CN102975832A - 一种自调节式变浮力水下平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自调节变浮力水下平台，属于海洋监测领域。所述平台包括发射装置、水下监测仪、稳定盘、控制单元、电池组、耐压壳体、储油箱、深度传感器、深度调节机构、液压脉冲控制阀、双向定量液压泵和电机；深度调节机构包括接头体、油囊端盖、油囊和油囊护罩；所述平台采用电机驱动双向定量液压泵来实现对深度调节机构的注油或抽油，达到平台上升或下沉的自调节功能；在液压回路系统中设计有液压脉冲控制阀，可确保证驱动电机的自锁性，防止在大深度海洋环境中出现反转，且能降低平台的整体功耗。

Description

一种自调节式变浮力水下平台

技术领域

本发明涉及一种自调节变浮力水下平台，属于海洋监测领域。 

背景技术

随着内陆矿产的不断开发，储存量越来越少，为确保战争储备需求，世界各国逐步向海洋发展。为探索海洋秘密，就必须对海洋环境进行探测和观察，收集海洋相关数据与资料。因而需要开发出一种用于水下监测的平台，用于搭载各种海洋环境监测仪，同时对海洋各个层面进行监测。尽管目前所述平台种类繁多，但存在如下问题：一是将平台通过锚系固定在某一区域范围内对海洋各层面进行探测，但监测范围有限；二是将平台投放于海洋中随波逐流，依据设定时间使其下沉至水下一定深度进行探测作业或上升到水面发射数据，但平台上升或下降所用驱动机构是由电机驱动丝杆带动活塞在液压缸内运动，实现对平台深度调节机构的注油或抽油，从而改变其体积大小。然而当平台在水下工作会受到外界水压的作用，工作环境越深，深度调节机构受到的背压就越大，导致整体结构调节能力不够。而且其采用的电机驱动丝杆的方式导致自锁性能差，在大深度常会出现电机反转、定深精度不准以及调节能力差等问题。为此，有必要研制一种自调节变浮力水下平台，实现自动沉浮，且能定期将采集数据传输到控制指挥中心。 

发明内容

本发明的目的是提供一种自调节变浮力水下平台，所述平台采用电机驱动双向定量液压泵对深度调节机构进行注油或抽油，实现平台上升或下沉的自调节功能；同时设有脉冲控制阀保证驱动电机的自锁性，防止在大深度海洋环境中出现电机反转。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种自调节式变浮力水下平台，所述平台包括发射装置、水下监测仪、稳定盘、控制单元、电池组、耐压壳体、储油箱、深度传感器、深度调节机构、 液压脉冲控制阀、双向定量液压泵和电机； 

耐压壳体为顶部封闭，底部开口的的圆柱筒状结构，在耐压壳体顶部装有发射装置和水下监测仪，耐压壳体上部外侧装有稳定盘；耐压壳体内部装有控制单元、电池组、储油箱、深度传感器、液压脉冲控制阀、双向定量液压泵和电机，控制单元通过电缆分别与水下监测仪、电机和液压脉冲控制阀连接，耐压壳体底部通过液压脉冲控制阀与深度调节机构连接； 

深度调节机构包括接头体、油囊端盖、油囊和油囊护罩；接头体位于油囊开口密封端面处的凸出部分，接头体和油囊成一体，油囊通过接头体与液压脉冲控制阀联通；在油囊与接头体的连接面上设有油囊端盖，油囊通过油囊端盖与耐压壳体固定连接；油囊护罩固定在油囊端盖上，包覆在油囊外； 

在液压脉冲控制阀内设有箭头管道和锥形单向阀，所述箭头管道和锥形单向阀均与液压脉冲控制阀上的两个连接端口相通；所述液压脉冲控制阀一端的连接端口通过接头体与油囊联通，另一端的连接端口依次与双向定量液压泵和储油箱联通。在液压脉冲控制阀内设计有锥形单向阀的目的是使所述平台在大深度海洋环境进行监测作业时不出现电机反转，可保证液压脉冲控制阀在未通电的状态下，液压油只能从储油箱流向油囊内，反向则不联通，这种结构形式解决了驱动机构在深海环境大背压下的自锁问题，实现了平台在水下的精确调节功能； 

其中，稳定盘的作用是使平台在水下保持稳定，防止波动； 

水下监测仪的作用是完成水下测量任务，可根据海洋监测需求选取不同类型的传感器。 

稳定盘的作用是确保平台在水下运动过程中姿态的稳定性，实现平台在水下的垂直剖面测量； 

电池组的作用是为平台内的元器件提供电源，确保平台正常运行； 

控制单元的作用是分别对水下监测仪、电机和液压脉冲控制阀进行供电和控制； 

为确保平台实现自调节变浮力功能，达到在水中上升或下降的要求，由控制单元、电机、储油箱、双向定量液压泵、液压脉冲控制阀、深度调节机构和深度传感器组成液压驱动机构，其中控制单元与电机、储油箱、双向定量液压泵、液压脉冲控制阀、深度调节机构和深度传感器依次顺序连接，形成闭环结 构； 

所述液压脉冲控制阀的工作原理为：当不对电机供电时，单向阀打开，箭头管道关闭，液压油从储油箱中经过单向阀流入油囊中；当对电机供电时，单向阀关闭，箭头管道打开，液压油从油囊经过箭头管道流入储油箱中；当平台下潜到设定深度，电机关闭，在压差作用下箭头管道打开，液压油从油囊经过箭头管道流入储油箱中； 

所述液压驱动机构的工作方式如下： 

①当平台入水或位于较浅深度（≤50m）时，利用电机驱动双向定量液压泵，当电机正转时，液压油从储油箱经双向定量液压泵、液压脉冲控制阀后注入到深度调节机构中的油囊内，此时液压脉冲控制阀处于不供电状态，油路经液压脉冲控制阀中的单向阀流入深度调节机构中的油囊内，此时油囊体积增大，使平台的浮力增大，实现平台上浮； 

②当平台在水面通信完成后需要下沉时，控制单元控制电机反向转动，同时给液压脉冲控制阀供电使其打开，此时油囊内的液压油依次经过液压脉冲控制阀中的箭头管道、双向定量液压泵后流入储油箱中，此时油囊体积减小，使平台的浮力减小，实现平台的下沉； 

③当平台下潜到水下一定深度后，为降低平台的功耗，控制单元将给液压脉冲控制阀提供预先设定好的脉冲信号，实现深度调节机构与双向定量液压泵之间在脉冲时间内的联通，由于油囊内的液压油与储油箱内的液压油存在压差，液压油将在压差的作用下依次经过液压脉冲控制阀10中的箭头管道、双向定量液压泵后流入储油箱7中，此时电机不工作，可节省功耗。 

有益效果 

本发明公开了一种自调节变浮力水下平台，该平台能在水下自动调节其外形结构的体积，使其达到浮力变化，实现平台在水中的沉浮功能。采用的具体措施：一是采用电机驱动双向定量液压泵来实现对深度调节机构的注油或抽油，达到平台上升或下沉的自调节功能；二是在液压回路系统中设计有液压脉冲控制阀，可确保证驱动电机的自锁性，防止在大深度海洋环境中出现反转，且能降低平台的整体功耗。 

附图说明

图1是本发明所述的自调节式变浮力水下平台的结构示意图。 

图2是本发明所述的深度调节机构的结构示意图。 

图3是本发明所述的液压驱动机构原理示意图。 

其中，1-发射装置、2-水下监测仪、3-稳定盘、4-控制单元、5-电池组、6-耐压壳体、7-储油箱、8-深度传感器、9-深度调节机构、10-液压脉冲控制阀、11-双向定量液压泵、12-电机、13-接头体、14-油囊端盖、15-油囊、16-油囊护罩。 

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明。 

如图1所示的一种自调节式变浮力水下平台，所述平台包括发射装置1、水下监测仪2、稳定盘3、控制单元4、电池组5、耐压壳体6、储油箱7、深度传感器8、深度调节机构9、液压脉冲控制阀10、双向定量液压泵11和电机12； 

耐压壳体6为顶部封闭，底部开口的的圆柱筒状结构，在耐压壳体6顶部装有发射装置1和水下监测仪2，耐压壳体6上部外侧装有稳定盘3；耐压壳体6内部装有控制单元4、电池组5、储油箱7、深度传感器8、液压脉冲控制阀10、双向定量液压泵11和电机12，控制单元4通过电缆分别与水下监测仪2、电机12和液压脉冲控制阀10连接，耐压壳体6底部通过液压脉冲控制阀10与深度调节机构9连接； 

如图2所示，深度调节机构9包括接头体13、油囊端盖14、油囊15和油囊护罩16；接头体13位于油囊15开口密封端面处的凸出部分，接头体13和油囊15通过硫化技术硫化成一体，油囊15通过接头体13与液压脉冲控制阀10联通；在油囊15与接头体13的连接面上设有油囊端盖14，油囊15通过油囊端盖14与耐压壳体6固定连接，密封端面处的凸出部分，是按照标准O形密封圈的功能设计的，连接面通过密封圈和螺钉进行密封固定，是静密封结合面的典型结构，并通过螺母压紧的方式实现油囊端盖14与接头体13接触处的密封；为保护油囊15在深海中不被外物损伤，设计有油囊护罩16进行保护，油囊护罩16固定在油囊端盖14上，包覆在油囊15外； 

水下监测仪2可根据海洋监测需求进行不种类型的传感器的选取。稳定盘3的功能是确保平台在水下运动过程中姿态的稳定性，实现平台在水下的垂直剖面测量。电池组5为平台内的元器件提供电源，确保平台正常运行。 

在液压脉冲控制阀10内设有箭头管道和锥形单向阀，所述箭头管道和锥形单向阀均与液压脉冲控制阀10上的两个连接端口相通；所述液压脉冲控制阀10一端的连接端口通过接头体13与油囊15联通，另一端的连接端口依次与双向定量液压泵11和储油箱7联通。在液压脉冲控制阀10内设计有锥形单向阀的目的是使所述平台在大深度海洋环境进行监测作业时不出现电机12反转，可保证液压脉冲控制阀10在未通电的状态下，液压油只能从储油箱7流向油囊15内，反向则不联通，这种结构形式解决了驱动机构在深海环境大背压下的自锁问题，实现了平台在水下的精确调节功能； 

图3是本发明驱动机构的工作原理图。为确保平台实现自调节变浮力功能，达到在水中上升或下降的要求，由控制单元4、电机12、储油箱7、双向定量液压泵11、液压脉冲控制阀10、深度调节机构9和深度传感器8组成液压驱动机构，其中控制单元4与电机12、储油箱7、双向定量液压泵11、液压脉冲控制阀10、深度调节机构9和深度传感器8依次顺序连接，形成闭环结构； 

所述液压驱动机构的工作方式如下： 

①当平台入水或位于较浅深度（≤50m）时，利用电机12驱动双向定量液压泵11，当电机12正转时，液压油从储油箱7经双向定量液压泵11、液压脉冲控制阀10后注入到深度调节机构9中的油囊15内，此时液压脉冲控制阀10处于不供电状态，油路经液压脉冲控制阀10中的单向阀流入深度调节机构9中的油囊15内，此时油囊体积增大，使平台的浮力增大，实现平台上浮； 

②当平台在水面通信完成后需要下沉时，控制单元4控制电机12反向转动，同时给液压脉冲控制阀10供电使其打开，此时油囊15内的液压油依次经过液压脉冲控制阀10中的箭头管道、双向定量液压泵11后流入储油箱7中，此时油囊体积减小，使平台的浮力减小，实现平台的下沉； 

③当平台下潜到水下一定深度后，为降低平台的功耗，控制单元4将给液压脉冲控制阀10提供预先设定好的脉冲信号，实现深度调节机构9与双向定量液压泵11之间在脉冲时间内的联通，由于油囊15内的液压油与储油箱7内的液压油存在压差，液压油将在压差的作用下依次经过液压脉冲控制阀10中的箭头管道、双向定量液压泵11后流入储油箱7中，此时电机12不工作，可节省功耗。 

所述自调节变浮力水下平台的工作原理是：首先用磁性开关开启平台，此 时平台将首先进行自身定位及状态检查，并将状态检查结果发送到陆上控制指挥中心。陆上控制指挥中心收到信息，确认平台正常工作后则可以投放入水。当平台在水面时，控制单元4首先开启液压脉冲控制阀10，使深度调节机构9与双向定量液压泵11之间油路联通，然后开启电机12，让其反转，此时油囊15内的液压油依次经过液压脉冲控制阀10的箭头管道、双向定量液压泵11后流入到储油箱7中，使平台的浮力减少，实现平台在水面的自动下沉；平台下潜到一定深度后，由控制单元4给液压脉冲控制阀10提供脉冲信号，使油囊15与双向定量液压泵11之间在脉冲时间内联通，液压油在压差的作用下从油囊15流入到储油箱7内，实现平台在水下的自动下沉；按程序设定当平台需要上浮时，电机12正转驱动双向定量液压泵11，液压油从储油箱7依次经过双向定量液压泵11、液压脉冲控制阀10中的单向阀后注入到深度调节机构9中的油囊15内，使平台的浮力增大，实现平台的上浮运动功能；平台在下沉及上浮过程中都可以根据系统设定进行采集数据工作，实现海洋环境的监测；当平台完成一个剖面的水下测量任务上浮到水面后，将通过发射装置1发送采集数据，并进行自身定位。数据发送完成后，如果发射装置1未收到陆上控制指挥中心发送过来的新的剖面指令，则平台将按上次参数自动下潜到水下进行新的剖面测量。平台将在大海中一直进行循环剖面，直至电池耗尽为止。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (3)

1.一种自调节式变浮力水下平台，其特征在于：所述平台包括发射装置（1）、水下监测仪（2）、稳定盘（3）、控制单元（4）、电池组（5）、耐压壳体（6）、储油箱（7）、深度传感器（8）、深度调节机构（9）、液压脉冲控制阀（10）、双向定量液压泵（11）和电机（12）；

耐压壳体（6）为顶部封闭，底部开口的的圆柱筒状结构，在耐压壳体（6）顶部装有发射装置（1）和水下监测仪（2），耐压壳体（6）上部外侧装有稳定盘（3）；耐压壳体（6）内部装有控制单元（4）、电池组（5）、储油箱（7）、深度传感器（8）、液压脉冲控制阀（10）、双向定量液压泵（11）和电机（12），控制单元（4）通过电缆分别与水下监测仪（2）、电机（12）和液压脉冲控制阀（10）连接，耐压壳体（6）底部通过液压脉冲控制阀（10）与深度调节机构（9）连接；

深度调节机构（9）包括接头体（13）、油囊端盖（14）、油囊（15）和油囊护罩（16）；接头体（13）位于油囊（15）开口密封端面处的凸出部分，接头体（13）和油囊（15）成一体，油囊（15）通过接头体（13）与液压脉冲控制阀（10）联通；在油囊（15）与接头体（13）的连接面上设有油囊端盖（14），油囊（15）通过油囊端盖（14）与耐压壳体（6）固定连接；油囊护罩（16）固定在油囊端盖（14）上，包覆在油囊（15）外。

2.根据权利要求1所述的一种自调节式变浮力水下平台，其特征在于：在液压脉冲控制阀（10）内设有箭头管道和锥形单向阀，所述箭头管道和锥形单向阀均与液压脉冲控制阀（10）上的两个连接端口相通；所述液压脉冲控制阀（10）一端的连接端口通过接头体（13）与油囊（15）联通，另一端的连接端口依次与双向定量液压泵（11）和储油箱（7）联通。

3.根据权利要求1或2所述的一种自调节式变浮力水下平台，其特征在于由控制单元（4）、电机（12）、储油箱（7）、双向定量液压泵（11）、液压脉冲控制阀（10）、深度调节机构（9）和深度传感器（8）组成液压驱动机构，其中控制单元（4）与电机（12）、储油箱（7）、双向定量液压泵（11）、液压脉冲控制阀（10）、深度调节机构（9）和深度传感器（8）依次顺序连接，形成闭环结构。

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