CN104368437A - 水中磁性垃圾清理装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水中磁性垃圾清理装置及其控制方法，包括两端封闭的长方体状吸附体，分别设于吸附体两端的第一气囊和第二气囊，设于吸附体内的微处理器、存储器、翻转开关、气瓶、第一电机、第二电机、与第一电机相连接的两个上凸轮和与第二电机相连接的两个下凸轮，设于吸附体上表面上的两个上挖掘足，设于吸附体下表面上的两个下挖掘足，包覆于各个挖掘足之外的吸附体外周面上的强力磁铁片和设于吸附体上的牵引环；本发明具有磁性垃圾回收效率高，不易损坏，回收成本低；达到吸附标准可以自动上浮，操作简单，智能化高，节省电能的特点。

Description

水中磁性垃圾清理装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及水中磁性垃圾回收技术领域，尤其是涉及一种具有吸附水底磁性垃圾功能的水中磁性垃圾清理装置及其控制方法。

背景技术

由于翻船或修造船等原因，在某些海域或河道的水底存在大量的磁性垃圾，磁性垃圾在海底或河道时间长了会逐渐腐蚀消失，导致大量的资源被浪费；但是传统的沉船打捞方法费用高昂，如何使用简易的装置将埋藏在水底的磁性垃圾打捞上来，是目前迫切需要解决的技术问题。

中国专利授权公开号：CN203714031U，授权公开日2014年7月16日，公开了一种吸附装置，包括：具有一定厚度的装置本体，所述装置本体两端内嵌有磁铁。该发明的不足之处是，功能单一，不能用于水下吸附磁性垃圾。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的沉船打捞方法费用高昂的不足，提供了一种具有吸附水底磁性垃圾功能的水中磁性垃圾清理装置及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水中磁性垃圾清理装置，包括两端封闭的长方体状吸附体，分别设于吸附体两端的第一气囊和第二气囊，设于吸附体内的微处理器、存储器、翻转开关、气瓶、第一电机、第二电机、与第一电机相连接的两个上凸轮和与第二电机相连接的两个下凸轮，设于吸附体上表面上的两个上挖掘足，设于吸附体下表面上的两个下挖掘足，包覆于各个挖掘足之外的吸附体外周面上的强力磁铁片和设于吸附体上的牵引环；

所述翻转开关包括密闭腔体，设于密闭腔体下部内的导电液体，位于液体内并与密闭腔体内壁绝缘连接的两个导电金属片；两个导电金属片分别与微处理器电连接；

每个挖掘足均包括与吸附体的轴心线相垂直的圆管和设于每个圆管中的可伸出圆管外端之外的伸缩杆，每个伸缩杆的长度均大于对应的圆管的长度，每个伸缩杆均通过弹性结构与对应的圆管相连接；两个上挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个上凸轮外周面相接触，两个下挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个下凸轮外周面相接触，圆管内侧壁下部与伸缩杆之间设有环形密封板；

气瓶通过第一导气管与第一气囊相连通，气瓶通过第二导气管第二气囊相连通，第一导气管上设有第一电磁阀，第二导气管上设有第二电磁阀；每个圆管内端和吸附体之间均设有压力传感器，微处理器分别与第一电机、第二电机、存储器、各个压力传感器、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。

当气囊中气体量较少，气囊处于收缩状态；当气囊中气体量较多，气囊会张开；气囊体积的改变，使水施加在气囊上的浮力改变，从而使2个气囊和吸附体所构成的整体的浮力改变；可以根据吸附金属量的多少而改变气囊的体积，从而使吸附体和水底保持稳定的相对距离。

气瓶中盛有高压氮气，打开第一电磁阀及第二电磁阀，氮气会自动进入第一气囊和第二气囊。

各个压力传感器用于检测吸附体施加给圆管的压力，从而间接的检测出水的浮力和吸附体的重力之间的关系，便于及时调整气囊的体积，从而使吸附体和水底保持稳定的相对距离。

翻转开关和两个电机的设置，使本发明可以根据吸附体的状态的不同，控制位于吸附体上表面的两个上挖掘足的2个伸缩杆伸缩运动或控制位于吸附体下表面的两个下挖掘足的2个伸缩杆伸缩运动；同一时刻，两个上挖掘足或两个下挖掘足的伸缩杆伸缩运动，二者不会同时伸缩运动，节省了电能。

用绳索将牵引环与船连接起来，用船拖动本发明的吸附体移动；本发明的上、下挖掘足用于翻动水底的泥沙，从而使磁性垃圾露出水底的泥沙之外；强力磁铁片用于吸附露出水底的泥沙之外的磁性垃圾；电机通过凸轮带动伸缩杆伸缩，弹性结构用于给伸缩杆提供回缩的弹力；

当伸缩杆伸出对应的圆管之外时，在伸缩杆的支撑下，吸附体会跳离水底，伸缩杆可能垂直跳起也可能倾斜跳起，从而使吸附体在水底呈曲线状跳跃式前进，吸附体移动的轨迹并非与船移动的直线轨迹一样，增加水底搜索的范围，提高了磁性垃圾回收效率，并且跳跃式前进减少了吸附体与水底的摩擦，吸附体不易损坏，减少了吸附体对水底的破坏。气瓶中盛有高压氮气。

并且在吸附磁性垃圾过程中，微处理器控制压力检测及充气，当达到一定的充气次数时，说明吸附体已经吸附了一定重量的磁性垃圾可以停止吸附作业了；微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶持续向第一气囊和第二气囊充气直至吸附体浮出水面为止；当船中的操作人员发现吸附体已经浮在水面时，可以控制船返航；达到吸附标准可以自动上浮，操作简单、智能化高。

因此，本发明具有磁性垃圾回收效率高，不易损坏，回收成本低；达到吸附标准可以自动上浮，操作简单、智能化高、节省电能的特点。

作为优选，所述吸附体两端分别设有半圆形腔体，每个半圆形腔体均包括弧形板和与弧形板相连接的上半圆形金属网、下半圆形金属网；所述第一气囊、第二气囊分别位于两个半圆形腔体内。

作为优选，所述吸附体上设有与圆管数量相同的中空卡槽，每个圆管内端均设有用于与卡槽配合的若干个弹性凸起，每个卡槽的底面上均设有环形缓冲垫，每个压力传感器均位于对应的缓冲垫中。

作为优选，所述弹性结构包括沿圆管轴向分布的2至5个径向弹簧组，每个径向弹簧组包括在圆管和对应的伸缩杆之间呈辐射状分布的4条连接弹簧。

作为优选，吸附体的横截面呈长方形，第一电机和第二电机均为防水电机。

一种水中磁性垃圾清理装置的控制方法，包括如下步骤：

(6-1)用绳索将牵引环与用于提供牵引力的船连接起来，使吸附体上表面向上进入水中，船拖动吸附体在水底移动；

(6-2)在移动的过程中，两个下挖掘足插入水底的泥沙中，在挖掘足的翻动作用下磁性垃圾露出泥沙之外，强力磁铁片吸附磁性垃圾；

(6-3)当微处理器检测到两个导电金属片当前为电连接时，微处理器控制第二电机工作，2个下凸轮分别带动2个下挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

当微处理器检测到两个导电金属片当前为断开时，微处理器控制第一电机工作，2个上凸轮分别带动2个上挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

(6-4)在(6-2)至(6-3)的吸附磁性垃圾过程中，微处理器控制压力检测及充气：

存储器中设有标准压力范围[A₁，A₂]，充气次数阈值N，充气次数序号为q，q初始值为0；各个压力传感器检测圆管与吸附体之间的压力，微处理器计算各个压力传感器检测的压力的平均值V；

(6-4-1)当V≥A₂，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶分别向第一气囊和第二气囊充气；

当V＜A₁，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀关闭，使q的值增加1；

当q＜N，转入步骤(6-4-1)中；当q≥N，则转入步骤(6-5)；

(6-5)微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶持续向第一气囊和第二气囊充气直至吸附体浮出水面为止。

作为优选，还包括如下步骤：

(7-1)存储器中设有标准信噪比SNR_标准，电机的转轴转速C1、转速C2，C2＞C1；在吸附磁性垃圾过程中，设定压力传感器共为m个，则微处理器得到m个检测信号，微处理器选取距离当前时刻B分钟内的m个检测信号Spect(t)；

(7-2)数据处理：

微处理器将m个检测信号Spect(t)输入一层随机共振模型中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设

微处理器计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：

设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为

将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X₀(t)＝0，sn₀＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到 $x_{n+1}\left(t\right)=x_n\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_n+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_n+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_n+{\left(k_4\right)}_n];$ 并计算 ${\left(k_1\right)}_n=4({\mathrm{ax}}_{n-1}\left(t\right)-{\mathrm{bx}}_{n-1}^3\left(t\right)+{\mathrm{sn}}_{n-1}),$ ${\left(k_2\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})-{b(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})}^3+{\mathrm{sn}}_{n-1}],$ ${\left(k_3\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_2\right)}_{n-1}}{2})-b{(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{\sqrt{2}-1}{2}{\left(k_1\right)}_{n-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}],$ ${\left(k_4\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+{\left(k_3\right)}_{n-1})-b{(x_{n-1}\left(t\right)-\frac{\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{2}{\left(k_3\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}];$

其中，x_n(t)为x(t)的n阶导数，sn_n-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，sn_n+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)的值；

微处理器对x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置x_m值、与x_m相对应的共振时刻t₁及与t₁所对应的噪声D₁，D₁为D中的一个值；

微处理器利用公式计算双层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a²/4b；得到m个输出信噪比SNR₁，SNR₂，…，SNR_m；

微处理器利用公式计算输出信噪比误差QE_i，i＝1，2，...，m；

微处理器计算满足QE_i≤5％的输出信噪比误差的个数M₁；

(7-3)做出判断：

若则微处理器控制电机以转速C1旋转；

否则，微处理器控制电机以转速C2旋转；

B分钟后，返回步骤(7-1)。

m个检测信号可以表征吸附金属重量变化过程，即表征当前水底的磁性垃圾含量，根据磁性垃圾含量来确定电机的转速，从而确定吸附体跳跃的频率；使磁性垃圾含量较多时电机转速慢，磁性垃圾含量较少时电机转速快，既提高了搜索效率，也保证水底磁性垃圾被较干净的清理掉。

SNR_标准通过下述方法获得：

当水底磁性垃圾含量适中，电机采用能将磁性垃圾基本清理干净的转速旋转，利用上述步骤检测及数据处理得到一个输出信噪比，并反复进行100至200次实验，得到100至200个输出信噪比，计算得到的各个输出信噪比的平均值，将该平均值定义为SNR_标准。

作为优选，q为6至10，标准压力范围为[800g，10kg]。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)磁性垃圾回收效率高，不易损坏，回收成本低；

(2)达到吸附标准可以自动上浮，操作简单，智能化高，节省电能；

(3)清理效果好，回收成本低。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的上凸轮和上挖掘足的一种结构示意图；

图3是本发明的电机和凸轮的一种结构示意图；

图4是本发明的圆管和伸缩杆的横截面结构示意图；

图5是本发明的卡槽、缓冲垫和圆管的一种结构示意图；

图6是本发明的翻转开关的一种结构示意图；

图7是本发明的实施例1的一种流程图；

图8是本发明的一种原理框图。

图中：吸附体1、微处理器2、存储器3、第一电机4、第二电机5、上凸轮6、下凸轮、转轴7、翻转开关8、上挖掘足9、下挖掘足10、强力磁铁片11、牵引环12、密闭腔体13、导电液体14、导电金属片15、圆管16、伸缩杆17、环形密封板18、第一电磁阀19、第二电磁阀20、压力传感器21、半圆形腔体22、弧形板23、金属网24、卡槽25、弹性凸起26、缓冲垫27、径向弹簧组28、连接弹簧29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1、图3、图8所示的实施例是一种水中磁性垃圾清理装置，包括两端封闭的长方体状吸附体1，分别设于吸附体两端的第一气囊和第二气囊，设于吸附体内的微处理器2、存储器3、翻转开关8、气瓶、第一电机4、第二电机5、与第一电机的两个转轴7相连接的两个上凸轮6和与第二电机相连接的两个下凸轮，设于吸附体上表面的两个上挖掘足9，设于吸附体下表面的两个下挖掘足10，包覆于各个挖掘足之外的吸附体外周面上的强力磁铁片11和设于吸附体上的牵引环12；吸附体的横截面呈长方形，第一电机和第二电机均为防水电机。

每个挖掘足均包括与吸附体的轴心线相垂直的圆管16和设于每个圆管中的可伸出圆管外端之外的伸缩杆17，每个伸缩杆的长度均大于对应的圆管的长度，每个伸缩杆均通过弹性结构与对应的圆管相连接；两个上挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个上凸轮外周面相接触，两个下挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个下凸轮外周面相接触，圆管内侧壁下部与伸缩杆之间设有环形密封板18；

吸附体两端分别设有半圆形腔体22，每个半圆形腔体均包括弧形板23和与弧形板相连接的上半圆形金属网24、下半圆形金属网；第一气囊、第二气囊分别位于两个半圆形腔体内。

如图6所示，翻转开关包括密闭腔体13，设于密闭腔体下部内的导电液体14，位于液体内并与密闭腔体内壁绝缘连接的两个导电金属片15；一个导电金属片与微处理器的1个高电位引脚a电连接，另一个导电金属片与微处理器的1个低电位引脚b电连接；本实施例的导电液体采用含有Nacl的水。

当两个导电金属片都浸入导电液体中时，2个导电金属片导通，产生放电效应，使得高电位引脚a的电平降低，微处理器检测出高电位引脚a的电平降低后，即可做出吸附体上表面向上的判断；反之，当微处理器检测出高电位引脚a的电平没变后，即可做出吸附体下表面向上的判断。

如图8所示，气瓶通过第一导气管与第一气囊相连通，气瓶通过第二导气管第二气囊相连通，第一导气管上设有第一电磁阀19，第二导气管上设有第二电磁阀20；每个圆管内端和吸附体之间均设有压力传感器21，微处理器分别与第一电机、第二电机、存储器、各个压力传感器、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。各个压力传感器均为电阻应变式称重传感器。

如图5所示，吸附体上设有与圆管数量相同的中空卡槽25，每个圆管内端均设有用于与卡槽配合的4个弹性凸起26，每个卡槽的底面上均设有环形缓冲垫27，每个压力传感器均位于对应的缓冲垫中。吸附体内设有蓄电池，蓄电池与电机电连接。

如图4所示，弹性结构包括沿圆管轴向分布的2个径向弹簧组28，每个径向弹簧组包括在圆管和对应的伸缩杆之间呈辐射状分布的4条连接弹簧29。

如图7所示，一种水中磁性垃圾清理装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤100，用绳索将牵引环与用于提供牵引力的船连接起来，使吸附体上表面向上进入水中，船拖动吸附体在水底移动；；

步骤200，在移动的过程中，两个下挖掘足插入水底的泥沙中，在挖掘足的翻动作用下磁性垃圾露出泥沙之外，强力磁铁片吸附磁性垃圾；

步骤300，当微处理器检测到两个导电金属片当前为电连接时，微处理器控制第二电机工作，2个下凸轮分别带动2个下挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

当微处理器检测到两个导电金属片当前为断开时，微处理器控制第一电机工作，2个上凸轮分别带动2个上挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

步骤400，在步骤200至步骤300的吸附磁性垃圾过程中，微处理器控制压力检测及充气：

存储器中设有标准压力范围[800g，3000g]，充气次数阈值N为8，充气次数序号为q，充气次数阈值q，q初始值为0；各个压力传感器检测圆管与吸附体之间的压力，微处理器计算各个压力传感器检测的压力的平均值；

步骤410，当压力平均值≥3000g，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶分别向第一气囊和第二气囊充气；

当压力平均值＜800g，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀关闭，使q的值增加1；

当q＜8，转入步骤410中；当q≥8，则转入步骤500；

步骤500，微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶持续向第一气囊和第二气囊充气直至吸附体浮出水面为止。

实施例2

实施例2中包括实施例1中的所有结构及步骤，还包括下述步骤：

步骤600，存储器中设有标准信噪比SNR_标准，电机的转轴转速C1、转速C2，C2＞C1；在吸附磁性垃圾过程中，微处理器得到8个检测信号，微处理器选取距离当前时刻5分钟内的8个检测信号的信号段构成8个检测信号Spect(t)；转速C1为2转/分钟、转速C2为4转/分钟；

步骤700，数据处理：

微处理器将m个检测信号Spect(t)输入一层随机共振模型中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设

微处理器计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：

设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为

将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X₀(t)＝0，sn₀＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到 $x_{n+1}\left(t\right)=x_n\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_n+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_n+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_n+{\left(k_4\right)}_n];$ 并计算 ${\left(k_1\right)}_n=4({\mathrm{ax}}_{n-1}\left(t\right)-{\mathrm{bx}}_{n-1}^3\left(t\right)+{\mathrm{sn}}_{n-1}),$ ${\left(k_2\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})-{b(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})}^3+{\mathrm{sn}}_{n-1}],$ ${\left(k_3\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_2\right)}_{n-1}}{2})-b{(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{\sqrt{2}-1}{2}{\left(k_1\right)}_{n-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}],$ ${\left(k_4\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+{\left(k_3\right)}_{n-1})-b{(x_{n-1}\left(t\right)-\frac{\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{2}{\left(k_3\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}];$

其中，x_n(t)为x(t)的n阶导数，sn_n-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，sn_n+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)的值；

微处理器对x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置x_m值、与x_m相对应的共振时刻t₁及与t₁所对应的噪声D₁，D₁为D中的一个值；D是在[0，1]范围内以0.01周期循环步进的一个函数，D的取值与时间相关，知道了t₁时刻，D₁就确定了；

微处理器利用公式计算双层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a²/4b；得到8个输出信噪比SNR₁，SNR₂，…，SNR₈；

微处理器利用公式计算输出信噪比误差QE_i，i＝1，2，...，8；

微处理器计算满足QE_i≤5％的输出信噪比误差的个数M₁；

步骤800，做出判断：

若则微处理器控制电机以转速C1旋转；

否则，微处理器控制电机以转速C2旋转；

5分钟后，返回步骤600。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种水中磁性垃圾清理装置，其特征是，包括两端封闭的长方体状吸附体(1)，分别设于吸附体两端的第一气囊和第二气囊，设于吸附体内的微处理器(2)、存储器(3)、翻转开关(8)、气瓶、第一电机(4)、第二电机(5)、与第一电机相连接的两个上凸轮(6)和与第二电机相连接的两个下凸轮，设于吸附体上表面上的两个上挖掘足(9)，设于吸附体下表面上的两个下挖掘足(10)，包覆于各个挖掘足之外的吸附体外周面上的强力磁铁片(11)和设于吸附体上的牵引环(12)；

所述翻转开关包括密闭腔体(13)，设于密闭腔体下部内的导电液体(14)，位于液体内并与密闭腔体内壁绝缘连接的两个导电金属片(15)；两个导电金属片分别与微处理器电连接；

每个挖掘足均包括与吸附体的轴心线相垂直的圆管(16)和设于每个圆管中的可伸出圆管外端之外的伸缩杆(17)，每个伸缩杆的长度均大于对应的圆管的长度，每个伸缩杆均通过弹性结构与对应的圆管相连接；两个上挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个上凸轮外周面相接触，两个下挖掘足的2个伸缩杆上端分别与两个下凸轮外周面相接触，圆管内侧壁下部与伸缩杆之间设有环形密封板(18)；

气瓶通过第一导气管与第一气囊相连通，气瓶通过第二导气管第二气囊相连通，第一导气管上设有第一电磁阀(19)，第二导气管上设有第二电磁阀(20)；每个圆管内端和吸附体之间均设有压力传感器(21)，微处理器分别与第一电机、第二电机、存储器、各个压力传感器、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。

2.根据权利要求1所述的水中磁性垃圾清理装置，其特征是，所述吸附体两端分别设有半圆形腔体(22)，每个半圆形腔体均包括弧形板(23)和与弧形板相连接的上半圆形金属网(24)、下半圆形金属网；所述第一气囊、第二气囊分别位于两个半圆形腔体内。

3.根据权利要求1所述的水中磁性垃圾清理装置，其特征是，所述吸附体上设有与圆管数量相同的中空卡槽(25)，每个圆管内端均设有用于与卡槽配合的若干个弹性凸起(26)，每个卡槽的底面上均设有环形缓冲垫(27)，每个压力传感器均位于对应的缓冲垫中。

4.根据权利要求1所述的水中磁性垃圾清理装置，其特征是，所述弹性结构包括沿圆管轴向分布的2至5个径向弹簧组(28)，每个径向弹簧组包括在圆管和对应的伸缩杆之间呈辐射状分布的4条连接弹簧(29)。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的水中磁性垃圾清理装置，其特征是，吸附体的横截面呈长方形，第一电机和第二电机均为防水电机。

6.一种适用于权利要求1所述的水中磁性垃圾清理装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(6-1)用绳索将牵引环与用于提供牵引力的船连接起来，使吸附体上表面向上进入水中，船拖动吸附体在水底移动；

(6-2)在移动的过程中，两个下挖掘足插入水底的泥沙中，在挖掘足的翻动作用下磁性垃圾露出泥沙之外，强力磁铁片吸附磁性垃圾；

(6-3)当微处理器检测到两个导电金属片当前为电连接时，微处理器控制第二电机工作，2个下凸轮分别带动2个下挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

当微处理器检测到两个导电金属片当前为断开时，微处理器控制第一电机工作，2个上凸轮分别带动2个上挖掘足的2个伸缩杆伸出，2个弹性结构分别带动2个伸缩杆回缩，吸附体在水底呈曲线状跳跃前进；

(6-4)在(6-2)至(6-3)的吸附磁性垃圾过程中，微处理器控制压力检测及充气：

存储器中设有标准压力范围[A₁，A₂]，充气次数阈值N，充气次数序号为q，q初始值为0；各个压力传感器检测圆管与吸附体之间的压力，微处理器计算各个压力传感器检测的压力的平均值V；

(6-4-1)当V≥A₂，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶分别向第一气囊和第二气囊充气；

当V＜A₁，则微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀关闭，使q的值增加1；

当q＜N，转入步骤(6-4-1)中；当q≥N，则转入步骤(6-5)；

(6-5)微处理器控制第一电磁阀及第二电磁阀打开，气瓶持续向第一气囊和第二气囊充气直至吸附体浮出水面为止。

7.根据权利要求6所述的水中磁性垃圾清理装置的控制方法，其特征是，还包括如下步骤：

(7-1)存储器中设有标准信噪比SNR_标准，电机的转轴转速C1、转速C2，C2＞C1；在吸附磁性垃圾过程中，设定压力传感器共为m个，则微处理器得到m个检测信号，微处理器选取距离当前时刻B分钟内的m个检测信号Spect(t)；

(7-2)数据处理：

微处理器将m个检测信号Spect(t)输入一层随机共振模型中，其中，V(x，t)为势函数，x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数，a，b为设定的常数，ξ(t)是外噪声，D是外噪声强度，N(t)为内秉噪声，为周期性正弦信号，A是信号幅度，f是信号频率，t为运动时间，为相位，设

微处理器计算V(x，t)对于x的一阶导数和二阶导数，并且使等式等于0，得到二层随机共振模型：

设定噪声强度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；计算得到A的临界值为

将A的临界值代入一层随机共振模型中，并设定X₀(t)＝0，sn₀＝0，用四阶珑格库塔算法求解一层随机共振模型，得到 $x_{n+1}\left(t\right)=x_n\left(t\right)+1/6[{\left(k_1\right)}_n+(2-\sqrt{2}){\left(k_2\right)}_n+(2+\sqrt{2}){\left(k_3\right)}_n+{\left(k_4\right)}_n];$ 并计算 ${\left(k_1\right)}_n=4({\mathrm{ax}}_{n-1}\left(t\right)-{\mathrm{bx}}_{n-1}^3\left(t\right)+{\mathrm{sn}}_{n-1}),$ ${\left(k_2\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})-{b(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_1\right)}_{n-1}}{2})}^3+{\mathrm{sn}}_{n-1}],$ ${\left(k_3\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{{\left(k_2\right)}_{n-1}}{2})-b{(x_{n-1}\left(t\right)+\frac{\sqrt{2}-1}{2}{\left(k_1\right)}_{n-1}+\frac{2-\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}],$ ${\left(k_4\right)}_n=4[a(x_{n-1}\left(t\right)+{\left(k_3\right)}_{n-1})-b{(x_{n-1}\left(t\right)-\frac{\sqrt{2}}{2}{\left(k_2\right)}_{n-1}+\frac{2+\sqrt{2}}{2}{\left(k_3\right)}_{n-1})}^3+{\mathrm{sn}}_{n+1}];$

其中，x_n(t)为x(t)的n阶导数，sn_n-1是S(t)的n-1阶导数在t＝0处的值，sn_n+1是S(t)的n+1阶导数在t＝0处的值，n＝0，1，…，N-1；得到x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)的值；

微处理器对x₁(t)，x₂(t)，…，x_n+1(t)进行积分，得到x(t)，并得到x(t)在一层随机共振模型和二层随机共振模型组成的双层随机系统产生随机共振时刻的位置x_m值、与x_m相对应的共振时刻t₁及与t₁所对应的噪声D₁，D₁为D中的一个值；

微处理器利用公式计算双层随机共振系统输出的信噪比；其中，ΔU＝a²/4b；得到m个输出信噪比SNR₁，SNR₂，…，SNR_m；

微处理器利用公式计算输出信噪比误差QE_i，i＝1，2，...，m；

微处理器计算满足QE_i≤5％的输出信噪比误差的个数M₁；

(7-3)做出判断：

若则微处理器控制电机以转速C1旋转；

否则，微处理器控制电机以转速C2旋转；

B分钟后，返回步骤(7-1)。

8.根据权利要求6或7所述的水中磁性垃圾清理装置的控制方法，其特征是，q为6至10，标准压力范围为[800g，10kg]。