CN2611290Y - 深海作业静止参考坐标装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种深海作业静止参考坐标装置。包括有外壳(7)、盖体(6)及由电源(14)、伺服电机(12)、传动机构A、活塞(9)、密封装置(8)、控制装置(3)、压力传感器(2)组成的自主沉浮组件，其中电源(14)分别与伺服电机(12)及控制装置(3)连接，伺服电机(12)与传动机构A的输入端连接，传动机构A的输出端与支承在外壳(7)上的活塞(9)连接，密封装置(8)套装在活塞(9)的外侧，且其敞开端固装在外壳(7)上，并与外壳(7)密封连接，密封装置(8)可在活塞(9)的推动下伸缩以改变其体积的大小，压力传感器(2)装设在盖板(6)上，其输出端与控制装置(3)的输入端连接，控制装置(3)的输出端与伺服电机(12)的输入端连接。本实用新型能在海水中自主沉浮，能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，用于测量深海海浪波高及船舶、海洋平台等的升沉位移。
Description
1、技术领域：
本实用新型是一种在海洋工程技术领域中用于测量深海海浪波高以及船舶(海洋平台)升沉位移的深海作业静止参考坐标装置，属于深海作业静止参考坐标装置的创新技术。
2、背景技术：
海洋的矿产资源非常丰富，世界各国都在大力发展深海采矿技术。而采矿船(平台)升沉信号的采集与补偿是深海采矿作业的关键技术之一。现有的基于加速度计的位移信号采集仪器不适应采矿船(平台)在波浪激励下的低频运动的工况；气介式声学测波仪需要在海洋中打一根桩，把测波探头固定在海面上方十多米高的地方，显然也不适合深海作业的工况；近年来研制的水声测波仪需要将探头固定在海底，也只适宜浅海作业，因此，这些装置都不能定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，不能测量深海海浪波高及船舶、海洋平台等的升沉位移。
3、发明内容：
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种能在海水中自主沉浮，能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，用于测量深海海浪波高及船舶、海洋平台等的升沉位移的深海作业静止参考坐标装置。
本实用新型的结构示意图如图1所示，包括有外壳(7)、盖体(6)及由电源(14)、伺服电机(12)、传动机构A、活塞(9)、密封装置(8)、控制装置(3)、压力传感器(2)组成的自主沉浮组件，其中电源(14)分别与伺服电机(12)及控制装置(3)连接，伺服电机(12)与传动机构A的输入端连接，传动机构A的输出端与支承在外壳(7)上的活塞(9)连接，密封装置(8)设在活塞(9)的外侧，且其外沿固装在外壳(7)上，并与外壳(7)密封连接，活塞(9)可在传动机构A的作用下伸出或缩回外壳(7)，压力传感器(2)装设在盖板(6)上，其输出端与控制装置(3)的输入端连接，控制装置(3)的输出端与伺服电机(12)的输入端连接。
上述传动机构A包括有同步带传动副(13)、齿轮传动副(11)、滚珠丝杆传动副(10)，其中同步带传动副(13)的主动轮与伺服电机(12)的输出轴连接，同步带传动副(13)的从动轮与齿轮传动副(11)的主动轮同轴，齿轮传动副(11)的从动轮与滚珠丝杆传动副(10)的丝杆连接，活塞(9)与滚珠丝杆传动副(10)的螺母连接。
上述齿轮传动副(11)为锥齿轮传动副，齿轮传动副(11)的从动轮设有两个，相应滚珠丝杆传动副(10)及活塞(9)、密封装置(8)分别设有两套，对称装设在外壳(7)的两侧。
上述盖板(6)上还装设有超声传感器(4)，壳体(7)内设置超声发射\接收电路(1)。超声发射\接收电路(1)与超声传感器(4)连接，超声发射\接收电路(1)与控制装置(3)连接。
上述盖板(6)上还装设有温度传感器(5)，温度传感器(5)的输出端与控制装置(3)的输入端连接。
上述控制装置(3)为单片机。
上述密封装置(8)为波纹管式密封装置。
上述外壳(7)上还装设有配重(15)。
本实用新型通过控制其体积的变化使之能在海水中自主沉浮，因此，本实用新型能精确定位于预定的海水深度用作海洋静止参考坐标，用于测量深海海浪波高及船舶、海洋平台等的升沉位移。本实用新型是一种设计巧妙，结构简单，方便实用的深海静止参考坐标装置。
4、附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型测量采矿船升沉位移的原理图。
5、具体实施方式：
实施例：
本实用新型的结构示意图如图1所示，包括有外壳(7)、盖体(6)及由电源(14)、伺服电机(12)、传动机构A、活塞(9)、密封装置(8)、控制装置(3)、压力传感器(2)组成的自主沉浮组件，其中电源(14)分别与伺服电机(12)及控制装置(3)连接，伺服电机(12)与传动机构A的输入端连接，传动机构A的输出端与支承在外壳(7)上的活塞(9)连接，密封装置(8)套装在活塞(9)的外侧，且其敞开端固装在外壳(7)上，并与外壳(7)密封连接，密封装置(8)可在活塞(9)的推动下伸缩以改变其体积的大小，压力传感器(2)装设在盖板(6)上，其输出端与控制装置(3)的输入端连接，控制装置(3)的输出端与伺服电机(12)的输入端连接。
上述传动机构A包括有同步带传动副(13)、齿轮传动副(11)、滚珠丝杆传动副(10)，其中同步带传动副(13)的主动轮与伺服电机(12)的输出轴连接，同步带传动副(13)的从动轮与齿轮传动副(11)的主动轮同轴，齿轮传动副(11)的从动轮与滚珠丝杆传动副(10)的丝杆连接，活塞(9)与滚珠丝杆传动副(10)的螺母连接。
上述齿轮传动副(11)为锥齿轮传动副，齿轮传动副(11)的从动轮设有两个，相应滚珠丝杆传动副(10)及活塞(9)、密封装置(8)分别设有两套，对称装设在外壳(7)的两侧。
上述盖板(6)上还装设有超声传感器(4)，壳体(7)内设置超声发射\接收电路(1)。超声发射\接收电路(1)与超声传感器(4)连接，超声发射\接收电路(1)与控制装置(3)连接。
为能补偿因海水温度变化引起超声波传播速度变化而导致的测量误差。上述盖板(6)上还装设有温度传感器(5)，温度传感器(5)的输出端与控制装置(3)的输入端连接。
本实施例中，控制装置(3)为89C51单片机。
上述密封装置(8)为波纹管式密封装置。
上述外壳(7)上还装设有配重(15)。
本实用新型的工作原理是：压力传感器(2)在线检测参考坐标装置所处的水深，并与程序预定的目标水深H0比较，若未达到预定的水深，则控制装置(3)控制伺服电机通过传动机构A中的同步带传动副(13)、齿轮传动副(11)、滚珠丝杆传动副(10)，驱动活塞(9)缩回外壳(7)，本装置的整体体积减少，使得重力大于浮力，坐标装置下沉；反之，若检测水深大于预定水深H0，活塞(9)朝外伸出外壳(7)，本装置的整体体积增大，使得坐标装置的浮力大于重力，坐标装置上浮；若检测水深等于预定水深H0，则活塞(9)处于中间平衡位置，此时浮力等于重力。本实用新型采取模糊预测控制，与现有的定深控制相比，具有响应快，过度时间短的特点，即定位快速准确。
另外，在深海采矿中，由于波浪的激励，采矿船会随波浪升沉。采集采矿船的升沉信号并加以补偿是深海采矿工程的关键技术之一。当本实用新型下潜并驻停在海水某深度时(如120米)，即可作为静止参考坐标。本实用新型上的控制装置(3)控制超声发射\接收电路(1)通过超声传感器(4)朝采矿船发射周期性脉冲形式的超声波，并同时开始计时；当超声传感器(4)接收到采矿船底板反射回来的回波时，停止计时，所计时间为超声波的传播时间t。控制装置(3)根据温度传感器(5)测出的温度值求出该温度下的声波传播速度c(T)，则可计算采矿船的升沉位移h(t)(测量海浪波高类同)，其原理如图2所示。根据超声测距原理：超声波发射到接受的时间t正比于参考坐标点(超声传感器4)到采矿船的距离：
t＝2[H+h(t)]/c(T)，式中：H--基本水深(m)；h(t)--采矿船瞬时起伏位移(m)
通过单片机计算采矿船瞬时的起伏位移为：h(t)＝[c(T)t-2H]/2。
Claims (8)
1、一种深海作业静止参考坐标装置，其特征在于包括有外壳(7)、盖体(6)及由电源(14)、伺服电机(12)、传动机构A、活塞(9)、密封装置(8)、控制装置(3)、压力传感器(2)组成的自主沉浮组件，其中电源(14)分别与伺服电机(12)及控制装置(3)连接，伺服电机(12)与传动机构A的输入端连接，传动机构A的输出端与支承在外壳(7)上的活塞(9)连接，密封装置(8)设在活塞(9)的外侧，且其外沿固装在外壳(7)上，并与外壳(7)密封连接，活塞(9)可在传动机构A的作用下伸出或缩回外壳(7)，压力传感器(2)装设在盖板(6)上，其输出端与控制装置(3)的输入端连接，控制装置(3)的输出端与伺服电机(12)的输入端连接。
2、根据权利要求1所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述传动机构A包括有同步带传动副(13)、齿轮传动副(11)、滚珠丝杆传动副(10)，其中同步带传动副(13)的主动轮与伺服电机(12)的输出轴连接，同步带传动副(13)的从动轮与齿轮传动副(11)的主动轮同轴，齿轮传动副(11)的从动轮与滚珠丝杆传动副(10)的丝杆连接，活塞(9)与滚珠丝杆传动副(10)的螺母连接。
3、根据权利要求2所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述齿轮传动副(11)为锥齿轮传动副，齿轮传动副(11)的从动轮设有两个，相应滚珠丝杆传动副(10)及活塞(9)、密封装置(8)分别设有两套，对称装设在外壳(7)的两侧。
4、根据权利要求1所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述盖板(6)上还装设有超声传感器(4)，壳体(7)内设置超声发射\接收电路(1)。超声发射\接收电路(1)与超声传感器(4)连接，超声发射\接收电路(1)与控制装置(3)连接。
5、根据权利要求4所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述盖板(6)上还装设有温度传感器(5)，温度传感器(5)的输出端与控制装置(3)的输入端连接。
6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述控制装置(3)为单片机。
7、根据权利要求6所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述密封装置(8)为波纹管式密封装置。
8、根据权利要求6所述的深海作业静止参考坐标装置，其特征在于上述外壳(7)上还装设有配重(15)。
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| CN106828835A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-06-13 | 中国海洋大学 | 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散*** |
| CN109959366A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-02 | 清华大学 | 水深探头、水深检测***及微差水深测量方法 |
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2003
- 2003-01-06 CN CN 03222747 patent/CN2611290Y/zh not_active Expired - Fee Related
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