CN103538701A - 一种自带发电装置的被动声纳浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自带发电装置的被动声纳浮标，包括设置在外壳、浮囊、水密电子舱、以及换能器，所述的水密电子舱内密封有主控电路板，还包括发电装置以及阻尼盘，所述的浮囊、发电装置、水密电子舱、阻尼盘、以及换能器通过柔性电缆相连接，在所述浮囊的内壁上连接有北斗天线，所述的发电装置用于为北斗天线、主控电路板以及换能器供电，所述的北斗天线与主控电路板连接。本发明的自带发电装置的被动声纳浮标，可以为浮标内的电子器件提供持续电能，解决了目前的浮标无法长时间供电的问题。

Description

一种自带发电装置的被动声纳浮标

技术领域

本发明涉及一种浮标，具体地说，是涉及一种自带发电装置的被动声纳浮标。

背景技术

被动声纳浮标通常由飞机进行投放，浮标入水后立即开始工作，被动声纳浮标系统框图如图1所示。换能器完成声信号到电信号的转换，即换能器所在水声场的声信号转换成相应的电信号,由于浮标要传送是代表水下目标特征的有用信息，包括目标辐射噪声中的螺旋桨轴频和叶片频等，因此，通过相应设置低频放大电路选择合适的工作频带，将包含在该频带内的有用信息进行放大、滤波、自动增益控制，完成对有用信息的检测和无用信息的抑制。调制发射电路的功能是产生载波频率信号，并利用低频放大电路输出的有用信息对载波进行频率调制和放大，经过匹配电路到天线发射出去。发射机电路由振荡器、倍频器、功放、匹配电路和天线等构成。为了保证浮标工作在所需的频率点上，振荡器的振荡频率能根据需要进行选择。无线电信号发送到空中，需要由机载接收机接收并记录下来，从而使机上人员判明海域有无水下目标的存在。目前被动声纳浮标主要有以下缺点： 1、电池容量有限，被动声纳浮标工作时间一般不超过10小时，随着浮标电源的耗尽或根据自毁指令而沉于海底，且都是一次性产品，现有浮标工作时间短，受制于电源和飞机滞空时间的限制。2、浮标投放后，需要飞机在空中不断飞行进行通讯，以判明海域有无目标，一般只能在近海和中海海域开展，无法实现远海长时间的反潜预警。

因此，如何解决浮标长时间供电的问题，而且接收装置不受空间和位置的限制，不是必需与机载设备而且在合适的角度进行通信，是本发明主要解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有现有浮标工作时间短，受制于电源和飞机滞空时间的限制的问题，提供了一种自带发电装置的被动声纳浮标，可以利用海水波浪自发电，为浮标内的电子器件提供持续电能，以及具有北斗卫星通信功能，不受只能与特定位置的机载设备进行通信的限制。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种自带发电装置的被动声纳浮标，包括设置在外壳、浮囊、水密电子舱、以及换能器，所述的水密电子舱内密封有主控电路板，还包括发电装置以及阻尼盘，所述的浮囊、发电装置、水密电子舱、阻尼盘、以及换能器通过柔性电缆相连接，在所述浮囊的内壁上连接有北斗天线，所述的发电装置用于为北斗天线、主控电路板以及换能器供电，所述的北斗天线与主控电路板连接。

进一步的，所述的发电装置包括柱状电机外壳，所述电机外壳的两端分别固定有发电机组，该两套发电机组沿电机外壳的中心横剖面镜像对称，所述的发电机组包括透平浆片、与所述透平浆片固连的游心增速齿轮箱以及通过输出轴与所述游心增速齿轮箱连接的永磁发电机。

又进一步的，所述的发电机组分别通过支架固定在所述电机外壳的两端。

优选的，所述的永磁发电机为无铁芯稀土永磁发电机。

进一步的，所述电机外壳的高度大于其直径。

进一步的，所述的北斗天线通过柔性绳索挂在所述浮囊内部。

进一步的，所述的浮囊为高强度塑料制成的软浮囊。

进一步的，所述的主控电路板还连接有充电电池，所述的发电机组为充电电池充电。

进一步的，所述的浮囊里面设置有压缩气瓶，所述压缩气瓶的爆炸装置通过海水触发开关与所述充电电池连接。

进一步的，所述的阻尼盘连接在所述水密电子舱和换能器之间，且阻尼盘至换能器的距离小于至水密电子舱的距离。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的自带发电装置的被动声纳浮标，一、通过设置发电装置，可以利用海水波浪自发电，为浮标内的电子器件提供持续电能，解决了目前的浮标无法长时间供电的问题；二、利用北斗卫星进行通讯，取代传统的无线电通讯方式，预警阶段无需反潜机配合即可实现对水下目标的定位和分析，所以不仅适用于近海、中海海域，也适用于远海海域。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是现有技术中被动声纳浮标系统框图；

图2是本发明所提出的自带发电装置的被动声纳浮标结构示意图；

图3是本发明所提出的自带发电装置的被动声纳浮标使用状态下结构示意图；

图4是图3中发电装置6的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，参见图2、图3所示，本实施例的自带发电装置的被动声纳浮标，包括外壳1、浮囊2、水密电子舱3、以及换能器4，水密电子舱3内密封有主控电路板（图中未示出），还包括发电装置6以及阻尼盘5，浮囊2、发电装置6、水密电子舱3、阻尼盘5、以及换能器4通过柔性电缆相连接，在浮囊2的内壁上连接有北斗天线7，发电装置6用于为北斗天线7、主控电路板以及换能器4供电，北斗天线7与主控电路板连接。本实施例的声纳浮标，在浮标非工作状态时，浮囊2、发电装置6、水密电子舱3、阻尼盘5、以及换能器4设置在外壳1内，当浮标处于工作状态时，浮囊2、发电装置6、水密电子舱3、阻尼盘5、以及换能器4从外壳1内脱出，外壳1脱落，其中，发电装置6可以在海浪的带动下发电。北斗天线7用于接收北斗卫星信号，以及向北斗卫星发送数据，进而实现与机载北斗通信设备或者地面北斗通信设备进行通信。

本实施例的自带发电装置的被动声纳浮标的工作原理是：当海浪相对于大地向上运动时，带动浮囊2向上运动，海水自上而下穿过发电装置6，发电装置6用于为北斗天线7、主控电路板以及换能器4供电，解决了目前的浮标因电源电量有限而无法长时间工作的问题，利用北斗卫星进行通讯，取代传统的无线电通讯方式，解决了目前无法实现远海长时间的反潜预警的问题。

具体在本实施例中，参见图4所示，发电装置6包括柱状电机外壳61，电机外壳61的两端分别固定有发电机组62和发电机组64，该两套发电机组沿电机外壳61的中心横剖面63镜像对称，发电机组62包括透平浆片621、与透平浆片621固连的游心增速齿轮箱622以及通过输出轴623与游心增速齿轮箱622连接的永磁发电机624, 发电机组64的结构与发电机组62的结构一致,本发电装置的工作原理是:当海水从电机外壳61的上端或者下端进入电机外壳61内部时,透平浆片621围绕输出轴623转动，进而驱动游心增速齿轮箱622中的游心齿轮旋转，驱动游心齿轮增速，通过游心齿轮增速后带动永磁发电机624旋转，进而发电机转子旋转后产生电流，由于发电机组64的结构与发电机组62的结构一致,而且发电机组64的结构与发电机组62的上下对称, 海水进入电机外壳61内部时, 发电机组64的透平浆片围绕其输出轴转动的转动方向与发电机组62的透平浆片的转动方向相反。因为通过电机外壳61的海水的压力及流速相同，同时因为透平浆片转速较低，对于上下尾流影响可通过微调浆片面积来平衡，筒体内上下两套发电装置对称，且上下发电机采取并联输出，所以产生的旋转扭矩基本相同，方向相反,因此可以相互抵消，可以有效防止发电装置6在水平方向运动。相对浮囊2来看，柱状电机外壳61只是向上运动，没有左右旋转。当海浪相对于大地向下运动时，发电装置6在自身重力和其下部浮标的其它装置产生的重力拉力共同作用下向下运动。通过将电机外壳61设计成柱状结构，使得两套发电机组不受横向水流的影响，通过电机外壳61构成的涵道，加上上下对称的结构设计，保证波浪电源只是随海浪上下运动而不会左右转动，从而避免了悬浮电缆左右反复扭动而损坏。发电机组62和发电机组63分别通过支架65固定在电机外壳61的两端，电机外壳61的高度大于其直径，以确保轴向平衡力矩较大。

在本实施例中，永磁发电机优选采用发电效率高的无铁芯稀土永磁发电机，假设当前海浪浪高为1米，海浪周期一般为1分钟变化20-30次，流体功率计算公式为P=½ρAV³其中P为功率，ρ是海水密度，A是透平桨叶所组成的圆周面积，V是流体速度，通过计算公式可以看出，海水波浪平衡发电装置的运动速度三次方是功率的主要影响因素，其中上下运动周期时间取最低值，为三秒，海浪浪高为1米（海浪浪高定义海浪波峰或波谷相对于海平面的高度差），因此在各项因素均取低值，一个周期内从海浪表面的某一个质点来看，一个周期内的运动路程为4米，则平均速度为1.33米/秒，其中电机外壳61的半径限定为6厘米，海水密度为1020千克/立方米，经过计算，功率为13.67瓦，由于游心齿轮组传动效率较高，可达百分之九十以上，稀土永磁发电效率在百分之八十以上，因此整个装置的发电效率在百分之八十以上，预计发电功率在10瓦左右。稀土永磁无铁心发电机具有下列优点：（1）无铁心、无磁滞和磁槽效应，启动转矩低。（2）无铁损耗，效率高。（3）采取独特的无铁心精密绕组设计高精度线圈，并采取环氧树脂灌封，可以彻底解决海水腐蚀等问题。（4）采取稀土永磁、多极小气隙，功率密度高，输出功率大。（5）低速直接驱动，无转矩波动。（6）结构紧凑，可小型化，高体积功率比。（7）无铁心损耗，发热温升小。

为了可以为主控电路板，主控电路板还连接有充电电池，发电机组为充电电池充电，参见图1所示，所述的浮囊2里面设置有压缩气瓶8，压缩气瓶8的爆炸装置通过海水触发开关与充电电池连接。当浮标入水后，浮标的降落伞自动脱落，沉于水中的外壳1在下沉的过程中，利用海水导电原理，压缩气瓶的爆炸装置的开关导通，主控电路板中的电源向压缩气瓶8的爆炸装置供电，爆炸装置爆炸后把压缩气瓶8内的压缩气体向浮囊2充气，浮标在浮囊2浮力带动下向海面上运动同时带动北斗天线7在浮囊2内悬挂展开。同时通过悬浮电缆带动发电装置6离开外壳1，外壳1脱落，发电装置6、水密电子舱3、阻尼盘5、以及换能器4，在自身重力作用下向下落而展开，直至悬浮状态。北斗天线7优选通过柔性绳索挂在所述浮囊内部，因此在浮囊2充气后北斗天线7在浮囊2内呈悬挂状，当浮囊晃动时，由于重力作用、北斗天线7的惯性及柔性绳索的共同作用，减少了天线的晃动夹角，使得北斗天线7尽量指向天空，北斗天线7与传统浮标天线相比，姿态稳定性大大增强，从而使得对空指向性明显增强，使天线对空方向工作在增益较强的区域内，提高了北斗天线捕获北斗卫星的能力和通讯的稳定性，并且有利于降低北斗信号发射时的功耗。

浮囊2优选采用为高强度塑料制成的软浮囊，且电磁波能穿透浮囊，浮囊具有较强韧性，防止尖锐物体划破浮囊，通过模具成型，制成球形结构，有利于延长其使用寿命。所述的阻尼盘5连接在水密电子舱3和换能器4之间，且阻尼盘5至换能器4的距离小于至水密电子舱3的距离，可以在浮标随着波浪上下起伏时起到减小震荡幅度的作用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自带发电装置的被动声纳浮标，包括设置在外壳、浮囊、水密电子舱、以及换能器，所述的水密电子舱内密封有主控电路板，其特征在于：还包括发电装置以及阻尼盘，所述的浮囊、发电装置、水密电子舱、阻尼盘、以及换能器通过柔性电缆相连接，在所述浮囊的内壁上连接有北斗天线，所述的发电装置用于为北斗天线、主控电路板以及换能器供电，所述的北斗天线与主控电路板连接。

2.根据权利要求1所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的发电装置包括柱状电机外壳，所述电机外壳的两端分别固定有发电机组，该两套发电机组沿电机外壳的中心横剖面镜像对称，所述的发电机组包括透平浆片、与所述透平浆片固连的游心增速齿轮箱以及通过输出轴与所述游心增速齿轮箱连接的永磁发电机。

3.根据权利要求2所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的发电机组分别通过支架固定在所述电机外壳的两端。

4.根据权利要求2所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的永磁发电机为无铁芯稀土永磁发电机。

5.根据权利要求2所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述电机外壳的高度大于其直径。

6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的北斗天线通过柔性绳索挂在所述浮囊内部。

7.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的浮囊为高强度塑料制成的软浮囊。

8.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的主控电路板还连接有充电电池，所述的发电机组为充电电池充电。

9.根据权利要求8所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的浮囊里面设置有压缩气瓶，所述压缩气瓶的爆炸装置通过海水触发开关与所述充电电池连接。

10.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的自带发电装置的被动声纳浮标，其特征在于：所述的阻尼盘连接在所述水密电子舱和换能器之间，且阻尼盘至换能器的距离小于至水密电子舱的距离。

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