CN101417698B - 一种用于水下抛载的方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下抛载技术，具体地说是一种用于水下抛载的方法及控制装置。其抛载方法基于电热原理的抛载控制方式，采用电阻丝材料为抛载用挂接物、电容为储能元件，所述储能元件自接收到抛载信号后将事先存储在其中的电量在微秒级的时间内释放，以熔断电阻丝的方式实现稳定、快速、可靠地抛载。

Description

一种用于水下抛载的方法及控制装置
技术领域
本发明涉及水下抛载技术，具体地说是一种水下设备使用的抛载方法及控制装置。
背景技术
目前常见水下设备的水下抛载方式有如下几种。
机械式抛载：通常利用电机或电磁铁作为动力部件，以产生机械抛载动作。这种装置的缺点是体积较大，成本高，而且机械动作容易失效，由于使用电机、电磁铁等较大功率器件，导致这种装置的功耗很大；同时在海洋环境中使用时，该装置也容易受到电化学腐蚀及生物污染的干扰。
电化学腐蚀抛载：是利用海水的电化学腐蚀反应将悬挂压载的“腐蚀线”慢慢腐蚀断。这种装置的成本较低，但是腐蚀速度较慢。生物污染也会使装置与海水绝缘，从而阻止有效腐蚀。这种装置只能挂较轻的压载，要挂较重的压载就要加粗“腐蚀线”，这就增加了腐蚀的难度；该方法还有个局限性就是在淡水中难以使用。
爆炸螺栓式抛载：利用引爆装置切断用来固定压载的螺栓以产生抛载动作。这种装置适用于从几百千克到几百吨的超大质量压载的释放，成本高，爆炸冲击大，不适合用于水下机器人等这样的设备。
发明内容
本发明的目的在于采用一种能实现稳定、快速、可靠地抛载的水下设备使用的抛载方法及控制装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：用于水下抛载方法：基于电热原理的抛载控制方式，采用电阻丝材料为抛载用挂接物、电容为储能元件，所述储能元件自接收到抛载信号后将事先存储在其中的电量在微秒级的时间内释放，以熔断电阻丝的方式实现稳定、快速、可靠地抛载；
为了安全起见，当储能元件中有剩余电量时，设立释放通道；所述电阻丝材料为镍铬合金丝；电阻丝材料阻值在5mΩ～10mΩ的范围内。
控制装置：包括动作控制系统，储能元件，电热合金丝，所述动作控制系统经储能元件与安装在电热合金丝固定座上的电热合金丝相连；
所述动作控制系统可由电池供电，以单片机为核心器件，还包括UART串口，充电开关，放电开关，余电释放开关，升压模块，消耗电阻，单片机接收接受外部抛载指令，分别经充电开关，放电开关，余电释放开关与升压模块，与安装在电热合金丝固定座上的电热合金丝及能量消耗电阻相连；升压模块将所升高的电池电压送至储能元件，对储能元件充电；所述能量消耗电阻接地，用于消耗掉储能元件上的剩余电量；压载挂接到电热合金丝上；所述储能元件采用至少一个电容，电容个数为2个以上时并联连接；接到放电开关上的电热合金丝固定座中的第一螺栓和第二螺栓之间的中心距离为5mm-15mm。
本发明装置中动作控制系统通过UART串行接口接收外部传来的抛载指令信号。一旦接收到抛载指令信号，动作控制系统就开始控制充电开关、放电开关、余电释放开关，产生充电-放电-释放剩余电量等一系列动作。动作控制系统采用单片机进行控制。储能元件自接收到抛载信号后开始充电，在延迟一定时间后，对电热合金丝进行瞬间放电，使其熔断。电热合金丝固定座的作用为拧紧、固定电热合金丝，使电热合金丝能够挂接一定质量的压载，并且能够在需要的时候方便地更换电热合金丝。
本发明具有如下有益效果：
1.与现有技术中的机械抛载装置相比，本发明具有成本较低，结构简单的特点，并回避了容易受到电化学腐蚀及生物污染的干扰的不足。
2.由于抛载动作在瞬间完成，本发明更具有动作迅速的特点。
3.由于没有电机、电磁铁等较大功率器件，也不需要常通电流以维持系载，因此本发明还具有节省电能的特点。
4.由于动作不容易收到海洋生物污染干扰，在海水及淡水中均可使用，因此本发明具有动作可靠，应用范围宽的特点。
5.由于镍铬合金丝具有较大的抗拉强度，因此本发明具有能够承受较大压载质量的特点。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为动作控制系统原理图。
图3为储能元件结构示意图。
图4为电热合金丝固定座结构示意图。
图5为本发明抛载动作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明用于水下抛载的方法：基于电热原理的抛载控制方式，采用具有5mΩ～10mΩ阻值的电阻丝材料为抛载用挂接物，使用电容为储能元件，所述储能元件自接收到抛载信号后将事先存储在其中的电量在微秒级的时间内释放，以熔断电阻丝的方式实现稳定、快速、可靠地抛载。所述电阻丝材料为镍铬合金丝。
如图1所示，本发明用于水下抛载的装置包括：动作控制系统1，储能元件2，电热合金丝35，所述动作控制系统1经储能元件2与安装在电热合金丝固定座3上的电热合金丝35相连。
图2所示动作控制系统1可由电池供电，产生的电压是VBat 11，本实施例为5V。动作控制系统1的核心器件是一个单片机MCU，存有抛载动作程序；还包括UART串口13，充电开关14，放电开关15，余电释放开关16，升压模块17，消耗电阻R19，单片机MCU接收接受外部抛载指令，分别经充电开关14，放电开关15，余电释放开关16与升压模块17，安装在电热合金丝固定座3上的电热合金丝及能量消耗电阻R19相连；升压模块17将所升高的电池电压送至储能元件2，对储能元件充电；放电开关15连接到电热合金丝，用于在瞬间将电热合金丝熔断；所述能量消耗电阻R19接地，用于消耗掉储能元件上的剩余电量；压载36挂接到电热合金丝35上。
参见图3，储能元件2采用大容量电容C21。电容C21的关键参数是其耐压值和容量值，耐压值越高，容量越大，则抛载时瞬间释放的能量越大。电容的个数可以随意扩展，并联连接，最少电容个数要根据抛载所用的电热合金丝的熔断电量需求确定。
参见图4，电热合金丝固定座3中的第一螺栓31和第二螺栓32是两根固定用螺栓，它们接到放电开关15上。在第一螺栓31和第二螺栓32上开设第一孔33和第二孔34，电热合金丝35的两端分别穿过这两个孔，最终拧紧固定。第一螺栓31和第二螺栓32之间的中心距离要小于15mm，本实施例选择10mm。压载36通过一根绝缘线37挂接到电热合金丝35上。本实施例选用的电热合金丝能够承受的压载重量约为18kg。电热合金丝能够承受的压载质量与其横截面积成正比，因此电热合金丝越粗，能够承受的压载质量越大。同样，要想将其熔断，消耗的热量就越多(熔断难度越大)。
余电释放开关16作为释放通道，用以实现安全动作。所述电热合金丝是一种具有一定阻抗的电阻，最常见的是电热炉中的热电阻丝。本实施例采用的电热合金丝是一种镍铬合金丝，当然也可以使用其他具有合适阻抗及抗拉强度的电热合金丝。
工作原理如下：
抛载的基本原理是利用电流通过电阻时发热的现象，当通过电热合金丝的电流达到一定值时，电热合金丝产生的热量可使其达到自身熔点从而熔断。
本发明整个动作控制系统通过UART串口13接受外部抛载指令。一旦接收到外部抛载指令，单片机MCU将开启充电开关14，通过升压模块17将电池电压VBat 11升高到一个足够高的值VRel 18，这个电压连接到储能元件2，对储能元件充电。当储能元件充电完成后，单片机MCU将开启放电开关15，该开关连接到电热合金丝固定座3，在瞬间将电热合金丝熔断。当电热合金丝熔断后，储能元件2一般会有剩余电量，这时为了安全起见，单片机MCU要开启余电释放开关16，通过能量消耗电阻R19消耗掉储能元件上的电能(剩余电量)。
参见图5，抛载动作流程为：动作控制系统接收到抛载指令信号后启动充电开关进行充电，经过一段延时充电完成，之后启动放电开关进行瞬间放电，最后启动余电释放开关释放剩余电量，作一次充电-放电-释放剩余电量循环动作。之后返回有无抛载指令的判断，如无抛载指令，则处于等待状态。

Claims (7)

1.一种用于水下抛载方法，其特征在于：基于电热原理的抛载控制方式，采用电阻丝材料为抛载用挂接物、电容为储能元件，所述储能元件自接收到抛载信号后将事先存储在其中的电量在微秒级的时间内释放，以熔断电阻丝的方式实现抛载，当储能元件中有剩余电量时，设立释放通道。
2.按照权利要求1所述用于水下抛载方法，其特征在于：所述电阻丝材料为镍铬合金丝。
3.按照权利要求1所述用于水下抛载方法，其特征在于：电阻丝材料阻值在5mΩ-10mΩ的范围内。
4.一种按照权利要求1所述用于水下抛载方法的控制装置，其特征在于：包括动作控制系统(1)，储能元件(2)，电热合金丝(35)，所述动作控制系统(1)经储能元件(2)与安装在电热合金丝固定座(3)上的电热合金丝(35)相连。
5.按照权利要求4所述用于水下抛载的控制装置，其特征在于：所述动作控制系统(1)可由电池供电，以单片机(MCU)为核心器件，还包括UART串口(13)，充电开关(14)，放电开关(15)，余电释放开关(16)，升压模块(17)，消耗电阻(R19)，单片机(MCU)接收接受外部抛载指令，分别经充电开关(14)，放电开关(15)，余电释放开关(16)与升压模块(17)，与安装在电热合金丝固定座(3)上的电热合金丝及能量消耗电阻(R19)相连；升压模块(17)将所升高的电池电压送至储能元件(2)，对储能元件充电；所述能量消耗电阻(R19)接地，用于消耗掉储能元件上的剩余电量；压载(36)挂接到电热合金丝(35)上。
6.按照权利要求4所述用于水下抛载的控制装置，其特征在于：所述储能元件(2)采用至少一个电容(C21)，电容个数为2个以上时并联连接。
7.按照权利要求4所述用于水下抛载的控制装置，其特征在于：接到放电开关(15)上的电热合金丝固定座(3)中的第一螺栓(31)和第二螺栓(32)之间的中心距离为5mm-15mm。
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