CN104670445B - 一种潜水器超深保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于潜水器超深保护技术领域，涉及一种潜水器超深保护装置，包括电子保护装置、机械保护装置以及上浮抛载装置；其保护方法为电子保护装置的MCU根据通过深度、高度计获得的潜水器的工作深度和距底高度，判断潜水器是否工作在安全深度，潜水器工作深度超深或距底高度过低，MCU控制上浮抛载装置抛掉上浮压载；机械保护装置中的胶垫因水深产生的压力使簧片发生弹性形变，推动推杆移动，当工作深度超深时，触动微动开关动作，常闭触点断开，抛掉上浮压载；本发明中的电子保护装置和机械保护装置串联，任一保护装置生效都能触发上浮抛载装置抛掉上浮压载，最大限度地保护潜水器安全，潜水器的安全工作深度/高度可根据实际情况设定，具有广泛的适用性。

Description

一种潜水器超深保护装置及方法

技术领域

本发明涉及潜水器超深保护技术，具体地说是一种潜水器超深保护装置及其保护方法。

背景技术

超深保护技术在潜水器的设计中已经得到广泛应用，也是考核潜水器安全性设计的一个重要指标，目前超深保护技术通常的实现方式分为控制型和机械型，控制型是通过潜水器的控制系统实现的，由控制系统实时监控潜水器的工作深度和距底高度，在实际工作深度大于预定安全深度或距底高度小于安全预定高度时执行抛载上浮动作，此种实现方式可以实现潜水器的超深保护，但对于潜水器的安全性设计还是远远不够的，一旦控制系统发生暂时或永久的瘫痪，潜水器将丧失超深保护能力。机械式的超深保护技术利用机械式的压力传动装置将压力变化作为微动开关的控制量，一旦压力变化超过设定值，则触发微动开关执行抛掉上浮压载动作，但机械式的超深保护技术存在较多问题，其只能保证潜水器的工作深度不超过设定深度，而无法根据实际水域情况及潜水器使命任务情况做出调整，同时其精度低的问题更制约其在大深度潜水器的应用。

潜水器是一种智能化的水下航行系统，无论其是无人操作还是有人干预，潜水器的安全都是至关重要的，超过安全深度、距底高度过近以及超过最大耐压深度工作往往是潜水器面临的最大威胁，严重时可导致潜水器的覆没。本发明采用电子超深保护装置和机械超深保护装置互为备份的工作方式，任一保护装置动作都会触发抛载装置抛掉上浮压载，极大增加了装置的工作可靠性，同时本装置能够独立于潜水器控制系统而单独工作，并且可以随着潜水器工作水域的变化由工作人员预置或控制系统实时设定潜水器的安全工作深度和安全距底高度，具有广泛的适用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种具备高可靠性和广泛适用性的潜水器超深保护装置及其保护方法。

本发明采用的技术方案是：

一种潜水器超深保护装置，包括顺序连接的电子保护装置、机械保护装置、上浮抛载装置；

所述电子保护装置用于检测潜水器的深度和高度，并当所测深度超过安全工作深度或所测高度低于安全工作高度时控制上浮抛载装置抛掉上浮压载；

所述机械保护装置用于当潜水器工作超过潜水器最大耐压深度时控制上浮抛载装置抛掉上浮压载。

所述电子保护装置包括顺序连接的应急能源、电压转换模块、驱动模块、深度/高度计、通讯转换模块和MCU,所述电压转换模块还与外部供电电源、MCU、通讯转换模块连接;所述通讯转换模块与潜水器控制系统连接；所述驱动模块与 机械保护装置连接。

所述机械保护装置包括壳体、胶垫、簧片、推杆、微动开关、上盖、下盖和水密接插件；壳体为下端敞开式的中空结构，壳体顶面通过覆盖的胶垫与两端开口并中空的上盖密封连接；壳体顶面与胶垫之间还设有簧片，壳体内设有的微动开关，推杆通过壳体顶面的孔抵接于簧片内侧；所述壳体下端通过下盖密封连接，下盖外侧设有水密接插件及电缆，微动开关的一对常闭触点通过水密接插件将信号引出，分别与电子保护装置的驱动模块、上浮抛载装置的电磁铁连接。

一种潜水器超深保护方法，包括以下步骤：

潜水器进入到水中后，电子保护装置的MCU通过检测深度/高度计并获得潜水器的工作深度和距底高度；如果工作深度或距底高度超过预定值，则MCU控制驱动模块断开上浮抛载装置供电，上浮抛载装置的电磁铁断电，执行抛掉上浮压载的动作；

当潜水器的工作深度超过簧片预设的最大耐压深度时，机械保护装置中的胶垫因水深产生的压力使簧片发生弹性形变，推动推杆移动，达到微动开关的动作行程后触动微动开关常闭触点断开，从而上浮抛载装置中的电磁铁下电，执行抛掉上浮压载的动作。

本发明的优点与积极效果为：

1.与现有超深保护装置相比，本发明具有适用性广、可靠性高的特点。

2.本发明中的电子保护装置由MCU进行控制，有独立的能源系统，能够独立于潜水器控制系统而单独工作，潜水器的安全工作深度和安全工作高度可以根据实际情况设定，具有一定的。

3.本发明中的机械保护装置能够在潜水器超深时由外部压力推动推杆动作，实现紧急抛载。超深保护功能相对独立，仅由压力决定触发，具有较高可靠性。

4.电子保护装置与机械保护装置串联连接，功能上互为备份，任一装置动作都可以触发上浮抛载装置抛掉上浮压载，执行超深保护动作。本装置的超深保护定义当潜水器工作超过安全工作深度或低于安全工作高度时执行抛掉上浮压载动作。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为电子保护装置的组成结构示意图；

图3为机械保护装置的组成结构示意图；

图4为上浮抛载装置的组成结构图；

其中：1为电子保护装置，2为机械保护装置，3为上浮抛载装置，4为应急能源，5为电压转换模块，6为MCU，7为驱动模块，8为通信转换模块，9为深度/高度计，10为壳体，11为胶垫，12为簧片，13为推杆，14为微动开关，15为上盖，16为下盖，17为接插件，18为电磁铁，19为上浮压载,20为充油 耐压分线盒,21为油管；

图5为超深保护装置的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

超深保护装置包括电子保护装置、机械保护装置和上浮抛载装置三部分。电子保护装置实时监控潜水器的工作深度和距底高度，当工作深度或距底高度超过预设的安全阈值时，通过上浮抛载装置执行抛掉上浮压载动作；机械保护装置的设定值为潜水器的最大耐压深度，在电子保护装置失效的情况下，机械保护装置作为最后一道安全屏障执行抛掉上浮压载动作。上浮抛载装置抛掉上浮压载会为潜水器提供较大的正浮力，潜水器在正浮力的作用下浮出水面以待工作人员进行潜水器的回收。超深保护装置不仅能够保证潜水器工作深度不超过潜水器最大耐压深度，还能够根据实际水域情况和潜水器使命任务情况实时设置修正潜水器的安全工作深度和安全距底高度，其能独立于潜水器控制系统而单独工作，从而最大限度地保证潜水器的安全。

电子保护装置的MCU检测通过与深度/高度计实时通信获得潜水器的工作深度和距底高度，如果工作深度或距底高度超过预定值，电子保护装置的MCU控制上浮抛载装置执行抛掉上浮压载的动作；机械保护装置中的胶垫因水深产生的压力使簧片发生弹性形变，推动推杆移动，当工作深度超过最大耐压深度时，触动微动开关动作，常闭触点断开，从而执行抛掉上浮压载的动作；电子保护装置与机械保护装置串联连接，只要满足超深或超高条件都可以触发执行上浮抛载动作。

如图1所示，电子保护装置1与机械保护装置2采用串联的方式连接，其中任意一种装置都可以驱动上浮抛载装置抛掉上浮压载。

如图2所示，电子保护装置1包括应急能源4、电压转换模块5、MCU6、驱动模块7、通讯转换模块8及深度/高度计9；应急能源4与电压转换模块5相连接，电压转换模块5与MCU6、驱动模块7相连接，MCU6与驱动模块7、通讯转换模块8相连接，驱动模块7与深度/高度计9和机械保护装置2相连接，通讯转换模块8与MCU6、深度/高度计9相连接。

应急能源4采用铅酸电池浮充的工作方式独立于潜水器的能源系统而进行工作，正常情况下潜水器的能源系统为电子保护装置提供电力，并且能够在应急能源能量不足的情况下以浮充的方式为应急能源充电，一旦潜水器的能源系统失效，应急能源4能够继续为电子保护装置提供电力。电压转换模块5将应急能源4或外部电源的电压转换为MCU6、驱动模块7、通讯转换模块8所需电压。驱动模块7受MCU6的控制接通或关断上浮抛载装置3、深度/高度计9的供电。MCU6通过通讯转换模块8实时与深度/高度计9的RS232串口进行通讯，同时通过通讯转换模块8与控制系统以CAN总线的方式进行通讯，MCU6可以接收控制系统的CAN命令而给上浮抛载装置供电，也可以通过深度/高度计9获得潜水器的工作深度和距底高度，通过判断工作深度或距底高度是否超过预定安全值来决定是否执行抛载上浮动作，预定安全值的设置是在潜水器下水前，由控制系统通过RS232串口，采用bootloader的方式写入MCU6的程序配置区，MCU6上电自动获取程序配置区的内容，同时将预定安全值作为安全判断依据运行于 MCU6的主程序中.

如图3所示，机械保护装置中的胶垫11的顶部直接与外部气体或水体相连，底部直接与簧片12连接，当潜水器进入到水中后，胶垫11在外部水体的压力作用下会发生变形，对簧片12产生压力。能够使簧片12达到形变行程的压力即为潜水器的最大耐压压力，当潜水器的工作深度超过设定深度时，胶垫11上产生的压力使簧片12发生弹性形变，推动推杆13移动，形变行程触动微动开关14触点，微动开关发生动作，微动开关的控制对象为上浮抛载装置3中的电磁铁12，微动开关默认为常闭开关，一旦潜水器工作深度超过安全深度，微动开关发生动作，断开触点，从而电磁铁18下电，执行抛掉上浮压载19的动作。

如图4所示，上浮抛载装置3包括电磁铁18、上浮压载19、充油耐压分线盒20、油管21。上浮抛载装置采用电磁铁抛载方式，利用一对电磁铁18实现对上浮压载19的吸附，当电磁铁18上电时，在磁力的作用下吸附上浮压载19，当电磁铁18下电时，上浮压载19由于重力的作用而脱离潜水器。上浮压载19采用纯铁铸造而成，其重量和体积都是经过精确计算得出，即能满足潜水器的静力学参数（例如姿态参数、重心位置等）要求，又能保证潜水器在抛掉上浮压载19后以既定的速度上浮至水面。电磁铁18的电控信号通过油管21由充油耐压分线盒20引至电磁铁18中，充油耐压分线盒20再利用具有反向承压功能的水密接插件引出，通过水密电缆实现与相关耐压密封舱或相关设备之间的电气连接。充油耐压分线盒20内部充满航空煤油，油管21对充油耐压分线盒20起到充油补偿的作用，当潜水器入水后，油管21受到外部水体的压力发生形变，将压力传递给航空煤油，航空煤油将压力最终传递至充油耐压分线盒20的内部，从而使充油耐压分线盒20的内外压力平衡，充油耐压分线盒20受到保护而不会因为外界水体压力过大而产生形变。

如图5所示，本超深保护装置的控制方法包括以下步骤：首先程序初始化并进入等待状态，如果收到控制系统通过CAN总线发送来的上浮抛载装置上电命令，则MCU6控制驱动模块7给上浮抛载装置上电并进入入水状态判断阶段，如果潜水器未入水（通过控制系统CAN总线发送潜水器入水状态信息进行判断），则回到等待状态并维持上浮抛载装置上电状态，如果潜水器入水，则进入超深保护程序，在超深保护状态下，如果收到控制系统使命结束信息（通过CAN总线发送），则回到等待状态等待控制系统CAN命令，如果工作深度超过预定阈值或距底高度小于预定阈值，则MCU6控制驱动模块7给上浮抛载装置断电，执行抛掉上浮压载动作。在以上程序运行的各个阶段，一旦潜水器工作超过最大设定耐压深度（通过簧片12设定），都可以通过机械保护装置抛掉上浮压载。

Claims (3)

1.一种潜水器超深保护装置，其特征在于：包括顺序连接的电子保护装置(1)、机械保护装置(2)、上浮抛载装置(3)；

所述电子保护装置(1)用于检测潜水器的深度和高度，并当所测深度超过安全工作深度或所测高度低于安全工作高度时控制上浮抛载装置(3)抛掉上浮压载；

所述机械保护装置(2)用于当潜水器工作超过潜水器最大耐压深度时控制上浮抛载装置(3)抛掉上浮压载；

所述电子保护装置(1)包括顺序连接的应急能源(4)、电压转换模块(5)、驱动模块(7)、深度/高度计(9)、通讯转换模块(8)和MCU(6),所述电压转换模块(5)还与外部供电电源、MCU(6)、通讯转换模块(8)连接；所述通讯转换模块(8)与潜水器控制系统连接；所述驱动模块(7)与机械保护装置(2)连接。

2.按权利要求1所述的一种潜水器超深保护装置，其特征在于：所述机械保护装置包括壳体(10)、胶垫(11)、簧片(12)、推杆(13)、微动开关(14)、上盖(15)、下盖(16)和水密接插件(17)；壳体(10)为下端敞开式的中空结构，壳体(10)顶面通过覆盖的胶垫(11)与两端开口并中空的上盖(15)密封连接；壳体(10)顶面与胶垫(11)之间还设有簧片(12)，壳体(10)内设有微动开关(14)，推杆(13)通过壳体(10)顶面的孔抵接于簧片(12)内侧；所述壳体(10)下端通过下盖(16)密封连接，下盖(16)外侧设有水密接插件(17)及电缆，微动开关(14)的一对常闭触点通过水密接插件(17)将信号引出，分别与电子保护装置(1)的驱动模块(7)、上浮抛载装置(3)的电磁铁(18)连接。

3.一种潜水器超深保护方法，其特征在于包括以下步骤：

潜水器进入到水中后，电子保护装置(1)的MCU(6)通过检测深度/高度计(9)并获得潜水器的工作深度和距底高度；如果工作深度或距底高度超过预定值，则MCU(6)控制驱动模块(7)断开上浮抛载装置(3)供电，上浮抛载装置(3)的电磁铁(18)断电，执行抛掉上浮抛载的动作；

当潜水器的工作深度超过簧片(12)预设的最大耐压深度时，机械保护装置(2)中的胶垫(11)因水深产生的压力使簧片(12)发生弹性形变，推动推杆(13)移动，达到微动开关(14)的动作行程后触动微动开关(14)常闭触点断开，从而上浮抛载装置(3)中的电磁铁(18)下电，执行抛掉上浮抛载的动作。