CN104648621B - 一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下机器人附属设备的定位装置，具体地说是一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置，包括浮球球体、主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口，其中，所述主舱体、压力补偿器和压力开关分别设置于浮球球体内依次相通的不同腔体中，压力补偿器和压力开关安装在主舱体两侧，充电/调试接口设置于与所述容置主舱体的腔体相通的斜孔中，主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口通过油管相连，电路电线设置于油管中；主舱体内设有主控单元和电池组，浮球球体外部设有与主控单元相配合的天线和频闪灯。本发明能将浮出水面的长基线海底应答器的位置信息发送给母船，方便长基线海底应答器的定位回收。

Description

一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置

技术领域

本发明涉及一种水下机器人附属设备的定位装置，具体地说是一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置。

背景技术

长基线定位系统(简称长基线)作为水下导航定位系统，以其基线长、定位精度高而被广泛使用。长基线定位系统分沉底应答器式和浮标式。沉底应答式的长基线在使用中需要预先布置海底应答器阵，一般是在随母船布放应答器的时候记录下布放的经纬度坐标，在长基线完成工作后，将母船开到之前记录的经纬度坐标区附近，搜寻应答器的浮球，从而回收长基线海底应答器。然而应答器在下潜和上浮的过程中因海流和自身形状导致上浮后的位置与原来布放的位置存在较大的偏差，加上应答器浮出水面后随波漂浮，这些都给应答器的搜寻带来了极大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置，能够将浮出水面的长基线海底应答器的位置信息以光信号和电信号的形式发送给母船，方便长基线海底应答器的定位回收。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置，包括浮球球体、主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口，其中，所述主舱体、压力补偿器和压力开关分别设置于所述浮球球体内依次相通的不同腔体中，且其中用于容置主舱体的腔体与浮球球体的外部相通，压力补偿器和压力开关安装在所述主舱体两侧；浮球球体内设有与外部相通的斜孔，且所述斜孔与用于容置主舱体的腔体相通，充电/调试接口固定于所述斜孔中；所述主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口通过油管相连，且所述主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口以及连接用的油管所构成的油路在系统工作时为封闭油路，连接所述主舱体、压力补偿器、压力开关和充电/调试接口的电路电线设置于所述油管中；所述主舱体内设有主控单元和电池组，所述浮球球体外部设有与所述主控单元相配合的天线和频闪灯，所述天线和频闪灯通过保护架固定在主舱体上。

所述主控单元上搭载有用于收发自身位置信息的铱星和GPS定位系统。

所述保护架内设有联接座，所述频闪灯的一端设有螺纹孔并通过所述螺纹孔与天线相连，且天线和频闪灯相接触的端面上设有起密封作用的O形圈，所述频闪灯的另一端安装在所述联接座上，所述联接座固定在主舱体上。

所述联接座内设有贯通的空腔，天线和频闪灯的电路电线穿过所述联接座的空腔进入到主舱体内与所述主控单元相连。

所述浮球球体由左半浮球和右半浮球构成，在左半浮球和右半浮球接触的端面上开有不同深度的凹槽，所述凹槽在所述左半浮球和右半浮球相连时，分别构成了所述依次相通并用于容置主舱体、压力补偿器和压力开关的腔体；所述浮球球体上设有吊环和提手。

所述主舱体包括耐压球盖、耐压舱体和干湿转换端盖，所述耐压球盖和干湿转换端盖分别设置于所述耐压舱体的两端，所述耐压球盖与保护架相连，所述干湿转换端盖通过油管分别与所述压力补偿器、压力开关和充电/调试接口相连；在耐压球盖和耐压舱体之间以及耐压舱体和干湿转换端盖之间均设有密封圈、密封环和连接环。

所述密封圈套装在耐压舱体上，且所述密封圈与耐压舱体的接触面为斜面，所述密封环套装在耐压舱体上且挤压所述密封圈，所述连接环扣装在所述密封环上并固定在耐压球盖或干湿转换端盖的法兰上。

所述充电/调试接口包括耐压插座、端盖和充电/调试接口壳体，所述浮球球体内与外部相通的斜孔中设有止口，所述充电/调试接口壳体固定在所述止口上，耐压插座固定于所述充电/调试接口壳体内，端盖可拆卸地安装于所述充电/调试接口壳体能够与外部相通的一端，充电/调试接口壳体的另一端则通过油管与主舱体相连。

所述压力补偿器包括补偿器筒体、皮囊、补偿器端盖和充油端口，其中，所述补偿器筒体和补偿器端盖相连，且补偿器筒体和补偿器端盖相接触的法兰端面分别开有沟槽，所述沟槽在所述补偿器筒体和补偿器端盖相连时构成了用于固定皮囊的腔体，所述皮囊的边缘设有突起部，所述突起部嵌入到所述补偿器筒体和补偿器端盖之间的腔体内；皮囊与补偿器端盖之间在工作时充有液压油，补偿器端盖通过油管与主舱体相连，充油用的充油端口设置在补偿器端盖上与所述油管相对的一侧，所述补偿器筒体上设有供海水流入的限流孔。

所述压力开关包括顶杆、微动开关、压杆和座体，所述座体包括上端盖和开关容置座，所述顶杆和压杆设置于所述上端盖内，所述微动开关设置于所述开关容置座内，所述微动开关与所述电池组的输出干路串联，且在所述电池组正常输出电流和电压时处于常闭合状态，所述压杆、顶杆与微动开关上的按钮依次相抵，所述顶杆上套有复位用的弹簧。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明采用铱星和GPS定位系统，定位精确度高，覆盖面广，解决了目标搜寻困难的问题。

2、本发明设有频闪灯，可以向母船发送光信号，为长基线海底应答器在夜间的紧急回收提供帮助。

3、本发明设有压力开关，能自主的控制能源的开关，实现节能。

4、本发明设有压力补偿器，适应大深度的水压。

5、本发明采用锂二次电池，能源可以循环利用。

6、本发明是一个独立外置的系统，自身具有能源和控制电路，使用简单，与长基线海底应答器简单的连接起来就可使用。

附图说明

图1为本发明的主视图，

图2为图1中的A-A剖视图，

图3为图1中的压力补偿器的剖视图，

图4为图1中的压力开关的剖视图，

图5为图2中I处放大图。

其中：1为天线，2为频闪灯，3为主舱体，4为压力补偿器，5为吊环，6为压力开关，7为浮球球体，8为抱箍，9为油管，10为提手，11为保护架，12为充电/调试接口，13为主控单元，14为电池组，15为耐压插座，16为端盖，17为充电/调试接口壳体，18为联接座，19为耐压球盖，20为耐压舱体，21为干湿转换端盖，22为密封圈，23为密封环，24为连接环，25为密封端盖，26为补偿器筒体，27为皮囊，28为补偿器端盖，29为顶杆，30为微动开关，31压杆，32为弹簧，34为左半浮球，35为右半浮球，36为座体，37为上端盖，38为开关容置座，39为限流孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～2所示，本发明包括浮球球体7、主舱体3、压力补偿器4、压力开关6、充电/调试接口12、天线1、频闪灯2、抱箍8、油管9、提手10、保护架11和吊环5，其中，浮球球体7由左半浮球34和右半浮球35构成，所述左半浮球34和右半浮球35通过螺栓联接，在左半浮球34和右半浮球35接触的端面上开有不同深度的凹槽，当左半浮球34和右半浮球35通过螺栓把合成一体时，所述凹槽便分别构成了依次相通并用于容置主舱体3、压力补偿器4和压力开关6的腔体，其中，用于容置主舱体3的腔体与外部相通；所述主舱体3、压力补偿器4和压力开关6分别嵌入并固定在所述浮球球体7内依次相通的不同腔体中，所述压力补偿器4和压力开关6通过抱箍8安装在主舱体3两侧；左半浮球34内设有与外部相通的斜孔，且所述斜孔与用于容置主舱体3的腔体相通，充电/调试接口12固定于所述斜孔中；主舱体3、压力补偿器4、压力开关6和充电/调试接口12通过油管9相连通，电路电线设置于所述油管9内，并和油管9一起构成电气和油路网络，所述油路采用的液压油为绝缘介质，保证安全。所述保护架11设置于浮球球体7外部并安装在主舱体3上，天线1和频闪灯2设置在保护架11内，保护架11用于保护天线1和频闪灯2。吊环5固定在浮球球体7上与所述保护架11相对的一侧，长基线可以通过柔性绳索连接在吊环5上。提手10设置于浮球球体7上，方便提携。

主舱体3包括耐压球盖19、耐压舱体20和干湿转换端盖21，所述耐压球盖19和干湿转换端盖21分别设置于所述耐压舱体20的两端。保护架11安装在主舱体3的耐压球盖19上，保护架11内还设有联接座18，所述频闪灯2的一端设有螺纹孔并通过所述螺纹孔与天线1相连，且天线1和频闪灯2相接触的端面上设有起密封作用的O形圈，所述频闪灯2的另一端便安装在所述联接座18上，并通过联接座18与主舱体3的耐压球盖19相连，所述联接座18内设有贯通的空腔，天线1和频闪灯2的电路电线穿过所述联接座18的空腔以及耐压球盖19进入到耐压舱体20内，并连接到设置于耐压舱体20内的主控单元13上，所述主控单元13上搭载有铱星和GPS定位系统，所述铱星和GPS定位系统为现有常用技术，这使得主控单元13能够通过天线1接收自身位置信息并将信息发送到母船上的接收器上，同时主控单元13还能够控制频闪灯2的开关以及闪烁频率。所述主控单元13由设置于耐压舱体20内的电池组14供电，所述电池组为锂二次电池，可充电循环使用。设置于耐压舱体20远离耐压球盖19一端的干湿转换端盖21通过油管9分别与压力补偿器4、压力开关6和充电/调试接口12相连，干湿转换端盖21用于隔开油路网络和主舱体3内部的腔体，并实现与主舱体3内的电气转接，在干湿转换端盖21远离耐压舱体20的一端设有密封端盖25用以保证整个主舱体3内在深海工作时为密封状态，防止海水进入。

充电/调试接口12用于将外接调试电缆与电池组14的电路电线以及控制主控单元13的电路电线相连。充电/调试接口12包括耐压插座15、端盖16和充电/调试接口壳体17，所述充电/调试接口壳体17通过螺钉固定在左半浮球34内的止口上，耐压插座15固定于所述充电/调试接口壳体17内，端盖16可拆卸地安装于充电/调试接口壳体17上能够与外部相通的一端，充电/调试接口壳体17的另一端则与油管9相连。所述主控单元13和电池组14的电路电线通过油管9进入到充电/调试接口壳体17内，并焊接在充电/调试接口12的耐压插座15上，使用时，拆下端盖16，将外接调试电缆与耐压插座15相连，外接调试电缆即与主控单元13和电池组14的电路相连通。

压力补偿器4用于平衡油路内部和外面海水之间的压力，如图3所示，压力补偿器4包括补偿器筒体26、皮囊27、补偿器端盖28和充油端口33。其中，补偿器筒体26和补偿器端盖28通过螺栓相连，且在补偿器筒体26和补偿器端盖28相接触的法兰端面分别开有沟槽，当补偿器筒体26和补偿器端盖28把合在一起时，所述沟槽便构成一个腔体，所述皮囊27的边缘设有突起部，且所述突起部嵌入到所述补偿器筒体26和补偿器端盖28之间的腔体内，从而将皮囊27固定。充油用的充油端口33设置在补偿器端盖28上的一侧，工作时皮囊27与补偿器端盖28之间充有液压油。在工作时，压力补偿器4、主舱体3、压力开关6和充电/调试接口12之间连通的油路为封闭油路，在补偿器筒体26上设有限流孔39，海水进入浮球球体7内，透过所述限流孔39进入到补偿器筒体26内并作用到皮囊27上，所述皮囊27为柔性材料制成，能够随着海水压力的作用而变化并挤压液压油，这样便通过皮囊27对液压油的挤压改变了整个油路的内部压力，直到油路内部压力与外面的水压平衡为止，从而保护油管以及各腔体不被水压破坏。

压力开关6用于控制电池组14对外输出电流和电压，且所述压力开关6可以根据水深自动关闭和打开，达到节约能源的目的，如图4所示，压力开关6包括顶杆29、微动开关30、压杆31、弹簧32和座体36，其中，所述座体36包括上端盖37和开关容置座38，所述上端盖37和开关容置座38通过螺钉把合，所述顶杆29和压杆31设置于所述上端盖37内，所述微动开关30设置于所述开关容置座38内。所述微动开关30与电池组14的输出干路串联，且在电池组14正常输出电流和电压时处于常闭合状态。当水深超过定深(本实施例为4m)时，压杆31承受水压并将压力传递到顶杆29上，此时顶杆29将弹簧32压缩同时也紧紧压在微动开关30的按钮上，微动开关30变为断开状态，电池组14对外没有功率输出。当水深小于定深时，顶杆29所受的水压不足以平衡被压缩的弹簧32的弹力，弹簧32将顶杆29顶起从而使顶杆29脱离与微动开关30的接触，微动开关30恢复原态，电池组14对外输出电流和电压。所述微动开关30为switch，是标准产品。

所述耐压舱体20的两端，在耐压球盖19和耐压舱体20之间以及耐压舱体20和干湿转换端盖21之间均设有密封圈22、密封环23和连接环24，如图5所示，密封圈22套装在耐压舱体20上，且密封圈22与耐压舱体20的接触面为斜面，所述密封圈22为橡胶材料，密封环23套装在耐压舱体20上且可以挤压所述密封圈22，连接环24扣装在密封环23上并通过螺钉固定在耐压球盖19或干湿转换端盖21的法兰上，固定时留有一定的预紧力。正常工作时，海水会进入到浮球球体7的空腔内，海水通过密封环23挤压密封圈22，使密封圈22变形，从而将耐压球盖19的法兰与耐压舱体20以及耐压舱体20和干湿转换端盖21的法兰之间原有的空隙填满并相互压紧，防止海水进入到主舱体3内部。

本发明的工作原理为：

为了在浮出水面时定位长基线海底应答器的位置信息，需要将长基线海底应答器通过柔性绳索绑在吊环5上，此时长基线海底应答器的位置即是本发明的位置。

在长基线海底应答器布放前，需通过补偿器端盖28中的充油端口33充入液压油，使得压力补偿器4的皮囊27鼓起，连接主舱体3、压力开关6、充电/调试接口12和压力补偿器4的油管9所构成的封闭油路中充满液压油，整个油路中不存在空气，所述液压油为绝缘介质。充油完成后，将主舱体3、压力开关6、充电/调试接口12和压力补偿器4嵌入到浮球球体7内固定，打开充电/调试接口12的端盖16，将外接调试电缆接在耐压插座15上，输入控制信号，使电路通电，此时主控单元13通过天线1向外发送位置信息、频闪灯2闪烁，然后将端盖16封好，准备布放。

长基线海底应答器布放后，本发明随长基线海底应答器向海底下沉，随着深度的增加，压力开关6的顶杆29受水压向下运动触发微动开关30动作，使得微动开关30由常闭合状态切换到断开状态，断开电池组14的电力输出，主控单元13、频闪灯2停止工作，达到节约能源的作用。

长基线海底应答器作为导航基准工作结束后，抛掉载荷，向水面上浮，本发明在自身的正浮力的作用下也随之上浮，接近水面时，压力开关6的顶杆29受水压力减少不再压紧微动开关30的按钮，微动开关30恢复原来的常闭合状态，电源接通主控单元13、频闪灯2重新开始工作，向母船发送长基线海底应答器的位置信息，为长基线海底应答器的回收提供准确的位置信息。

Claims (10)

1.一种长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：包括浮球球体(7)、主舱体(3)、压力补偿器(4)、压力开关(6)和充电/调试接口(12)，其中，所述主舱体(3)、压力补偿器(4)和压力开关(6)分别设置于所述浮球球体(7)内依次相通的不同腔体中，且其中用于容置主舱体(3)的腔体与浮球球体(7)的外部相通，压力补偿器(4)和压力开关(6)安装在所述主舱体(3)两侧；浮球球体(7)内设有与外部相通的斜孔，且所述斜孔与用于容置主舱体(3)的腔体相通，充电/调试接口(12)固定于所述斜孔中；所述主舱体(3)、压力补偿器(4)、压力开关(6)和充电/调试接口(12)通过油管(9)相连，且所述主舱体(3)、压力补偿器(4)、压力开关(6)和充电/调试接口(12)以及连接用的油管(9)所构成的油路在系统工作时为封闭油路，连接所述主舱体(3)、压力补偿器(4)、压力开关(6)和充电/调试接口(12)的电路电线设置于所述油管(9)中；所述主舱体(3)内设有主控单元(13)和电池组(14)，所述浮球球体(7)外部设有与所述主控单元(13)相配合的天线(1)和频闪灯(2)，所述天线(1)和频闪灯(2)通过保护架(11)固定在主舱体(3)上。

2.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述主控单元(13)上搭载有用于收发自身位置信息的铱星和GPS定位系统。

3.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述保护架(11)内设有联接座(18)，所述频闪灯(2)的一端设有螺纹孔并通过所述螺纹孔与天线(1)相连，且天线(1)和频闪灯(2)相接触的端面上设有起密封作用的O形圈，所述频闪灯(2)的另一端安装在所述联接座(18)上，所述联接座(18)固定在主舱体(3)上。

4.根据权利要求3所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述联接座(18)内设有贯通的空腔，天线(1)和频闪灯(2)的电路电线穿过所述联接座(18)的空腔进入到主舱体(3)内与所述主控单元(13)相连。

5.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述浮球球体(7)由左半浮球(34)和右半浮球(35)构成，在左半浮球(34)和右半浮球(35)接触的端面上开有不同深度的凹槽，所述凹槽在所述左半浮球(34)和右半浮球(35)相连时，分别构成了依次相通并用于容置主舱体(3)、压力补偿器(4)和压力开关(6)的腔体；所述浮球球体(7)上设有吊环(5)和提手(10)。

6.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述主舱体(3)包括耐压球盖(19)、耐压舱体(20)和干湿转换端盖(21)，所述耐压球盖(19)和干湿转换端盖(21)分别设置于所述耐压舱体(20)的两端，所述耐压球盖(19)与保护架(11)相连，所述干湿转换端盖(21)通过油管(9)分别与所述压力补偿器(4)、压力开关(6)和充电/调试接口(12)相连；在耐压球盖(19)和耐压舱体(20)之间以及耐压舱体(20)和干湿转换端盖(21)之间均设有密封圈(22)、密封环(23)和连接环(24)。

7.根据权利要求6所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述密封圈(22)套装在耐压舱体(20)上，且所述密封圈(22)与耐压舱体(20)的接触面为斜面，所述密封环(23)套装在耐压舱体(20)上且挤压所述密封圈(22)，所述连接环(24)扣装在所述密封环(23)上并固定在耐压球盖(19)或干湿转换端盖(21)的法兰上。

8.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述充电/调试接口(12)包括耐压插座(15)、端盖(16)和充电/调试接口壳体(17)，所述浮球球体(7)内与外部相通的斜孔中设有止口，所述充电/调试接口壳体(17)固定在所述止口上，耐压插座(15)固定于所述充电/调试接口壳体(17)内，端盖(16)可拆卸地安装于所述充电/调试接口壳体(17)能够与外部相通的一端，充电/调试接口壳体(17)的另一端则通过油管(9)与主舱体(3)相连。

9.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述压力补偿器(4)包括补偿器筒体(26)、皮囊(27)、补偿器端盖(28)和充油端口(33)，其中，所述补偿器筒体(26)和补偿器端盖(28)相连，且补偿器筒体(26)和补偿器端盖(28)相接触的法兰端面分别开有沟槽，所述沟槽在所述补偿器筒体(26)和补偿器端盖(28)相连时构成了用于固定皮囊(27)的腔体，所述皮囊(27)的边缘设有突起部，所述突起部嵌入到所述补偿器筒体(26)和补偿器端盖(28)之间的腔体内；皮囊(27)与补偿器端盖(28)之间在工作时充有液压油，补偿器端盖(28)通过油管(9)与主舱体(3)相连，充油用的充油端口(33)设置在补偿器端盖(28)上与所述油管(9)相对的一侧，所述补偿器筒体(26)上设有供海水流入的限流孔(39)。

10.根据权利要求1所述的长基线定位系统海底应答器水面示位装置，其特征在于：所述压力开关(6)包括顶杆(29)、微动开关(30)、压杆(31)和座体(36)，所述座体(36)包括上端盖(37)和开关容置座(38)，所述顶杆(29)和压杆(31)设置于所述上端盖(37)内，所述微动开关(30)设置于所述开关容置座(38)内，所述微动开关(30)与所述电池组(14)的输出干路串联，且在所述电池组(14)正常输出电流和电压时处于常闭合状态，所述压杆(31)、顶杆(29)与微动开关(30)上的按钮依次相抵，所述顶杆(29)上套有复位用的弹簧(32)。