CN105277390B - 一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，包括采集臂、采集臂电作动器(4)、采集臂限位开关(5)、划水臂限位开关(6)、水泵(7)、分流盒(8)、储液罐(9)、电源(10)、控制组合模块(11)、管路和中央计算机(12)；采集臂用于海水样本的采集，正常飞行时折叠置于地效飞行器机体内，使用时通过采集臂电作动器(4)将之放下，使用完成后再通过采集臂电作动器(4)将之收起；采集臂包括支撑臂(1)、划水臂(3)和划水臂收放舵机(2)。本发明能够实现海水样本的自动采集、效率高、成本低。

Description

一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统

技术领域

本发明涉及一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，用于海洋表层海水样本的自动采集与存储。

背景技术

目前公知的海洋表层海水样本的采集，主要方式是以有人驾驶的舰船为平台来实行采集器的人工投放，采集的设备主要有人工或机械收放式采集桶、人工投放的浮标式采集器，自动化程度较低、工作效率低下、人员风险高、消耗时间长、劳动强度大、投入成本高。

发明内容

本发明所有解决的技术问题是：提供了一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，能够实现海水样本的自动采集、效率高、成本低。

本发明包括如下技术方案：

一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，包括采集臂、采集臂电作动器、采集臂限位开关、划水臂限位开关、水泵、分流盒、储液罐、电源、控制组合模块、管路和中央计算机；

采集臂、采集臂电作动器、采集臂限位开关、水泵、分流盒、储液罐、电源、控制组合模块、管路和中央计算机安装在地效飞行器的机体上；采集臂用于海水样本的采集，正常飞行时折叠置于地效飞行器机体内，使用时通过采集臂电作动器将之放下，使用完成后再通过采集臂电作动器将之收起；采集臂包括支撑臂、划水臂和划水臂收放舵机，在支撑臂上设置划水臂限位开关，采集臂在采集臂作动器的作用下可绕支撑臂转动轴相对于机体前后方向转动，划水臂在划水臂收放舵机的控制下可绕划水臂转轴相对于支撑臂转动；在划水臂上布置至少一个划水臂水位传感器，划水臂水位传感器输出的信号输入至中央计算机；采集臂限位开关输出采集臂到位信号至中央计算机，划水臂限位开关输出划水臂到位信号至中央计算机；

水泵用于海水样本的吸取；储液罐用于海水样本的存储，在储液罐上设置至少一个储液罐水位传感器，储液罐水位传感器输出储液罐水位信号至中央计算机；分流盒用于控制海水输送至指定储液罐以及泄放多余的海水，在分流盒上设置至少一个分流盒水位传感器，分流盒水位传感器输出的信号发送至中央计算机；电源用于系统的供电；管路用于采集臂、水泵、分流盒以及储液罐之间的连接；中央计算机用于采集水位传感器输出的信号和限位开关输出的信号并发送控制指令至控制组合模块；控制组合模块用于根据中央计算机输出的控制指令控制采集臂作动器和划水臂收放舵机的收放、水泵的工作状态和分流盒内的海水流向。

划水臂包括划水臂本体和入水时破坏水面张力的尖片，在划水臂本体末端安装有所述尖片。

划水臂本体的横向剖面为前宽后窄的水滴形；划水臂本体使用聚四氟乙烯材料模压成形。

划水臂收放舵机通过花键与划水臂转轴连接，划水臂转轴嵌套于划水臂本体之内，两者一体成型，划水臂转轴通过圆锥滚柱轴承与支撑臂连接，当划水臂收放舵机工作时，划水臂绕划水臂转轴的轴线转动；轴承两侧为带密封圈的端盖。

支撑臂由左立板和右立板组成，划水臂收起后置于两块立板之间。

所述管路包括位于机体内的橡胶软管和位于机体外的聚四氟乙烯硬管，聚四氟乙烯硬管在划水臂本体内部和支撑臂内部穿过。

控制组合模块包括采集臂作动器控制器、划水臂收放舵机控制器、水泵控制器和分流盒控制器，采集臂作动器控制器、划水臂收放舵机控制器用于控制采集臂的收放，水泵控制器用于控制水泵的工作状态，分流盒控制器用于控制分流盒内的海水流向。

划水臂与支撑臂之间的管路采用插接式活动接头，划水臂上为硬式金属插头，支撑臂上为软式橡胶插孔，当采集臂转动到工作位置时，硬式插头插入软式插孔，从而实现管路的联通。

分流盒外形为漏斗形，一侧为水流的入口，另一侧为通往各储液罐的管路及电控阀门，分流盒顶部装有两只分流盒水位传感器分别位于第一水位与第二水位处，第二水位比第一水位高，分流盒底部设有电控泄压阀门。

储液罐顶部两侧分别装有一只水位传感器，储液罐下方为排水口，用于样本的排出；储液罐的内胆材质为聚四氟乙烯，储液罐外部喷涂隔热材料并包裹石棉隔热布。

与常规海水样本采集的方式相比，本发明设计的海水采集系统具有以下效益：

(1)本发明中的海水采集系统采用高度自动化的控制系统，通过中央计算机无需人员在采集现场操作，可以以驾驶的地效飞行器为平台，系统效率高、成本低、精度高、可控性好、节约大量人力物力；

(2)本发明中的海水采集系统，采用可收放的采集臂，减小了地效飞行器在正常飞行时的阻力；

(4)本发明中的海水采集系统通过设置多种水位传感器和到位传感器，并与中央计算机进行配合，使得具有自主监测、报警与保护功能，防止采集装置在发生故障时损坏。

附图说明

图1为本发明的海水样本采集系统的组成示意图；

图2为支撑臂与划水臂的结构形式，图2a为结构侧视图，图2b为结构前视图；

图3为海水样本采集机构的管路与接头；

图4为分流盒的结构形式，图4a为结构侧视图，图4b为结构俯视图；

图5为储液罐的结构形式；

图6为控制组合模块的组成；

图7为海水样本采集机构的收放原理示意图；

图8为海水样本采集过程的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，应用于地效飞行器的海水样本采集系统，包括采集臂、采集臂电作动器4、采集臂限位开关5、划水臂限位开关6、水泵7、分流盒8、储液罐9、电源10、控制组合模块11、管路17、27和中央计算机12；

采集臂、采集臂电作动器4、采集臂限位开关5、水泵7、分流盒8、储液罐9、电源10、控制组合模块11、管路和中央计算机12安装在地效飞行器的机体上；采集臂用于海水样本的采集，正常飞行时折叠置于地效飞行器机体内，使用时通过采集臂电作动器4将之放下，使用完成后再通过采集臂电作动器4将之收起；采集臂包括支撑臂1、划水臂3和划水臂收放舵机2，在支撑臂1上设置划水臂限位开关6，采集臂在采集臂作动器4的作用下可绕支撑臂转动轴18相对于机体前后方向转动，划水臂3在划水臂收放舵机2的控制下可绕划水臂转轴21相对于支撑臂1转动；在划水臂上布置至少一个压力传感器，压力传感器输出的信号输入至中央计算机12；采集臂限位开关5输出采集臂到位信号至中央计算机12，划水臂限位开关6输出划水臂到位信号至中央计算机12；

水泵7用于海水样本的吸取；储液罐9用于海水样本的存储，在储液罐9上设置至少一个储液罐水位传感器，储液罐水位传感器输出储液罐水位信号至中央计算机12；分流盒8用于控制海水输送至指定储液罐9以及泄放多余的海水，在分流盒8上设置至少一个分流盒水位传感器，分流盒水位传感器输出的信号发送至中央计算机12；电源10用于系统的供电；管路17、27用于采集臂1、水泵7、分流盒8以及储液罐9之间的连接；中央计算机12用于采集水位传感器输出的信号和限位开关输出的信号并发送控制指令至控制组合模块；控制组合模块用于根据中央计算机输出的控制指令控制采集臂作动器和划水臂收放舵机2的收放、水泵7的工作状态和分流盒8内的海水流向。所述采集臂作动器4可以为两个。

如图2所示，划水臂3包括划水臂本体26和尖片24，划水臂本体26的横向剖面为前宽后窄的水滴形，末端安装有入水时破坏水面张力的尖片24；划水臂本体使用聚四氟乙烯材料模压成形，内部穿过聚四氟乙烯硬管17；支撑臂由左右两块立板2223组成，划水臂收起后置于两块立板之间；划水臂收放舵机2通过花键25与划水臂金属转轴21连接，划水臂金属转轴嵌套于划水臂本体之内，两者一体成型，划水臂金属转轴通过圆锥滚柱轴承19与支撑臂1连接，当划水臂收放舵机工作时，划水臂绕划水臂金属转轴的轴线转动；轴承两侧为带密封圈的端盖20；划水臂上前后布置分别布置一只划水臂水位传感器15、16，位于上方进水口往上10cm处，当上方进水口进入水下10cm时，该水位传感器监测到压力的较大变化，并反馈一个信号至中央计算机12，当前后水位传感器均检测到压力变化时，此时地效飞行器停止下降，中央计算机控制水泵7开始工作。该结构形式在满足海水采集需求的前提下，同时具有结构紧凑，使用可靠，对飞机气动阻力影响小等特点。

如图3所示，工作时暴露于机体外的管路为聚四氟乙烯硬管17，位于机体内的管路为橡胶软管27，划水臂与支撑臂之间的管路采用插接式活动接头，划水臂上为硬式金属插头29，支撑臂上为软式橡胶插孔28，当采集臂1转动到工作位置时，硬式插头插入软式插孔，从而实现管路的联通，该“硬插软”的形式，可以保证活动接头在动态连通的同时减小海水的渗漏，并可以避免接头插接时的磨损。

如图4所示，分流盒8外形为漏斗形，一侧为水流的入口，另一侧为通往各储液罐的管路及电控阀门32，分流盒顶部装有两只水位传感器30分别位于70％与90％水位处，底部为电控泄压阀门31。

如图5所示，储液罐9顶部装有两只水位传感器3436，当储液罐水位达到95％时，水位传感器3436发送信号至中央计算机12，中央计算机控制水泵7停止工作，分流盒上对应的电控阀门32关闭。储液罐下方为排水口35，用于样本的排出。储液罐的内胆37材质为聚四氟乙烯，避免海水对储液罐的腐蚀以及储液罐材质对样本属性的影响。储液罐外部喷涂2mm隔热材料并包裹10mm石棉隔热布38，以保证所取样本在采样1小时后可以保持温度变化在6％以内。储液罐的顶部为用于密封与导流的接头33。

如图6所示，控制组合模块11内包括两套采集臂作动器控制器39，用于分别控制两只采集臂作动器4的工作；一套划水臂收放舵机控制器40，用于控制划水臂收放舵机2工作；一套水泵控制器41，用于控制水泵7工作；一套分流盒控制器42，用于控制分流盒8内的海水流向。

本发明海水样本采集系统的工作过程如下：

如图7所示，当搭载该海水样本采集系统的地效飞行器达到指定采集区域后，基站发送的指令经过中央计算机12后，将运动信号发送至采集臂作动器控制器39，通过采集臂作动器控制采集臂1放下，当采集臂1放下至一定位置并触发采集臂限位开关5后，中央计算机在收到采集臂限位开关5的信号后发送停止指令至采集臂作动器控制器39，发送运动指令至划水臂收放舵机控制器40，采集臂作动器控制器39立即控制采集臂作动器4停止运动；划水臂收放舵机控制器40控制划水臂收放舵机2进行运动，从而开始放下划水臂3，划水臂3转动到指定位置后，划水臂3上端的硬插头插入支撑臂下端的软插孔内，同时触动划水臂限位开关6，中央计算机在收到划水臂限位开关6的信号后立即发送停止信号至划水臂收放舵机控制器40，划水臂收放舵机控制器40控制划水臂收放舵机2立即停止运动。

如图8所示，当采集臂完全放下之后，地效飞行器开始下降，当划水臂水位传感器1516检测到上方进水口已入水下10cm之后，水位传感器1516反馈信号至中央计算机12，中央计算机发送指令至水泵控制器，在水泵控制器的控制下水泵7开始工作，划水臂水位传感器1516反馈信号至飞控计算机，由飞控计算机控制飞机停止下降；通过分流盒控制器关闭分流盒8流向储液罐9的全部阀门32，打开泄压阀门31，使用标本采集的当地海水对管道进行清洗，持续时间20秒，避免管道内残留的海水对当地海水标本造成影响；通过分流盒控制器打开分流盒通向指定储液罐的阀门32，泄压阀门31进入待命状态，待命状态中，当分流盒内水量占总容积的90％以下时，泄压阀门处于关闭状态，而当水量超过90％时，通过分流盒控制器将泄压阀门开启，从而排出过量的海水，以防分流盒过满而受挤压破裂；当分流盒内水量占总容积70％以下时，水泵处于100％工作状态，以最大速度吸入海水，当水量超过70％但未到90％时，水泵调至50％工作状态，以防过快地吸入海水而导致多余海水不能由泄压阀门排出，当水量超过90％时，水泵调至10％工作状态，通过此调节方式，保证水位一直保持在70％ˉ90％之间，70％与90％水位分别由位于该处的两个传感器30测量；储液罐9内采集的水量超过95％时，储液罐顶部的水位传感器34、36反馈信号至中央计算机12，中央计算机发送指令至水泵控制器，通过水泵控制器使水泵停止工作，通过分流盒控制器将分流盒上对应的阀门关闭；采集完成后，收起采集臂。当到达新的标本采集区域之后，重复以上步骤。

本发明未详细描述的内容，属于本领域公知常识。

Claims (10)

1.一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于，包括采集臂、采集臂电作动器(4)、采集臂限位开关(5)、划水臂限位开关(6)、水泵(7)、分流盒(8)、储液罐(9)、电源(10)、控制组合模块(11)、管路和中央计算机(12)；

采集臂、采集臂电作动器(4)、采集臂限位开关(5)、水泵(7)、分流盒(8)、储液罐(9)、电源(10)、控制组合模块(11)、管路和中央计算机(12)安装在地效飞行器的机体上；采集臂用于海水样本的采集，正常飞行时折叠置于地效飞行器机体内，使用时通过采集臂电作动器(4)将之放下，使用完成后再通过采集臂电作动器(4)将之收起；采集臂包括支撑臂(1)、划水臂(3)和划水臂收放舵机(2)，在支撑臂(1)上设置划水臂限位开关(6)，采集臂在采集臂电作动器(4)的作用下可绕支撑臂转动轴(18)相对于机体前后方向转动，划水臂(3)在划水臂收放舵机(2)的控制下可绕划水臂转轴(21)相对于支撑臂(1)转动；在划水臂上布置至少一个划水臂水位传感器，划水臂水位传感器输出的信号输入至中央计算机(12)；采集臂限位开关(5)输出采集臂到位信号至中央计算机(12)，划水臂限位开关(6)输出划水臂到位信号至中央计算机(12)；

水泵(7)用于海水样本的吸取；储液罐(9)用于海水样本的存储，在储液罐(9)上设置至少一个储液罐水位传感器，储液罐水位传感器输出储液罐水位信号至中央计算机(12)；分流盒(8)用于控制海水输送至指定储液罐(9)以及泄放多余的海水，在分流盒(8)上设置至少一个分流盒水位传感器，分流盒水位传感器输出的信号发送至中央计算机(12)；电源(10)用于系统的供电；管路用于采集臂-、水泵(7)、分流盒(8)以及储液罐(9)之间的连接；中央计算机(12)用于采集水位传感器输出的信号和限位开关输出的信号并发送控制指令至控制组合模块；控制组合模块用于根据中央计算机输出的控制指令控制采集臂电作动器和划水臂收放舵机(2)的收放、水泵(7)的 工作状态和分流盒(8)内的海水流向。

2.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：划水臂(3)包括划水臂本体(26)和入水时破坏水面张力的尖片(24)，在划水臂本体(26)末端安装有所述尖片(24)。

3.根据权利要求2所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：划水臂本体(26)的横向剖面为前宽后窄的水滴形；划水臂本体(26)使用聚四氟乙烯材料模压成形。

4.根据权利要求2所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：划水臂收放舵机(2)通过花键(25)与划水臂转轴(21)连接，划水臂转轴(21)嵌套于划水臂本体之内，两者一体成型，划水臂转轴(21)通过圆锥滚柱轴承(19)与支撑臂(1)连接，当划水臂收放舵机工作时，划水臂绕划水臂转轴的轴线转动；轴承两侧为带密封圈的端盖(20)。

5.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：支撑臂由左立板(22)和右立板(23)组成，划水臂收起后置于两块立板之间。

6.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：所述管路包括位于机体内的橡胶软管(27)和位于机体外的聚四氟乙烯硬管(17)，聚四氟乙烯硬管(17)在划水臂本体(26)内部和支撑臂内部穿过。

7.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：控制组合模块(11)包括采集臂电作动器控制器、划水臂收放舵机控制器、水泵控制器和分流盒控制器，采集臂电作动器控制器、划水臂收放舵机控制器用于控制采集臂的收放，水泵控制器用于控制水泵(7)的工作状态，分流盒控制器用于控制分流盒(8)内的海水流向。

8.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：划水臂与支撑臂之间的管路采用插接式活动接头，划水臂上为硬式 金属插头(29)，支撑臂上为软式橡胶插孔(28)，当采集臂转动到工作位置时，硬式插头插入软式插孔，从而实现管路的联通。

9.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：分流盒(8)外形为漏斗形，一侧为水流的入口，另一侧为通往各储液罐的管路及电控阀门(32)，分流盒顶部装有两只分流盒水位传感器(30)，分别位于第一水位与第二水位处，第二水位比第一水位高，分流盒底部设有电控泄压阀门(31)。

10.根据权利要求1所述的一种应用于地效飞行器的海水样本采集系统，其特征在于：储液罐(9)顶部两侧分别装有一只水位传感器(34、36)，储液罐下方为排水口(35)，用于样本的排出；储液罐的内胆(37)材质为聚四氟乙烯，储液罐外部喷涂隔热材料并包裹石棉隔热布(38)。