CN103466047B - 一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，该装置包括控制模块、空气驱动模块、液压驱动模块、油气囊和高压铜管；空气驱动模块包括气泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ和气阀Ⅰ，液压驱动模块包括柱塞缸、油箱、单向阀组、电动节流阀、单向阀Ⅱ、气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ，控制模块通过导线分别与空气驱动模块中的气泵Ⅰ、气阀Ⅰ和压力传感器Ⅰ连接，控制模块通过导线分别与液压驱动模块中的气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、气阀Ⅱ、液位传感器、柱塞缸和电动节流阀相连；控制模块用于控制与其连接的各设备的动作；本发明在不改变浮标整体体积的前提下，大幅度增加浮标油量调节量，从而增加浮标浮力调节能力。

Description

一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置

技术领域

本发明涉及一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置。

背景技术

自持式剖面浮标是在重量不变的情况下，依靠改变浮力(浮标的体积)来控制浮标在水中的升降，并使用其携带的CTD(温盐深)传感器在上升过程中采集海水的温盐深信息，在浮标到达海面后，通过卫星导航系统向用户实时传输观测数据和发送定位信息。自持式剖面浮标一般用于海洋环境水文要素调查，其体积小，重量轻，易于布放。由于受浮标体积的限制，浮标的浮力调节机构目前采用单柱塞泵式充油、抽油液压装置，该调节方式油量调节能力有限，一般不超过500mL，且浮标的使用寿命短。在不改变浮标体积的前提下提高浮标的的搭载能力，势必需要增加浮标油量调节量，从而实现以自持式剖面浮标为平台，搭载大重量传感器设备在水下定深漂流运动，实现其它海洋探测功能。目前在国内还未见有解决此问题的技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，该装置可以在不改变浮标整体体积的前提下，大幅度增加浮标油量调节量，从而增加浮标浮力调节能力，实现以浮标为水下搭载平台，搭载大型海洋传感器设备，完成不同的海洋探测功能。

一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，该装置包括控制模块、空气驱动模块、液压驱动模块、油气囊和高压铜管；

所述空气驱动模块包括气泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ和气阀Ⅰ，气泵Ⅰ的出气口与单向阀Ⅰ的进气口连接，单向阀Ⅰ的出气口分别与气阀Ⅰ的进气口、压力传感器Ⅰ和油气囊的气囊腔相连；

所述液压驱动模块包括柱塞缸、油箱、单向阀组、电动节流阀、单向阀Ⅱ、气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ，所述单向阀组由两个单向阀串联而成，所述单向阀组中两个单向阀之间的连接端口为单向阀组的压力口；柱塞缸上的进出油口与单向阀组的压力口相连，单向阀组的进油口与油箱的油口相连，油箱上设置有液位传感器，油箱的气口分别与单向阀Ⅱ的出气口、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ的进气口相连，单向阀Ⅱ的进气口与气泵Ⅱ出气口相连，单向阀组的出油口通过高压铜管与油气囊的油囊腔相连，电动节流阀的两端分别连通单向阀组的进油口和出油口；

所述控制模块通过导线分别与空气驱动模块中的气泵Ⅰ、气阀Ⅰ和压力传感器Ⅰ连接，控制模块通过导线分别与液压驱动模块中的气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、气阀Ⅱ、液位传感器、柱塞缸和电动节流阀相连；控制模块用于控制与其连接的各设备的动作。

所述的柱塞缸采用电动式往复式柱塞缸。

有益效果：

(1)本发明利用浮标内部密封空间，增大油箱体积，同时增大油囊体积，可以大幅度增加油量调节量，提高浮力调节能力，满足大负载的要求；且通过气泵抽气，使油箱内部形成负压，油囊在水下受水压作用，利用油囊和油箱的压力差，自动将油囊的油挤压到油箱，可以大大降低功耗，延长浮标平台的使用寿命；此外通过气泵充气，使油箱内部形成小的正压力，在往复式柱塞缸抽油时，气泵提供的正压力帮助提供抽油时的推力，帮助提高抽油的效率，同样降低柱塞缸抽油的功耗，延长浮标平台的使用寿命。

(2)本发明采用电动式往复柱塞杠能够减小电动机的功耗，由于浮标是电池驱动且是抛弃式，功耗决定其使用寿命，此外采用往复式其调节余量比较大，使得浮标的搭载能力比较强。

附图说明

图1为本发明自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置的原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，该装置包括控制模块、空气驱动模块、液压驱动模块、油气囊和高压铜管气管。

空气驱动模块主要功能是当浮标浮出水面需要托高天线增强通讯效果时，控制模块开启气泵，将浮标壳体内部的空气充入气囊，气囊体积膨胀，浮标迅速上升，将浮标天线托高。当浮标进行下一剖面测试需要下沉时，控制模块开启气阀，在气囊外部水压和壳体内负压的作用下将气囊内部的空气压回壳体，气囊体积减小，浮标下沉；

它包括气泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ和气阀Ⅰ，气泵Ⅰ的出气口与单向阀Ⅰ的进气口连接，单向阀Ⅰ的出气口与气阀Ⅰ的进气口连接，压力传感器Ⅰ也与气阀Ⅰ的进气口连接，单向阀Ⅰ的出气口与油气囊的气囊腔相连，压力传感器Ⅰ用于测量气阀Ⅰ的进气口压力(油气囊的气囊腔压力)。

液压驱动模块主要功能是将液压油压入与海水接触的油囊或依靠海水压力将油囊的液压油压回油箱来改变浮标在海水中的体积，进而改变浮标在海水中的浮力，实现浮标在海水中的上浮、下沉；

它包括柱塞缸、油箱、单向阀组、电动节流阀、单向阀Ⅱ、气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ，柱塞缸采用电动式往复式柱塞缸，所述单向阀组由两个单向阀串联而成，如图1所示，其中第一个单向阀的进油口为单向阀组的进油口，第一个单向阀的出油口与第二个单向阀的进油口相连，第二个单向阀的出油口为单向阀组的出油口；单向阀组中两个单向阀之间的连接端口为单向阀组的压力口；柱塞缸上的进出油口与单向阀组的压力口相连，单向阀组的进油口与油箱的油口相连，油箱上设置有液位传感器，油箱的气口与单向阀Ⅱ的出气口相连，单向阀Ⅱ的进气口与气泵Ⅱ出气口相连，油箱的气口还与压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ的进气口相连，单向阀组的出油口通过高压铜管与油气囊的油囊腔相连，电动节流阀的两端分别连接单向阀组的进油口和出油口。

控制模块通过导线与空气驱动模块中的气泵Ⅰ、气阀Ⅰ和压力传感器Ⅰ连接，控制模块通过导线与液压驱动模块中的气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、气阀Ⅱ、液位传感器、柱塞缸和电动节流阀相连。

工作原理：上述浮力调节装置安装在浮标的壳体内，当浮标开电后，系统开始复位，在控制模块驱动下，柱塞缸往复运动，从油箱吸入液压油，并充入油气囊的油囊腔内，空气驱动模块也将壳体内的空气充入油气囊的气囊腔里。

当浮标需要下沉时，控制模块控制气阀Ⅰ、气阀Ⅱ和电动节流阀开启，在外界水压和壳体负压的作用下，油气囊的气囊腔内的空气经过气阀Ⅰ回到壳体内，油箱内的气体经过气阀Ⅱ回到壳体内，油箱内形成负压，油气囊的油囊腔内的液压油经过电动节流阀逐渐回到油箱内，浮标下沉。通过控制电动节流阀的开启时间，可以改变浮标下沉的速度和油量(即浮标最终停止的深度)，油量满足预定深度要求时，气阀Ⅰ、气阀Ⅱ和电动节流阀关闭。

当浮标需要上浮时，控制模块控制气泵Ⅱ运作，气泵Ⅱ通过单向阀Ⅱ给油箱充压，在压力传感器Ⅱ检测到油箱的压力满足要求时气泵Ⅱ停止工作，同时控制模块控制柱塞缸进行往复运动，通过单向阀组可以将油箱的液压油充入油气囊的油囊腔内，使浮标上浮。

当浮标上浮到水面，需要更大的浮力来托高壳体上的天线时，控制模块将驱动气泵Ⅰ并经过单向阀Ⅰ给油气囊的气囊腔充气，在压力传感器Ⅰ检测到油气囊的气囊腔内的压力满足要求时气泵Ⅰ停止工作，托高天线。其中组成各部件作用如下：

气泵Ⅰ：在气囊增大的过程中，将壳体里的空气抽出并进行加压，经过单向阀Ⅰ后充入气囊，增大气囊体积。

单向阀Ⅰ：防止气囊里的空气经过气泵Ⅰ泄露。

气阀Ⅰ：在气囊减小的过程中，将气囊与壳体内部相通，释放气囊里的空气。

压力传感器Ⅰ：检测气囊里的空气压力。

气阀Ⅱ：在油囊减小的过程中，将油箱与壳体内部相通，减小油箱内的压力，增大油囊与油箱的压差，加快油囊减小的速度。

压力传感器Ⅱ：检测油箱里的空气压力。

单向阀Ⅱ：防止油箱里的空气经过气泵Ⅱ泄露。

气泵Ⅱ：在油囊增大的过程中，给油箱内部增压，增大油箱到电动往复式柱塞缸的压差，保证电动往复式柱塞缸的吸油效率。

油箱：存贮液压油。

电动往复式柱塞缸：在控制模块的控制下往复运动，在单向阀组的协同下，从油箱中吸油，并充入油囊。

单向阀组：在电动往复式柱塞缸向上运动时，保证液压油只能从油箱流入缸体，在电动往复式柱塞缸向下运动时，保证液压油只能从缸体流入油囊。

电动节流阀：在油囊需要减小时，打开液压油从油囊流入油箱的通路。

①油囊体积减小实施方式：控制模块控制电动节流阀打开一定开口，使油囊与油箱通过管路相通，同时开启气阀Ⅱ，使油箱与外界的相通，油箱成负压状态。在外界的水压和油箱的负压的共同作用下，油气囊里的液压油将流到油箱，体积逐渐减小。通常，在水面时，油气囊到油箱的压差约1m左右，将油箱与壳体相通，形成负压后，该压差可增大到2-3m，较大增加了体积改变的速度。

②气囊体积减小实施方式：控制模块控制气阀Ⅰ开启，使油气囊的气囊腔直接与外部壳体相通，在外界的水压和油箱的负压的共同作用下，气囊腔里的空气将快速的进入壳体，气囊体积快速减小。

③油囊体积增大实施方式：控制模块控制气泵Ⅱ开启，给油箱保压，同时控制电动往复式液压缸往复运动，将油箱的液压油充入油气囊的油囊腔，使油囊逐渐变大。其中，电动往复式液压缸向上运动时，液压缸从油箱内吸油，液压油从油箱进入缸体内，电动往复式液压缸向下运动时，将缸体内的液压油充入油囊内，因此，电动往复式液压缸往复运动时，不断的将油箱内的液压油充入油囊内，油囊体积逐渐变大。电动往复式液压缸抽油时，如果不用气泵给油箱保压，油箱为负压，同时又有单向阀阻碍油箱的液压油进入缸体，液压缸的抽油效率会很低。给油箱保压，极大的增强了油箱的吸油能力和系统的工作效率。

④气囊体积增大实施方式：控制模块控制气泵Ⅰ给气囊充气，气泵Ⅰ从壳体内部抽取空气，进入气囊内，气囊迅速增大。

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 (2)

1.一种自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，其特征在于，该装置包括控制模块、空气驱动模块、液压驱动模块、油气囊和高压铜管；

所述空气驱动模块包括气泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ和气阀Ⅰ，气泵Ⅰ的出气口与单向阀Ⅰ的进气口连接，单向阀Ⅰ的出气口分别与气阀Ⅰ的进气口、压力传感器Ⅰ和油气囊的气囊腔相连；

所述液压驱动模块包括柱塞缸、油箱、单向阀组、电动节流阀、单向阀Ⅱ、气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ，所述单向阀组由两个单向阀串联而成，所述单向阀组中两个单向阀之间的连接端口为单向阀组的压力口；柱塞缸上的进出油口与单向阀组的压力口相连，单向阀组的进油口与油箱的油口相连，油箱上设置有液位传感器，油箱的气口分别与单向阀Ⅱ的出气口、压力传感器Ⅱ和气阀Ⅱ的进气口相连，单向阀Ⅱ的进气口与气泵Ⅱ出气口相连，单向阀组的出油口通过高压铜管与油气囊的油囊腔相连，电动节流阀的两端分别连通单向阀组的进油口和出油口；

所述控制模块通过导线分别与空气驱动模块中的气泵Ⅰ、气阀Ⅰ和压力传感器Ⅰ连接，控制模块通过导线分别与液压驱动模块中的气泵Ⅱ、压力传感器Ⅱ、气阀Ⅱ、液位传感器、柱塞缸和电动节流阀相连；控制模块用于控制与其连接的各设备的动作。

2.如权利要求1所述的自持式剖面浮标平台往复式浮力调节装置，其特征在于，所述的柱塞缸采用电动式往复式柱塞缸。