的滑道上。

进一步的，所述上油箱位置不在浮标壳体中心，上油箱以及与三通阀连接的油管共同靠近壳体一侧。

进一步的，所述上油箱中的挡板装在上油箱滑道中随液压油可上升或者下降，并可隔绝液压油与真空部分。

进一步的，所述三通阀的开关状态由控制器决定，当浮标需要沉浮时控制三通阀将液压机与下油囊连通，当浮标需要调升降舵角时控制三通阀将液压机与上油箱连通。

进一步的，所述伸缩电机可同时控制连杆与拐臂，电机正转推出拐臂并回收连杆，电机反转推出连杆并回收拐臂。

本发明的有益效果是：本发明中的双油囊式姿态调节装置可改变自身浮力分布实现浮标从竖直到横向的90度姿态改变，并可在水平运动时通过方向传感器实时精确调节升降舵角确保浮标总是处于水平姿态，以最大程度减少浮标在水下航行时所受阻力。

本发明中上油箱的挡板可隔绝液压油与抽空的空间，可避免因液压油在上油箱中晃动而导致的自身浮力分布的改变，从而保持浮标更加稳定的水平姿态。

本发明中上油箱与油管偏向壳体一侧的位置，可保证浮标在水平姿态的重心能够使推进电机分别处于壳体两侧并保持平衡。

本发明中的伸缩电机可将双推进器回收至浮标尾部壳体，从而降低浮标以垂向姿态从水面下潜至深水区或反向过程中所受阻力。

本发明的水平双推进器装置可推进浮标以水平姿态在水下运动，并通过调节两个推进电机转速差进行转向，从而实现浮标的水下控制，可采集不同位置的温盐深数据，使剖面浮标具备三维连续观测能力，从而为台风预报、海洋气象提供必要、详细的剖面数据，提高海洋资源开发、环境预报、防灾救灾等领域的应用能力，同时也使浮标的回收更加便捷。

附图说明

图1是本发明整体结构的正面示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明中双油囊式姿态调节装置示意图；

图4是本发明中双油囊式姿态调节装置工作原理示意图；

图5是本发明中双推进器水平推进装置推进状态示意图；

图6是本发明中双推进器水平推进装置收回状态示意图；

图中：1-浮标壳体，2-卫星信号天线，3-信号仓，4-传感器仓，5-上油仓，6-挡板，7-控制仓，8-液压仓，9-三通阀，10-下油仓，11-推进电机，12-CTD检测探头，13-CTD传感器，14-上油箱，15-液压油，16-油管，17-电源、控制器，18-液压机，19-下油囊，20-伸缩电机，21-固定盘，22-连杆，23-拐臂，24-滑道，25-方向传感器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。

如图1-2所示，一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，包括浮标壳体1、双油囊式姿态调节装置、双推进器水平推进装置；

所述浮标壳体1包括信号仓3、传感器仓4、上油仓5、控制仓7、液压仓8、下油仓10，所述信号仓3和下油仓10均与海水连通，信号仓3包括卫星信号天线2和CTD检测探头12，所述传感器仓4、上油仓5、液压仓8以及控制仓7均为密闭仓，传感器仓4包括CTD传感器13和方向传感器25，控制仓7包括浮标整套***的电源、控制器17。

如图3所示，所述双油囊式姿态调节装置包括液压机18、上油箱14、挡板6、油管16、三通阀9、下油囊19，上油箱14在上油仓5中，下油囊19与液压机18分别连接在三通阀9上，上油箱14通过一根长油管16与三通阀9的另一端连接，上油箱14内装有挡板6，下油囊19为袋式油囊，放置在下油仓10中，下油仓10为开放式空间，与海水相通。上油箱14与油管16的位置贴近浮标壳体一侧，当浮标处于水平姿态时重心更低，能够保持双推进器水平推进装置分别处于壳体左右两侧。挡板6在上油箱14中隔绝液压油15与真空部分，防止液压油15进入上油箱14后因液***置变化引起浮标重心不稳。

如图4所示，当浮标初始状态在水面时需要受到最大浮力，上油箱14和液压机18中的液压油15已全部被挤压到下油囊19中，浮标体积为最大，此时CTD检测探头12将深度压力数据传输给CTD传感器13，CTD传感器13反馈给控制器17的检测深度为0米，控制器17控制三通阀9全部关闭；当浮标需要下降时，控制器17控制三通阀9打开下油囊19与液压机18的连通，抽回下油囊19中的液压油15，浮标体积变小浮力减小，浮标开始下降；控制器17根据CTD传感器13检测的实时深度控制三通阀9的开关，使浮标悬浮在预定深度；当浮标需要在工作深度变为水平姿态时，控制器17控制三通阀9将上油箱14与液压机18连通，液压机18将液压油15挤压进入上油箱14，浮标体积不变，重心上移且偏向一侧，浮标在水中倾倒，再通过方向传感器25检测浮标升降舵角传输回控制器实时调节上油箱14中液压油15的体积控制浮标姿态。

如图5-6所示，所述双推进器水平推进装置包括一个伸缩电机20、两个推进电机11、固定盘21、连杆22、拐臂23，固定盘21固定在浮标壳体1上，伸缩电机20固定在固定盘21上并与连杆22和拐臂23相连，连杆22连接推进电机11端部，拐臂23另一端连接在推进电机11的滑道上。当伸缩电机20正转时，连杆22受伸缩电机20控制向固定盘方向抽回，拐臂23受伸缩电机20控制被反向推出，从而在滑道的作用下使推进电机11贴近固定盘21并改变方向，由图5的伸展状态变为图6回收至浮标壳体1尾部，以减小浮标在沉浮运动时所受阻力；当伸缩电机20反转时，连杆22被反向推出，拐臂23被抽回，在滑道作用下最终使推进电机11从回收状态变至伸展状态，从而进行水下推进。

本发明一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构的工作原理如下：

预先抽出上油箱14中空气，挡板6挡在上油箱14中隔绝液压油15与真空部分，防止液压油15进入上油箱14后因液***置变化引起浮标重心不稳；剖面浮标以垂向姿态漂浮于海面，此时上油箱14和液压机18中的液压油15全部被压到下油囊19中，浮标体积为最大，推进电机11已回收至浮标壳体1尾部。控制器17检测到CTD传感器13深度数据为0米，通过卫星信号天线2将上一次工作中采集到的存储在控制器17中的海洋数据信息传输到卫星，用户根据测量需求将浮标下一次所需测量位置与当前卫星定位位置的信号通过卫星传输回浮标的卫星信号天线2，下一次所需测量位置信息包括与当前位置的距离和方向。

信息传输完成后控制器17自动控制三通阀9使液压机18与下油囊19连通，将液压油15抽回液压机18内，浮标体积减少浮力减小使其下潜。控制器17根据CTD传感器13检测的实时深度控制三通阀9的开关，使浮标悬浮在预定深度，并控制伸缩电机20反转，连杆22受伸缩电机20控制向外推出，而拐臂23受控向内拉，带动推进电机11远离固定盘21并改变方向，通过滑道24作用使推进电机11从回收状态变为伸展状态，此后打开液压机18与上油箱14的连通，控制液压机18将液压油15泵入上油箱14，浮标体积不变，重心上移且偏向一侧，浮标在水中倾倒，控制器17根据方向传感器25检测到的浮标升降舵角，实时调节上油箱14中液压油量保持浮标水平姿态。此时控制器17控制电源17为双推进器水平推进装置的推进电机11供电，并根据推进电机11的转速来预估位移，根据方向传感器25来调整双推进器水平推进装置的两个推进电机11的转速差控制浮标运动方向。

浮标达到估算的预定位置后，控制器17控制伸缩电机20正转使推进电机从伸展状态回收至浮标壳体尾部，同时控制液压机18将上油箱14中液压油15抽回液压机18，关闭液压机18与上油箱14的连通，浮标体积不变，重心下移，控制器17通过方向传感器25检测到浮标恢复至竖直姿态后，再打开液压机18与下油囊19的连通，将液压油15泵入下油囊19，浮标体积增大，可上浮至水面。

浮标在上浮和下潜过程中控制器17控制CTD传感器13采集温盐深数据并传输回控制器17进行储存，从而进行新位置的海洋数据采集工作。整个工作过程中所需电能均由电源17供电。

最后要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，其特征在于：包括浮标壳体、双油囊式姿态调节装置、双推进器水平推进装置；

所述浮标壳体包括信号仓、传感器仓、上油仓、控制仓、液压仓、下油仓，所述信号仓和下油仓均与海水连通，信号仓包括卫星信号天线和CTD检测探头，所述传感器仓、上油仓、液压仓以及控制仓均为密闭仓，传感器仓包括CTD传感器和方向传感器，控制仓包括整套***的电源、控制器；

所述双油囊式姿态调节装置包括液压机、上油箱、挡板、油管、三通阀、下油囊，上油箱在上油仓中，下油囊与液压机分别连接在三通阀上，上油箱通过一根长油管与三通阀另一端连接，上油箱内装有滑动挡板，下油囊为袋式油囊，放置在下油仓中，下油仓为开放式空间，与海水相通；

所述双推进器水平推进装置包括一个伸缩电机、两个推进电机、固定盘、连杆、拐臂，固定盘固定在浮标壳体上，伸缩电机固定在固定盘上并与连杆和拐臂相连，连杆连接推进电机端部，拐臂另一端连接在推进电机的滑道上。

2.根据权利要求1所述的一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，其特征在于：所述上油箱位置不在浮标壳体中心，上油箱以及与三通阀连接的油管共同靠近壳体一侧。

3.根据权利要求1所述的一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，其特征在于：所述上油箱中的挡板装在上油箱滑道中随液压油可上升或者下降，并可隔绝液压油与真空部分。

4.根据权利要求1所述的一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，其特征在于：所述三通阀的开关状态由控制器决定，当浮标需要沉浮时控制三通阀将液压机与下油囊连通，当浮标需要调升降舵角时控制三通阀将液压机与上油箱连通。

5.根据权利要求1所述的一种用于剖面浮标的姿态调节及水平驱动机构，其特征在于：所述伸缩电机可同时控制连杆与拐臂，电机正转推出拐臂并回收连杆，电机反转推出连杆并回收拐臂。