CN104865565A - 一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，包括支撑座，所述支撑座的下部设有升降导向机构和位于升降导向机构底部的回转及摇摆机构，所述的被测部件安装在回转及摇摆机构的下方；所述的升降导向机构包括至少两级升降台，每级升降台由相应的伸缩导向杆驱动，处于最底层的升降台上安装所述的回转及摇摆机构；所述的回转及摇摆机构包括上底板和下底板，上底板固定在升降台下部，上下底板之间铰接有驱动下底板摆动的动作器，下底板底部活动安装有转盘，所述的被测部件固定在转盘上。本发明将升降、回转及摇摆功能集成在一整套装置里，完成声呐在水下的回转及摇摆测试，更能直接模拟由水介质造成的舰壳声呐工作的影响，实现精确检测。

Description

一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置

技术领域

本发明涉及一种水下舰壳声呐测试机构，尤其涉及一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置。

背景技术

声呐是军舰船舶等进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪，进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。

舰壳声纳，是安装在舰首的主动声纳，在舰首球鼻中有一个球形或圆柱体的声纳基阵，工作时基阵会主动连续发出一定频率的声音信号，靠声波在目标上的反射来探测和追踪目标。

根据舰壳声纳的工作原理，其采用的波段比较局限。因此舰壳声呐的位置、角度和倾斜程度等参数对检测结果影响巨大。而舰壳声呐的检测装置对提高该设备技术水平具有重要意义，舰壳声呐检测装置的精度和稳定性直接影响到整个声呐系统的性能指标，因此舰壳声呐检测装置已经成为该设备生产，测试和检测过程中不可或缺的重要设备。

现有技术中，公开号CN 104122543A的发明专利申请提供一种水听器自动升降回转扫描装置，采用升降回转扫描装置控制被测样品姿态调整，该升降回转扫描装置是一个四维运动控制系统，包括平台升降机构、水平移动机构(X轴，Y轴)，垂直移动机构(Z轴)以及旋转机构，其中的平台升降机构为水平移动机构的承载装置，它主要做升降运动，由于整个系统的入水深度有要求，当平台处于安装高度的时候光靠Z轴入水深度还不能满足要求，因此由平台升降机构带动整个机构升降来弥补。但是该升降回转扫描装置只适用于小吨位舰壳声呐的在垂直方向不同水深、水平方向的空间位置、水平方向的回转角度进行测试。

同时，公开号为CN 104298250A的专利文献公开了一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，采用具有两级伸缩丝杆的舰壳声呐自动升降回转机构，可以对10吨及以下大吨位舰壳声呐垂直方向不同水深、及水平方向的空间位置、水平方向的回转角度进行测试。

以上二项技术升降及回转功能在同一套装置上完成，纵向装置上一旦有扭转会直接影响到回转的精度，而且均缺少对舰船海上航行时摇摆状况的测试。

现有对舰船海上航行时摇摆状况的检测装置是在陆地上进行模拟，由水介质造成的舰壳声呐测试精度的影响无法测试，而且只有摇摆或回转一种或两种姿态进行测试，不能满足在垂直方向不同水深、水平方向的空间位置、水平方向的回转角度、及水下摇摆姿态同时进行测试的要求。

发明内容

针对10吨及以下的大吨位舰壳声呐的测试，本发明提供了一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆装置，用于改变被测水声部件和声源之间的深度、角度、距离和摇摆程度，具有自身独特的控制规律，它不仅可以极大的提高舰壳声呐的测试精度，而且可以大大缩短测试时间，加快舰壳声呐的开发周期。

本发明的装置为高精度机电一体化控制系统，当测试空间的高度受限制时，可以对水下11.5米深度的被测部件进行测试，在测试平台上，通过被测声学部件(以下简称被测件)上端的连接法兰把被测件刚性地吊放至水下预定深度处，并带动被测件围绕其声学中心在水平面内作匀速回转运动，或者进行摇摆运动(横向摇摆或纵向摇摆)，实时显示其下沉深度、回转方位角和摇摆方向及角度。

一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，包括支撑座，所述支撑座的下部设有升降导向机构和位于升降导向机构底部的回转及摇摆机构，所述的被测部件安装在回转及摇摆机构的下方；

所述的升降导向机构包括至少两级升降台，每级升降台由相应的伸缩导向杆驱动，处于最底层的升降台上安装所述的回转及摇摆机构；

所述的回转及摇摆机构包括上底板和下底板，上底板固定在升降台下部，上下底板之间铰接有驱动下底板摆动的动作器，下底板底部活动安装有转盘，所述的被测部件固定在转盘上。

升降导向机构为多层结构，仅用于升降导向，为被检测件的升降以及回转或摇摆时提供支撑，每层具有一升降台，驱动第一级升降台的伸缩导向杆安装在支撑座底部，每级升降台上安装有驱动下一级升降台的伸缩导向杆。本发明中的伸缩导向杆采用多级金属导向杆，导向杆用45号钢镀铬，喷环氧树脂胶，由于只起导向作用，不需要密封。

所述的支撑座设有带动被测部件升降的吊装机构，所述吊装机构具有穿过各级升降台并连接至最下一级升降台的牵引钢丝或链条；所述的吊装机构设有感知被测件下放深度的传感器。吊装机构和传感器为升降机构动力及控制系统的一部分，吊装机构通过钢丝驱动被测件升降。

其中，所述的动作器采用电动缸，上底板安装有与电动缸的活塞杆配合的上铰组件，下底板上安装有固定电动缸的筒体的下铰组件，所述的上铰组件为双回转轴的虎克铰结构，所述的下铰组件为单虎克铰结构。上下底板、上铰组件、下铰组件和电动缸组成摇摆机构，与现有的摇摆平台不同的是，由于在水下需要倒置运行，该平台的台面与底板进行调换，并根据倒置需要进行机械加工。电动缸缸外做喷涂处理，防水，缸内通气，正压密封。

另外，所述支撑座的下方设有引导其运动的支撑导轨，支撑座沿支撑导轨滑动，改变被测水声部件和声源之间的距离。

本发明具有如下功能：

(1)在测试平台上，通过被测声学部件(以下简称被测件)上端的连接法兰把被测件安装到测试平台上，然后将被测件及测试平台一起吊放至水下预定深度处，实时显示其下沉深度；

(2)将被测件吊放至预定深度后，回转机构带动被测件进行匀速回转运动，实时显示其回转角度；

(3)被测件到某一回转角度后，摇摆机构带动被测件进行匀速横向摇摆或匀速纵向摇摆；

(4)安装现场和测量实验室都可以控制和显示被测件的升降和下沉深度、水平回转方位角、及横向或纵向摇摆的角度；

(5)被测件的最大重量为10吨，被测件与升降杆间连接法兰最大入水深度为11.5米，回转方位角范围是0°～360°，横向摇摆摇摆范围+25°～-25°，纵向摇摆摇摆范围+25°～-25°，摇摆周期：6s～13s。

(6)升降、回转和摇摆的信息通过有线或无线接口输入实验室中的水声测量系统，使测量系统与回转机构相组合，能程控自动完成所有有关方位角的测量项目；

(7)升降杆的升降位移量、回转角度量、摇摆角度及摇摆周期等，在操作现场和操作室中同时都有显著的数字显示；

(8)整个装置运行平稳，机械振动噪声小；对升降、回转及摇摆运动惯性的制动应迅速、灵敏；装置带有升降、回转和摇摆的过限保护机构，过限保护应既灵敏又可靠。

附图说明

图1为舰壳声呐自动升降回转摇摆装置的结构示意图；

图2为回转及摇摆机构结构示意图；

图3为升降机构结构示意图；

图4为回转及摇摆机构结构示意图；

图5为本发明提供的自动控制系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，舰壳声呐自动升降回转摇摆装置包括升降机构1、连接机构2、回转及摇摆机构3、升降机构动力及控制系统4、回转及摇摆机构电源及控制系统5，升降机构与回转及摇摆机构之间采用法兰连接。升降机构底部法兰与回转及摇摆机构上部法兰连接。

如图2所示，回转及摇摆机构3又包含回转机构6和摇摆机构7。

如图3所示，升降机构包括升降导向机构和驱动机构。升降导向机构为四级，每级均设有伸缩导向杆23和升降台24，驱动第一级升降台的伸缩导向杆安装在支撑座底部，每级升降台上安装有驱动下一级升降台的伸缩导向杆，前两级采用四根升降导向杆导向，后两级采用两根导向杆导向，最大升降深度11.5米。驱动机构安装在支撑座上，包括缠绕有钢丝的滚筒22和驱动滚筒的电机21，钢丝的一端连接至最下一层的升降台，用于带动被测件升降。升降速度分两档：快速档：4厘米/秒，慢速档：2厘米/秒。支撑座底部设有支撑导轨，该支撑座可带动升降机构1沿支撑导轨移动，调整被测部件与声源之间的距离。当被测件到指定测量深度，升降机构会自动锁紧。升降机构1上设有测量深度的高精度传感器，该传感器发出控制信号来控制升降电动机8的启停。

如图4所示，摇摆机构7安装在升降导向机构最下一级的升降台上，包括台面、底板、上铰组件、下铰组件、电动缸。台面连接需要被模拟动作的机构。底板与升降机构1由法兰连接安装固定基座。上铰组件是双回转轴的虎克铰结构，用于连接上平台与电动缸的活塞杆。下铰组件是单虎克铰结构，用于连接固定基座与电动缸的筒体。动作器是带高精度伺服系统的电动缸。与现有的摇摆平台不同的是，由于在水下需要倒置运行，该平台的台面与底板进行调换，并根据倒置需要进行特殊加工。电动缸缸外做喷涂处理，防水，缸内通气，正压密封。

回转机构6安装在摇摆机构7的底板上，包括回转盘、伺服电机和减速器，被测件固定在回转盘底部。伺服电机用于驱动回转盘转动，进行回转角度测量时，当被测件到指定位置后，伺服电机驱动回转盘转动，改变被测部件水下的回转方位角。

如图5所示，自动控制系统包括：操作室工业控制计算机11、现场控制器12、传动系统13、触摸屏14、机械机构(升降机构、或回转机构、或摇摆机构)15、传感器16、RS232通讯连接线17、RS232通讯连接线18、现场总线19和以太网20。

系统指令由操作室工业控制计算机11或触摸屏14发出，触摸屏14通过通讯连接线18连接现场控制器12，操作室工业控制计算机11通过通讯连接线17连接现场控制器12，将指令发到现场控制器12，根据指令内容启动驱动传动系统13，由传动系统13来驱动机械机构15动作，由传感器16将得到的反馈信息传递给现场控制器12，再由操作室工业控制计算机11或触摸屏14通过自主设计的软件将数据反馈给操作人员，使其采取相应的控制策略等，在操作室工业控制计算机11上通过自主软件以及现场总线19、以太网20还可以实现远程监控功能。

在升降回转平台旁安装有防水的控制柜，内部安放电气控制线路和变频调速器等部件，触摸屏14安装在升降回转平台支架上，此控制箱(装有触摸屏14及启停按钮)有操作按键面板和LCD显示器，通过面板按键操作大车、小车、升降、回转、摇摆等运动，通过中文字和数字显示升降、回转角度、摇摆角度及摇摆周期等参数，平台支架上安装一大的显示牌，显示升降、回转坐标、摇摆角度及摇摆周期等参数，回转机构在电动工作状态下有四种操作方式：“连续”、“点动”、“预置”和计算机“程控”；在“连续”方式下，操作人员按压一次“正转”或“反转”键，转盘按顺时针或逆时针方向连续转动，直至操作人员按“停止”键为止；在“点动”方式下，操作人员按住“正转”或“反转”键，转盘按顺时针或逆时针方向转动，直至操作人员松开键为止；在“预置”方式下，操作人员通过控制仪面板键盘设置转速和目标方位角，再按“启动”键，转盘按设定的速度回转，并到目标方位角时停止；在“程控”方式下，过程同“预制”方式，只是设定和启动全由计算机执行测量程序时完成，操作人员手动操作无效。在摇摆运动操作中，操作人员输入期望的运动参数(运动平台位姿、速度或加速度)，如X向正弦运动。该运动参数传输给工业控制计算机，工业控制计算机通过运动学反解计算出电动缸的运动参数(电动缸位移量)；然后，工业控制计算机根据电动缸运动参数和电动缸的位移反馈量，驱动伺服电机，实现电动缸闭环位置控制，使电动缸达到所要求的位移量，那么摇摆平台也就达到了所期望的摇摆运动姿态。

操作室内的工业控制计算机11通过接口或无线数据模块与现场控制器12通讯；工业控制计算机11可控制升降和回转机构的运行与定位；现场控制器12能把当前的升降和回转状态参数实时送至工业控制计算机11，同时工业控制计算机11也可以通过接口与水声测试系统的计算机通讯，把入水深度信息和回转角度数据实时馈入测量计算机，以便形成指向性图、测试报告等。

Claims (8)

1.一种水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，包括支撑座，其特征在于，所述支撑座的下部设有升降导向机构和位于升降导向机构底部的回转及摇摆机构，所述的被测部件安装在回转及摇摆机构的下方；

所述的升降导向机构包括至少两级升降台，每级升降台由相应的伸缩导向杆驱动，处于最底层的升降台上安装所述的回转及摇摆机构；

所述的回转及摇摆机构包括上底板和下底板，上底板固定在升降台下部，上下底板之间铰接有驱动下底板摆动的动作器，下底板底部活动安装有转盘，所述的被测部件固定在转盘上。

2.如权利要求1所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，驱动第一级升降台的伸缩导向杆安装在支撑座底部，每级升降台上安装有驱动下一级升降台的伸缩导向杆。

3.如权利要求1所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述的支撑座设有带动被测部件升降的吊装机构，所述吊装机构具有穿过各级升降台并连接至最下一级升降台的牵引钢丝或链条。

4.如权利要求3所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述的吊装机构设有感知被测件下放深度的传感器。

5.如权利要求1所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述的动作器为电动缸。

6.如权利要求5所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述的上底板安装有与电动缸的活塞杆配合的上铰组件，下底板上安装有固定电动缸的筒体的下铰组件。

7.如权利要求6所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述的上铰组件为双回转轴的虎克铰结构，所述的下铰组件为单虎克铰结构。

8.如权利要求1所述的水下舰壳声呐自动升降回转摇摆检测装置，其特征在于，所述支撑座的下方设有引导其运动的支撑导轨。