CN103586231B - 自动化的水下构建物超声清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化的水下构建物超声清洗装置，它包括测距传感器、核心处理器、固定杆、滑动电机、换能器和超声电源；其中，滑动电机，可滑动地安装在固定杆上；测距传感器，其信号输出端与核心处理器的输入端相连接，并且固定连接在换能器上，用于采集测距传感器本身到水下构建物表面的距离信号并将其传递给核心处理器；核心处理器，其信号输出端与滑动电机相连接，用于接收测距传感器传递的距离信号并产生相应的控制信号控制滑动电机相对固定杆滑动。本发明可以使换能器与构建物表面始终保持适当的距离，避免出现换能器的前端在清洗过程中与构建物撞击或卡住等现象，达到了保护装置的目的。

Description

自动化的水下构建物超声清洗装置
技术领域
本发明涉及一种自动化的水下构建物超声清洗装置，属于超声清洗领域。
背景技术
水利工程关乎国计民生。诸如坝、堤、水闸、进水口、渠道等水工建筑物，由于常年使用的原因，无法避免会出现自然老化。另外受承重、水下高压、水质和其他生化作用等因素的影响，建筑物表体会出现损伤、裂缝等破坏，如不及时进行修补和恢复，可能会引起工程事故，带来不必要的灾难。目前已有成熟的技术能够对此水下构建物的损伤进行修复，但另一个要解决的问题是，水工建筑物由于长时间工作于水下，其表面会沉积大量水垢，另外还有许多水生生物附着其上，不仅隐匿了构建物的伤痕，也阻止修补工作的进行。因此，水下构建物表面的清洗问题急需解决。
传统的水下构建物清洗方法主要是依靠人工进行机械性清洗。若是进行停工检修，则需将水先排空再进行清洗维护工作，此举不仅工程量大，需耗费了大量的人力、物力，成本代价高，而且停工必然带来各方面效益的损失，不适合于经常性维护；若是在有水环境下，依靠人员下水清洗，一则工作人员在水下工作时间有限，二则清洗效率比较低。因而，传统的清洗方式面临许多难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自动化的水下构建物超声清洗装置，它可以使换能器与构建物表面始终保持适当的距离，避免出现换能器的前端在清洗过程中与构建物撞击或卡住等现象，达到了保护装置的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动化的水下构建物超声清洗装置，它包括测距传感器、核心处理器、固定杆、滑动电机、换能器和超声电源；其中，
滑动电机，可滑动地安装在固定杆上；
换能器，其与滑动电机固定连接；
超声电源，其输出端与换能器相连接，用于产生超声驱动信号并控制换能器；
测距传感器，其信号输出端与核心处理器的输入端相连接，并且固定连接在换能器上，用于采集测距传感器本身到水下构建物表面的距离信号并将其传递给核心处理器；
核心处理器，其信号输出端与滑动电机相连接，用于接收测距传感器传递的距离信号并产生相应的控制信号控制滑动电机相对固定杆滑动。
进一步，所述测距传感器上设置有防水装置。
进一步，所述固定杆具有齿槽，所述滑动电机上具有与齿槽相配合的齿轮，滑动电机通过齿轮与齿槽的配合可滑动地安装在固定杆上。
进一步，所述超声电源主要由依次连接的SG3525芯片、驱动电路和功率放大电路组成。
更进一步，核心处理器上设置有串行接口，核心处理器通过串行接口与测距传感器连接。
采用了技术方案后，换能器上固定有测距传感器，在使用时，核心处理器通过监测测距传感器的信号控制滑动电机在固定杆上滑动，滑动电机与换能器固定连接，从而自动调整换能器的位置，使得换能器的前端与构建物表面始终保持适当的距离，这样就可以避免出现换能器的前端在清洗过程中与构建物撞击或卡住等现象，达到了保护装置的目的；
超声清洗基于超声空化原理，任何液体在其静止或运动状态下都会不可避免地在液体中融入一些气体，这些气体在液体中的存在形式就是许许多多微小的气泡，称为“气核”。当液体在超声波的作用下，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一间，会产生巨大的冲击，一般瞬时压力可高达几十兆帕至上百兆帕；此外，气泡崩裂处的局部温度也会急剧上升，利用产生的高温和高压可以较容易地清洗掉构建物表面的难溶物；超声电源产生超声驱动信号并控制换能器，在超声驱动信号的作用下，在水中产生超声空化作用，剥落构建物上的污垢，达到最佳的清洗效果。
附图说明
图1为本发明的自动化的水下构建物超声清洗装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
一种自动化的水下构建物超声清洗装置，它包括测距传感器1、核心处理器2、固定杆3、滑动电机4、换能器5和超声电源6；其中，
滑动电机4，可滑动地安装在固定杆3上；滑动电机4可以采用型号为42BYGH801的电机，步矩角为1.8度，相电压为12V，相电流为0.4A，相电阻为30Ω，静力矩为5320g∙cm，定位力矩为280g∙cm；滑动电机4的齿轮受核心处理器2控制正反转动，从而带动滑动电机4相对固定杆3移动。
换能器5，其与滑动电机4固定连接；换能器5的前端聚焦长度为28cm，钢体金属外壳，较好的耐压性和散热性，变幅杆采用不锈钢铝合金材料。
超声电源6，其输出端与换能器5相连接，用于产生超声驱动信号并控制换能器5；
测距传感器1，其信号输出端与核心处理器2的输入端相连接，并且固定连接在换能器5上，用于采集测距传感器1本身到水下构建物表面的距离信号并将其传递给核心处理器2；测距传感器1可以采用ZYT-0100激光测距传感器，其响应时间快，测量精度可达毫米级别，可实现区域检测控制，且输出为开关量或电平信号。
核心处理器2，其信号输出端与滑动电机4相连接，用于接收测距传感器1传递的距离信号并产生相应的控制信号控制滑动电机4相对固定杆3滑动；核心处理器2可以采用单片机MSP430F149，它使用3.3V直流电压供电，而且以低功耗高速度为特点，进一步降低了电源的功耗。
测距传感器1上设置有防水装置。
固定杆3具有齿槽，所述滑动电机4上具有与齿槽相配合的齿轮，滑动电机4通过齿轮与齿槽的配合可滑动地安装在固定杆3上。
超声电源6主要由依次连接的SG3525芯片、驱动电路和功率放大电路组成；驱动电路采用IR2110芯片以驱动功放中的MOS管，功率放大电路为D类半桥式功放，采用的两个MOSFET型号为IRF840。
核心处理器2上设置有串行接口，核心处理器2通过串行接口与测距传感器1连接；串行接口可以采用RS-232标准的串行接口。
本发明的工作原理如下：
使用时，首先将固定杆3的前端顶在要清洗的构建物上，打开测距传感器1、核心处理器2和滑动电机4的电源开关，调整换能器5的位置，使得换能器5的前端与构建物表面的距离为0.5cm，接着打开超声电源6的总开关，开始对构建物表面进行清洗，在工作过程中，核心处理器2接收测距传感器1的信号，经过处理再输出信号给滑动电机4，从而控制滑动电机4的移动，因为滑动电机4与换能器5固定连接，所以换能器5也随着滑动电机4移动，从而使得换能器5的前端与构建物表面始终保持0.5cm的距离，这样就可以避免在清洗过程中换能器5的前端与构建物撞击或卡住等现象出现。
超声清洗基于超声空化原理，任何液体在其静止或运动状态下都会不可避免地在液体中融入一些气体，这些气体在液体中的存在形式就是许许多多微小的气泡，称为“气核”。当液体在超声波的作用下，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一间，会产生巨大的冲击，一般瞬时压力可高达几十兆帕至上百兆帕；此外，气泡崩裂处的局部温度也会急剧上升，利用产生的高温和高压可以较容易地清洗掉构建物表面的难溶物；超声电源6产生超声驱动信号并控制换能器5，在超声驱动信号的作用下，在水中产生超声空化作用，剥落构建物上的污垢，达到最佳的清洗效果。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动化的水下构建物超声清洗装置，其特征在于：它包括测距传感器（1）、核心处理器（2）、固定杆（3）、滑动电机（4）、换能器（5）和超声电源（6）；其中，
滑动电机（4），可滑动地安装在固定杆（3）上；
换能器（5），其与滑动电机（4）固定连接；
超声电源（6），其输出端与换能器（5）相连接，用于产生超声驱动信号并控制换能器（5）；
测距传感器（1），其信号输出端与核心处理器（2）的输入端相连接，并且固定连接在换能器（5）上，用于采集测距传感器（1）本身到水下构建物表面的距离信号并将其传递给核心处理器（2）；
核心处理器（2），其信号输出端与滑动电机（4）相连接，用于接收测距传感器（1）传递的距离信号并产生相应的控制信号控制滑动电机（4）相对固定杆（3）滑动。
2.根据权利要求1所述的自动化的水下构建物超声清洗装置，其特征在于：所述测距传感器（1）上设置有防水装置。
3.根据权利要求1所述的自动化的水下构建物超声清洗装置，其特征在于：所述固定杆（3）具有齿槽，所述滑动电机（4）上具有与齿槽相配合的齿轮，滑动电机（4）通过齿轮与齿槽的配合可滑动地安装在固定杆（3）上。
4.根据权利要求1所述的自动化的水下构建物超声清洗装置，其特征在于：所述超声电源（6）主要由依次连接的SG3525芯片、驱动电路和功率放大电路组成。
5.根据权利要求1所述的自动化的水下构建物超声清洗装置，其特征在于：核心处理器（2）上设置有串行接口，核心处理器（2）通过串行接口与测距传感器（1）连接。
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