CN105544641A - 一种深海双向推进液压抓斗监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海双向推进液压抓斗监控系统，包括：水上控制装置：设置在抓斗拖船的操作室内，用以对液压抓斗监控；水下驱动箱：其两端分别设有双向推进器，并与水上控制装置通过光纤通信，以及通过拖缆与抓斗拖船连接，用以对液压抓斗实现精确定位以及处理和传输监控信息；液压抓斗：与水下驱动箱连接，通过水下驱动箱液压驱动；抓斗传感装置：通过光纤与水下驱动箱通信，并且通过拖缆与水下驱动箱连接，用以对液压抓斗进行监控，采集监控信息并传递给水下驱动箱。与现有技术相比，本发明具有监测信息全面、定位精确、通信质量高等优点。

Description

一种深海双向推进液压抓斗监控系统

技术领域

本发明涉及深海探测领域，尤其是涉及一种深海双向推进液压抓斗监控系统。

背景技术

抓斗是用来抓取货物的重要的取货工具，广泛应用于港口装卸作业中，特别是应用于抓取散货的作业领域，如煤炭装卸，矿石装卸等；同时，抓斗也是水下资源采样和航道清淤等作业的重要工具。

据研究，深海存在着丰富的自然资源，并且大部分都处于原始的、没有被开发的状态，如何开采这些宝贵的资源是各个国家竞相研究的课题。在国家大力发展海洋工程的背景下，对深海采样抓斗系统的研究具有重要的战略意义。目前，深海液压抓斗一方面用于深海采样，用以探测海底石油、天然气、珍稀矿石等宝贵自然资源；另一方面，则用于货物打捞和敏感性军事物品的回收。

深海液压抓斗监控系统是用来监测抓斗实时工作状态的，是保证抓斗抓取效率和设备安全的重要部分。电视摄像电动抓斗是目前应用较为广泛，并且安装了深海抓斗监测系统的抓斗，考察人员可以通过这种抓斗对海底进行观测和采样。但这种设备自身不具备动力系统，需要靠船载电缆刚性连接进行作业，抓斗的移动必须通过船位置的调整才能实现，不能满足水下航迹精确定位要求；由于海底的地形上下起伏不可避免地碰撞拖体，对抓斗本身容易造成损坏；此外，由于信息传输距离远，常用的同轴线缆作为传递介质的在传递过程中容易衰减，不适合深海抓斗的视频信号和控制信号的传递；因此，现有的电视抓斗在深海作业时效果一般。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监测信息全面、定位精确、通信质量高的深海双向推进液压抓斗监控系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种深海双向推进液压抓斗监控系统，包括：

水上控制装置：设置在抓斗拖船的操作室内，用以对液压抓斗监控；

水下驱动箱：其两端分别设有双向推进器，并与水上控制装置通过光纤通信，以及通过拖缆与抓斗拖船连接，用以对液压抓斗实现精确定位以及处理和传输监控信息；

液压抓斗：与水下驱动箱连接，通过水下驱动箱液压驱动；

抓斗传感装置：通过光纤与水下驱动箱通信，并且通过拖缆与水下驱动箱连接，用以对液压抓斗进行监控，采集监控信息并传递给水下驱动箱。

所述的水上控制装置包括工业计算机、第一以太网交换机、水上以太网光端机、水上主控制器、控制开关、水听器喇叭和显示屏，所述的第一以太网交换机分别与工业计算机、以太网光端机和水上主控制器连接，所述的水上主控制器分别与控制开关和水听器喇叭连接，所述的显示屏分别与水上以太网光端机、水上主控制器和工业计算机连接，所述的水上以太网光端机与水下驱动箱通信。

所述的控制开关包括液压泵站控制开关、双向推进器控制开关、摄像头控制开关、声呐控制开关和照明灯控制开关。

所述的显示屏包括声呐显示屏、传感器操作状态显示屏、摄像头显示屏，所述的声呐显示屏与工业计算机连接，所述的传感器操作状态显示屏与水上主控制器连接，所述的摄像头显示屏通过视频分割器与水上以太网光端机连接。

所述的水下驱动箱包括远程控制器、第二以太网交换机、推进器驱动器、液压泵站、水下以太网光端机、第一可变焦彩色摄像头和箱内探照灯，所述的远程控制器分别与第二以太网交换机、推进器驱动器、液压泵站、第一可变焦彩色摄像头和箱内探照灯连接，所述的水下以太网光端机分别与水上以太网光端机、第二以太网交换机和抓斗传感装置连接，所述的第一可变焦彩色摄像头与水下以太网光端机连接，所述的液压泵站通过液压油管与液压抓斗驱动连接，所述的推进器驱动器与双向推进器连接。

所述的液压泵站上还设有与远程控制器连接的液压泵站传感器。

所述的抓斗传感装置包括水下控制器、第三以太网交换机、摄像头、水下传感器、灯和声呐，所述的水下控制器分别与第三以太网交换机、摄像头、水下传感器和灯连接，所述的第三以太网交换机分别与声呐和第二以太网交换机通信，所述的摄像头与水下以太网光端机连接。

所述的灯包括250W光线可调聚光灯和400W光线可调HMI灯，所述的声呐包括双频扫描成像声呐和DFP剖面声呐。

所述的摄像头包括CCD黑白摄像头、低照度黑白摄像头和第二可变焦彩色摄像头。

所述的水下传感器包括100kHz水听器、压力/深度传感器、应变仪、陀螺仪、电子罗盘和油缸行程传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、监测信息全面：利用传感器检测技术和多路实时监控技术实现对深海抓斗工作状态的监测，可将抓斗的环境信息、方位信息、潜入深度信息和液压系统工作状态信息及时传输至控制单元和显示屏，便于控制系统控制，保证抓斗精确定位，提高抓斗作业效率；

二、定位精确：相比于一般的水下抓斗难以实现精确定位的问题，本发明通过在水下驱动箱的两侧加装双向推进器，利用水上控制装置控制双向推进器实现了水下驱动箱带动液压抓斗的运动，满足液压抓斗水下定位要求。

三、通信质量高：以太网光端机之间用光纤传递视频信号和控制信号，具有抗干扰性好、响应速度快和传输容量大的特点。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的结构原理图。

其中，1、水上控制装置，2、水下驱动箱，3、液压抓斗，4、抓斗传感装置，5、双向推进器，11、工业计算机，12、第一以太网交换机，13、水上以太网光端机，14、水上主控制器，151、液压泵站控制开关，152、双向推进器控制开关，153、摄像头控制开关，154、声呐控制开关，155、照明灯控制开关，16、水听器喇叭，171、声呐显示屏，172、传感器操作状态显示屏，173、摄像头显示屏，174、视频分割器，21、远程控制器，22、第二以太网交换机，23、推进器驱动器，24、液压泵站，25、水下以太网光端机，26、第一可变焦彩色摄像头，27、箱内探照灯，28、液压泵站传感器，41、水下控制器，42、第三以太网交换机，431、CCD黑白摄像头，432、低照度黑白摄像头，433、第二可变焦彩色摄像头，441、100kHz水听器，442、压力/深度传感器，443、应变仪，444、陀螺仪，445、电子罗盘，446、油缸行程传感器，451、250W光线可调聚光灯，452、400W光线可调HMI灯，461、双频扫描成像声呐，462、DFP剖面声呐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示本发明由四大部分组成：水上控制装置1，水下驱动箱2和液压抓斗3及抓斗传感装置4。水上主控制器14、远程控制器21和水下控制器41分别是这三部分的控制单元，三者通过相互协调、通信完成对液压抓斗3的控制、实时监测和信息采集。

如图2所示，水上控制装置1有水上主控制器14、第一以太网交换机12、视频分割器174、水上以太网光端机13、水听器喇叭16、工业计算机11(运行声呐设备配套软件)和摄像头显示屏173，包括4个可变焦彩色摄像头、2个低照度黑白摄像头、2个CCD黑白摄像头，各类传感器及操作状态显示屏：包括传感器信号显示、控制开关状态显示，全部的声呐显示屏：双频扫描成像声呐、双频扫描成像声呐、2个DFP剖面声呐，相关控制开关有：液压泵站控制开关151、双向推进器控制开关152、摄像头控制开关153、声呐控制开关154、照明灯控制开关155。

水下驱动箱2内有第一可变焦彩色摄像头26(2路)、远程控制器21、2台箱内探照灯27、水下以太网光端机25、第二以太网交换机22、液压泵站24、液压泵站传感器28和推进器驱动器23。

抓斗传感装置4包括：第三以太网交换机42、双频扫描成像声呐461(2台)、DFP剖面声呐462(2台)、水下控制器41、CCD黑白摄像头431(2路)、低照度黑白摄像头432(2路)、第二可变焦彩色摄像头433(2路)、100kHz水听器441、压力/深度传感器442、应变仪443、陀螺仪444、电子罗盘445、油缸行程传感器446、250W光线可调聚光灯451(10台)和400W光线可调HMI灯452(2台)。

水上控制装置1内的液压泵站控制开关151、双向推进器控制开关152、摄像头控制开关153、声呐控制开关154、照明灯控制开关155通过水上主控制器14控制各部分工作状态。

液压泵站控制开关151将控制信号传递给水上主控制器14，水上主控制器14通过第一以太网交换机12、水上以太网光端机13、水下驱动箱2内的水下以太网光端机25数据端口、第二以太网交换机22将控制信息传递给远程控制器41，进而控制液压泵站24工作状态。液压泵站24通过液压油管将压力油传送至液压油缸内，从而控制液压抓斗3的开合动作，液压泵站传感器28将液压泵站24的工作信息及时反馈给远程控制器21，实现与水上主控制器14的通讯。

双向推进器控制开关152通过同样的控制方法和控制路径控制双向推进器5的工作状态，从而实现液压抓斗3整体的前进与后退动作，保证了液压抓斗3的精确定位。

由水下控制器41控制的CCD黑白摄像头431(2路)、低照度黑白摄像头432(2路)、第二可变焦彩色摄像头433(2路)将监测信息传送至水下驱动箱2内的水下以太网光端机25，随后视频信息通过光纤传递至水上控制装置1的水上以太网光端机13，从视频端口出来的视频信号被视频分割器174解调后形成6路视频信号，继而抓斗周围环境的实时监测画面就可以显示在摄像头显示屏上，摄像头控制信息由水下控制器41通过RS485传递；同样由远程控制器21控制的第一可变焦彩色摄像头26(2路)也通过同样方法将水下驱动箱2内的实时监测画面显示在摄像头显示屏上，摄像头控制信息由远程控制器通过RS485传递。

100kHz水听器441用于把水下声信号转换为电信号，压力/深度传感器442将水深压力信号转化为电信号，应变仪443用于监测抓斗机械结构上关键位置的应变状态，陀螺仪444和电子罗盘445用来监测抓斗工作方位和姿态，油缸行程传感器446用来监测抓斗油缸的工作状态，这些电信号通过水下控制器41、以太网交换机和以太网光端机直接进入水上主控制器14，水上主控制器14控制传感器及操作状态显示屏，将传感器工作状态显示在水上控制系统的显示屏上。

上述传感器可以将抓斗的环境信息、姿态信息、潜入深度信息和液压系统工作状态信息交给水上主控制器处理，从而对抓斗双向推进器和抓取运动进行控制，保证采样作业的准确性和有效性。

双频扫描成像声呐461(2台)和DFP剖面声呐462(2台)用来采集抓斗周围环境特征和创建环境的声学图像，并与第三以太网交换机42全双工通信，及时将信息传至水上控制装置1的工业计算机11中，通过运行声呐设备配套软件，将信息显示在声呐显示屏上，即双频扫描成像声呐显示屏、DFP剖面声呐显示屏。

250W光线可调聚光灯451(10台)和400W光线可调HMI灯452(2台)用来照明，由水下控制器41控制。以太网光端机即可以接收、转换视频信号，也可以接收和转换以太网的控制信号。水下控制器41通过以太网交换机和以太网光端机与水上控制器通信，就可完成信号的接收和反馈。

上述以太网光端机之间利用光纤传递视频信号和控制信号，这种信号传递方式相对同轴电缆具有抗干扰性好、响应速度快和传输容量大的特点，适合远距离信号传输。

根据传感器和多路实时监测系统所反馈的信息，工作人员可以根据需要，及时向主控制器、远程控制器和水下控制器发送控制命令，直接控制各传感器和摄像头的工作状态。在控制过程中，传感器的反馈信号在水上主控制器的处理下将控制信号传递至远程控制器，从而控制双向推进装置，保证抓斗的精确定位，提高抓斗的工作效率，减少硬件损耗，延长设备的使用寿命。

Claims (10)

1.一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，包括：

水上控制装置(1)：设置在抓斗拖船的操作室内，用以对液压抓斗(3)监控；

水下驱动箱(2)：其两端分别设有双向推进器(5)，并与水上控制装置通过光纤通信，以及通过拖缆与抓斗拖船连接，用以对液压抓斗(3)实现精确定位以及处理和传输监控信息；

液压抓斗(3)：与水下驱动箱连接，通过水下驱动箱液压驱动；

抓斗传感装置(4)：通过光纤与水下驱动箱通信，并且通过拖缆与水下驱动箱连接，用以对液压抓斗(3)进行监控，采集监控信息并传递给水下驱动箱(2)。

2.根据权利要求1所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的水上控制装置(1)包括工业计算机(11)、第一以太网交换机(12)、水上以太网光端机(13)、水上主控制器(14)、控制开关、水听器喇叭(16)和显示屏，所述的第一以太网交换机(12)分别与工业计算机(11)、以太网光端机(13)和水上主控制器(14)连接，所述的水上主控制器(14)分别与控制开关和水听器喇叭(16)连接，所述的显示屏分别与水上以太网光端机(13)、水上主控制器(14)和工业计算机(11)连接，所述的水上以太网光端机(13)与水下驱动箱(2)通信。

3.根据权利要求2所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的控制开关包括液压泵站控制开关(151)、双向推进器控制开关(152)、摄像头控制开关(153)、声呐控制开关(154)和照明灯控制开关(155)。

4.根据权利要求2所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的显示屏包括声呐显示屏(171)、传感器操作状态显示屏(172)、摄像头显示屏(173)，所述的声呐显示屏(171)与工业计算机(11)连接，所述的传感器操作状态显示屏(172)与水上主控制器(14)连接，所述的摄像头显示屏(173)通过视频分割器(174)与水上以太网光端机(13)连接。

5.根据权利要求2所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的水下驱动箱(2)包括远程控制器(21)、第二以太网交换机(22)、推进器驱动器(23)、液压泵站(24)、水下以太网光端机(25)、第一可变焦彩色摄像头(26)和箱内探照灯(27)，所述的远程控制器(21)分别与第二以太网交换机(22)、推进器驱动器(23)、液压泵站(24)、第一可变焦彩色摄像头(26)和箱内探照灯(27)连接，所述的水下以太网光端机(25)分别与水上以太网光端机(13)、第二以太网交换机(22)和抓斗传感装置(4)连接，所述的第一可变焦彩色摄像头(26)与水下以太网光端机(25)连接，所述的液压泵站(24)通过液压油管与液压抓斗(3)驱动连接，所述的推进器驱动器(23)与双向推进器(5)连接。

6.根据权利要求5所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的液压泵站(24)上还设有与远程控制器(21)连接的液压泵站传感器(28)。

7.根据权利要求5所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的抓斗传感装置(4)包括水下控制器(41)、第三以太网交换机(42)、摄像头、水下传感器、灯和声呐，所述的水下控制器(41)分别与第三以太网交换机(42)、摄像头、水下传感器和灯连接，所述的第三以太网交换机(42)分别与声呐和第二以太网交换机(22)通信，所述的摄像头与水下以太网光端机(25)连接。

8.根据权利要求7所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的灯包括250W光线可调聚光灯(451)和400W光线可调HMI灯(452)，所述的声呐包括双频扫描成像声呐(461)和DFP剖面声呐(462)。

9.根据权利要求7所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的摄像头包括CCD黑白摄像头(431)、低照度黑白摄像头(432)和第二可变焦彩色摄像头(433)。

10.根据权利要求7所述的一种深海双向推进液压抓斗监控系统，其特征在于，所述的水下传感器包括100kHz水听器(441)、压力/深度传感器(442)、应变仪(443)、陀螺仪(444)、电子罗盘(445)和油缸行程传感器(446)。