CN105660550B - 一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器,其特征在于：包括均布有小孔的箱体、箱门，还包括检测生物是否进入箱体的生物感应机构、关门机构和控制驱动机构，所述关门机构及生物感应机构与控制驱动机构连接，所述控制驱动机构接收到生物感应机构发出的感应信号后控制关门机构关闭箱门。本发明有益效果在于主动感应生物进入诱捕箱内进行捕捉，大幅提高采样成功率；锁定箱门避免海流冲开生物逃逸；全海深使用。本发明适用于诱捕活动能力强的大型深海近底层鱼类，为深海科学研究提供技术支撑。

Description

一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器

技术领域

本发明属于深海生物采样领域，尤其涉及一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器，适用于万米水深。

背景技术

获取生物样品是进行深海研究的必要手段。深海鱼类非集群分布，网式捕鱼效率极低，目前除了使用深海底栖拖网偶尔网到一两条大型鱼类外，几乎没有手段进行活动能力强的大型鱼类的捕捉作业，这成为深海生物学研究的瓶颈。浅海中使用的诱捕式网笼只能捕捉活动能力较弱的虾蟹类和小型的鱼类，且容易逃逸。公告号为CN 103921915 B的专利也是仅仅对此类诱捕网笼进行了改进，只是在回收前将笼门关闭，以防止捕获样品的逃逸和其他水层样品的混入。针对深海近底层具有较强活动能力的大型游泳生物进行捕捉，需在生物进入诱捕笼时进行判断，一旦有效进入须立即关闭笼门才能实现捕获，目前没有此类设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海大型生物诱捕器，适于万米深海环境生物捕获。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器，包括均布有小孔的箱体、箱门，还包括检测生物是否进入箱体的生物感应机构、关门机构和控制驱动机构，所述关门机构及生物感应机构与控制驱动机构电连接，所述控制驱动机构接收到生物感应机构发出的感应信号后驱动关门机构关闭箱门。

进一步的，所述生物感应机构包括至少两个回归反射型红外传感器，所述回归反射型红外传感器设于耐高压密封舱内，所述耐高压密封舱侧面设有2个耐高压光学窗口，中心间距10至15cm，所述耐高压光学窗口朝向箱体，所述耐高压密封舱设于箱体上。

进一步的，所述关门机构包括涡轮蜗杆电机、设于箱门与箱体之间使箱门关闭的拉簧，所述涡轮轴上设有传动轴，所述传动轴上设有用来释放拉簧的箱门挡块和闭锁箱门的压板，所述涡轮蜗杆减速电机设于充油活塞式压力平衡密封舱内，所述充油活塞式压力平衡密封舱设于箱体上。

作为优选，所述箱门为对开门，所述传动轴由设于涡轮轴两端的第一传动轴和第二传动轴组成，所述箱门挡块分别设于第一传动轴和第二传动轴的另一端，所述压板设于第二传动轴对应对开门中部位置处。

更进一步的，所述第一传动轴和第二传动轴与涡轮轴之间用相反旋向的螺纹连接。

更进一步的，所述箱门挡块与传动轴之间设有可调整箱门挡块与箱门之间距离的安装套筒。

更进一步的，充油活塞式压力平衡密封舱包括舱体和活塞，所述舱体和活塞之间通过若干活塞密封圈密封。

进一步的，所述控制驱动内部有低损耗电源模块和控制电路，所述控制电路的主控芯片为MSP430F149控制芯片。

本发明的有益效果有以下几点：

1、插上电缆后将诱捕器沉入海底，利用生物感应机构检测是否有大型生物进入箱内，当有判断有生物进入时，启动电机释放箱门，关闭箱门进行捕捉，避免生物逃逸，大幅提高采样效率；

2、生物感应机构采用至少2个回归反射型红外传感器检测生物，控制驱动机构接收到多个传感器同时发出信号后控制关门机构关闭箱门，适用于捕获大型生物，避免小型生物及环境的影响造成误捕；

3、生物进入箱体后，关门机构中的蜗轮蜗杆减速电机转动带动箱门挡块转动释放拉簧关闭箱门，同时带动压板压住箱门，并利用其自锁性质将箱门锁住，防止生物逃出或上提出水面时海流将箱门冲开，适于捕捉大型生物；

4、关门机构中的电机设于充油活塞式压力平衡密封舱内，通过自由移动的活塞来平衡内外的压力差，保证电机在全海深工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明关门机构的结构示意图；

图3是本发明生物感应机构和控制驱动机构的结构示意图；

图4是本发明关门机构的局部放大示意图；

图5是箱门关闭控制的原理结构图；

图6是本发明箱门关闭控制的原理流程图；

其中1为箱体、2为关门机构、3为第一折弯板、4为生物感应机构和控制驱动机构、5为第二折弯板、6为水密插接电缆、7为压板、9为反射板、10为拉簧、11为箱门、12为充油活塞式压力平衡密封舱舱体、13为涡轮蜗杆减速电机、14为充油活塞式压力平衡密封舱舱体盖、15为第一传动轴、16为锁紧螺母、17为套筒、18为箱门挡块、19为唇形密封圈、20为涡轮轴、21为唇形密封固定块、22为第二传动轴、23为涡轮蜗杆减速电机固定块、25为活塞、26为活塞密封圈、27为活塞水密座、29为耐高压密封舱前端盖、30为耐高压密封舱舱体、31为耐高压光学镜片、32为耐高压光学镜片压盖、33为第一红外传感器、34为耐高压密封舱水密座、35为耐高压密封舱后端盖、36为端盖密封圈、37为第二红外传感器、38为涡轮蜗杆减速电机电源、39为箱门关闭控制电路板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器，包括箱体1、对开的箱门11、关门机构2、生物感应机构和控制驱动机构4，箱体1和箱门11上开有均匀小孔，小孔直径小于5mm，关门机构2通过第一折弯板3固定在箱体1上，生物感应机构和控制驱动机构4通过第二折弯板5固定在箱体上，生物感应机构和控制驱动机构4与关门机构2通过水密插接电缆6连接。

如图1、2、4所示，关门机构2包括涡轮蜗杆减速电机13、设于箱门与箱体之间使箱门关闭的拉簧10。涡轮轴20两边分别与第一传动轴15、第二传动轴22连接，两个传动轴端部各有不同旋向的螺纹孔，其中第一传动轴15与涡轮轴为右旋螺纹配合连接，第二传动轴22与涡轮轴20为左旋螺纹配合，两传动轴的另一端安装套筒17和释放拉簧的箱门挡块18，并用锁紧螺母16锁紧固定，其中套筒17用于调整箱门挡块18与箱体1之间的距离。第二传动轴22对应对开门中部位置处焊接有压板7，用于闭锁箱门。涡轮蜗杆减速电机13安装在充油活塞式压力平衡密封舱舱体盖14中，并用电机固定块23固定。第一传动轴15和第二传动轴22与充油活塞式压力平衡密封舱舱体盖14之间通过唇形密封圈19密封，并用唇形密封圈固定块21压住唇形密封圈19，充油活塞式压力平衡密封舱舱体盖14与充油活塞式压力平衡密封舱舱体12之间通过密封圈密封，并用螺栓连接固定。充油活塞式压力平衡密封舱舱体12与充油活塞式压力平衡密封舱活塞25之间通过3个活塞密封圈26密封，充油活塞式压力平衡密封舱舱体12与活塞25配合处粗糙度为Ra1.6，充油活塞式压力平衡密封舱舱体12内部充油，可以移动的活塞25可以平衡水下环境舱体内外的压力差，活塞25上安装有活塞水密座27。

如图1、3所示，生物感应机构包括第一回归反射型红外传感器33和第二回归反射型红外传感器37，两个归反射型红外传感器设于耐高压密封舱内，采用锂电池为其供电。耐高压密封舱由耐高压密封舱舱体30、耐高压密封舱前端盖29、耐高压密封舱后端盖35、端盖密封圈36组成，耐高压密封舱体30与前后端盖之间通过端盖圈36密封，并通过螺栓固定，在耐高压密封舱后端盖35上安装有耐高压密封舱水密座34。耐高压密封舱体30侧面为四个平面，其中一面的两端安装有两个耐高压光学窗口，两个耐高压光学窗口朝向箱体内底面，耐高压密封舱材料为沉淀硬化不锈钢，舱体长度240mm，内孔直径50mm，壁厚不小于10mm，侧面开孔直径不大于16mm，两孔之间的距离在10cm左右，其设计能够承受全海深的压力。耐高压光学窗口由耐高压光学镜片31、耐高压光学镜片压盖32组成，耐高压光学镜片31由耐高压光学镜片压盖32通过螺栓固定在耐高压密封舱体30外表面，并通过密封圈密封，两个耐高压光学窗口之间的距离约在10cm左右。两个反射板9安装在箱体内底面，并与两个耐高压光学窗口位置相对应。控制驱动机构包括箱门关闭控制电路板39，也设于耐高压密封舱内，由为回归反射型红外传感器供电的锂电池供电。控制电路板39与涡轮蜗杆减速电机电源38连接。

控制原理如图5所示，控制电路板39与控制涡轮蜗杆减速电机以及回归反射型红外传感器电连接。控制电路板39选用MSP430F149控制芯片。

箱门关闭控制的原理流程如图6所示。打开箱门8，将关门机构2中的两个箱门挡块18转到初始位置将箱门挡住，在箱体1内放上诱饵，插上电缆后整个系统上电，诱捕器随下潜设备沉入海底，到达控制电路设置时间后两个红外感应器开始处于工作状态，当有大型生物进入箱内同时触发两个红外感应器，控制驱动机构控制涡轮蜗杆减速电机13转动，第一传动轴15和第二传动轴22转动带动箱门挡块18不再阻挡箱门8，箱门8在拉簧10拉力的作用下关闭，随着涡轮蜗杆减速电机13的继续转动，第二传动轴22转动带动压板7将箱门8压住，由于涡轮蜗杆减速电机13过载，控制电路将整个系统断电，工作结束。

本诱捕器可在全海深范围内进行生物捕捉。

箱体和箱门上均匀开孔可以减小装置在下落过程中的阻力，海水可通过箱体上的开孔进行导流，采用方形箱体设计可以方便生物感知装置、关门机构和控制驱动机构的安装，方便诱捕器在水下设备上的安装固定。

关门机构中的涡轮蜗杆减速电机的密封采用充油活塞式压力平衡密封，舱体采用绗磨管与活塞配合并使用O型圈密封，通过自由移动的活塞来平衡内外的压力差，这种密封方式可以保证电机在全海深工作。

生物感应机构密封舱采用侧面设两个耐高压光学窗口，两个耐高压光学窗口可根据需求生物的大小来定，用于两个红外传感器发射和回收光线，两个红外传感器需要在同时被触发的条件下才有效的设计能够克服环境的干扰和小型生物的误触发，保证其捕捉大型生物的要求。

涡轮轴的两侧分别有相反旋向的外螺纹，分别与两个传动轴上对应旋向的螺纹孔连接，保证在电机带动涡轮轴转动时不会出现松动。

两扇箱门由箱门与箱体连接的弹簧提供关门的动力，在打开状态时，箱门挡块阻止箱门关闭，通过涡轮蜗杆减速电机带动两个传动轴转动，进而带动箱门挡块迅速地释放箱门，箱门在拉簧拉力作用下关闭笼门；

箱门关闭驱动机构中的蜗轮蜗杆减速电机由生物感知控制装置中的控制电路控制，通过电机的转动释放箱门机关从而关闭箱门，生物被捕捉后利用关门驱动机构中涡轮蜗杆减速电机的自锁性质，通过第二传动轴上的压板将箱门锁住，可防止生物逃出或是海流将其冲开。

整套装置内部自带电源，不需外部供电，并可在回收后进行充电，重复多次使用，能够在水下独立工作，控制电路在上电后有4小时的定时功能，期间系统处于低功率待机状态。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器，其特征在于：包括均布有小孔的箱体、箱门，还包括检测生物是否进入箱体的生物感应机构、关门机构和控制驱动机构，所述关门机构及生物感应机构与控制驱动机构电连接，所述控制驱动机构接收到生物感应机构发出的感应信号后控制关门机构关闭箱门；所述生物感应机构包括至少两个回归反射型红外传感器，所述回归反射型红外传感器设于耐高压密封舱内，所述耐高压密封舱侧面设有耐高压光学窗口，所述耐高压光学窗口朝向箱体，所述耐高压密封舱设于箱体上；所述关门机构包括涡轮蜗杆减速电机、设于箱门与箱体之间使箱门关闭的拉簧，所述涡轮轴上设有传动轴，所述传动轴上设有用来释放拉簧的箱门挡块和闭锁箱门的压板，所述涡轮蜗杆减速电机设于充油活塞式压力平衡密封舱内，所述充油活塞式压力平衡密封舱设于箱体上。

2.根据权利要求1所述的深海生物诱捕器，其特征在于：所述箱门为对开门，所述传动轴由设于涡轮轴两端的第一传动轴和第二传动轴组成，所述箱门挡块分别设于第一传动轴和第二传动轴的另一端，所述压板设于第二传动轴对应对开门中部位置处。

3.根据权利要求2所述的深海生物诱捕器，其特征在于：所述第一传动轴和第二传动轴与涡轮轴之间用相反旋向的螺纹连接。

4.根据权利要求1或3所述的深海生物诱捕器，其特征在于：所述箱门挡块与传动轴之间设有可调整箱门挡块与箱门之间距离的安装套筒。

5.根据权利要求1所述的深海生物诱捕器，其特征在于：所述充油活塞式压力平衡密封舱包括舱体和活塞，所述舱体和活塞之间通过若干活塞密封圈密封。

6.根据权利要求1所述的深海生物诱捕器，其特征在于：所述控制驱动机构内部有低损耗电源模块和控制电路，所述控制电路的主控芯片为MSP430F149控制芯片。