CN112666329A

CN112666329A - 一种搭载风力发电机的无人水质监测船

Info

Publication number: CN112666329A
Application number: CN202011475541.1A
Authority: CN
Inventors: 王宁; 刘玉城; 徐楷林; 鲁挺
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提供一种搭载风力发电机的无人水质监测船，包括：一载物板，设置在载物板下表面左侧的第一船体浮子，设置在载物板下表面右侧的第二船体浮子，其特征在于，所述载物板的上表面还设置有水平轴风力发电机、用于装载水质监测设备的设备舱、以及连接水质监测设备和水平轴风力发电机的蓄电池。本发明技术方案为用于水质监测的无人船提供新的能源供给，极大地提高了无人船的续航能力。相对于传统的水质监测的无人船，采用风力发电的无人船可以布置在更远的水域，提供更强大的续航能力。解决了现有技术中存在的无人船续航能力有限的问题。

Description

一种搭载风力发电机的无人水质监测船

技术领域

本发明涉及无人船和新能源应用技术领域，具体而言，尤其涉及一种搭载风力发电机的无人水质监测船。

背景技术

由于水质监测的无人船的续航能力完全取决于自身携带的蓄电池组的电能容量，一旦自身携带的电能消耗完，无人船便无法继续提供作业能力。续航能力的问题，大大制约了无人船设备的作业能力与作业范围。

针对无人船续航能力有限的问题，以及现有技术的不足，无人船的作业能力和作业范围还有很大的提升空间，本发明在传统的能源供给结构上增加了风力发电的形式，极大的优化了无人船的能源结构，提升了无人船的续航能力，提高了无人船的工作范围和工作能力，为用于水质监测的无人船及无人设备的长航时工作提供了可能。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种搭载风力发电机的无人水质监测船。

本发明采用的技术手段如下：

一种搭载风力发电机的无人水质监测船，包括：一载物板，设置在载物板下表面左侧的第一船体浮子，设置在载物板下表面右侧的第二船体浮子，其特征在于，所述载物板的上表面还设置有水平轴风力发电机、用于装载水质监测设备的设备舱、以及连接水质监测设备和水平轴风力发电机的蓄电池。

进一步地，所述设备舱内还设置有控制单元和无线通讯单元；所述控制单元通过通信接口连接无线通讯单元、所述水平轴风力发电机、所述水质监测设备以及蓄电池；所述控制单元用于接收无线通讯单元、水平轴风力发电机、水质监测设备以及蓄电池的数据及运行信息并发出控制指令。

进一步地，所述水质监测设备包括有机污染物监测设备、无机污染物监测设备、PH值监测设备、溶解氧值监测设备、电导率监测设备的一种或几种的结合，用于水质监测。

进一步地，所述设备舱安装在船体的头部，其内部装载的水质监测设备与所述蓄电池的配重相同。

进一步地，所述水平轴风力发电机安装在船体的中部，用于采集风能。

进一步地，所述蓄电池安装在船体的尾部，用于存储所述水平轴风力发电机产生的电能以及在无风时为所述水质监测设备提供电能。

进一步地，所述控制单元包括不可控整流电路和斩波电路；

所述不可控整流电路用于将所述水平轴风力发电机产生的交流电转换成直流电；

所述斩波电路用于将交流电进行斩波处理，实现风能向电能的转换。

进一步地，所述控制单元还包括并联在所述不可控整流电路和斩波电路之间的电容，用于减少直流电的脉动。

进一步地，所述控制单元还引入了最大功率跟踪策略，用来控制所述斩波电路中的开关器件。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的搭载风力发电机的无人水质监测船，为用于水质监测的无人船提供新的能源供给，极大地提高了无人船的续航能力。相对于传统的水质监测的无人船，采用风力发电的无人船可以布置在更远的水域，提供更强大的续航能力。

2、本发明提供的搭载风力发电机的无人水质监测船，针对水域风能较为丰富的特点，采用水平轴的风力发电机能够捕获更多的风能，进一步提高续航能力，同时为了考虑到在水域无风的情况下，无人船设备能够正常运行，无人船也配备了传统的蓄电池组。

3、本发明提供的搭载风力发电机的无人水质监测船，其无人船上设备的直接电力来源于蓄电池的电能和风力发电机提供的电能，蓄电池的电能除了本身自带的，也包含了风力发电提供的电能，极大地优化了能源组成结构，相比于传统的无人船只依赖蓄电池的续航能力，本发明无人船具有更为强大的续航能力。

4、本发明提供的搭载风力发电机的无人水质监测船，针对水域水质监测任务的复杂性与范围性，本发明直接捕获风能，可以很好地提高无人船的水域工作范围。

基于上述理由本发明可在无人船和新能源应用等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无人船结构示意图。

图2为本发明无人船的右视结构图。

图3为本发明无人船结构的前视结构图。

图4为本发明无人船的能源转换图。

图5为本发明无人船的工作原理图。

图中：1、载物板；2、第一船体浮子；3、第二船体浮子；4、水平轴风力发电机；5、设备舱；6、蓄电池。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1、2、3所示，本发明提供了一种搭载风力发电机的无人水质监测船，包括：一载物板1，设置在载物板1下表面左侧的第一船体浮子2，设置在载物板1下表面右侧的第二船体浮子3，所述载物板1的上表面还设置有水平轴风力发电机4、用于装载水质监测设备的设备舱5、以及连接水质监测设备和水平轴风力发电机4的蓄电池6。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，设备舱5内还设置有控制单元和无线通讯单元；所述控制单元通过通信接口连接无线通讯单元、所述水平轴风力发电机4、所述水质监测设备以及蓄电池6；所述控制单元用于接收无线通讯单元、水平轴风力发电机4、水质监测设备以及蓄电池6的数据及运行信息并发出控制指令。在本实施例中，无线通讯单元采用SIM900模块和通讯天线实现。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，水质监测设备包括有机污染物监测设备、无机污染物监测设备、PH值监测设备、溶解氧值监测设备、电导率监测设备的一种或几种的结合，用于水质监测。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，设备舱5安装在船体的头部，其内部装载的水质监测设备与所述蓄电池6的配重相同。水平轴风力发电机4安装在船体的中部，用于采集风能。蓄电池6安装在船体的尾部，用于存储所述水平轴风力发电机4产生的电能以及在无风时为所述水质监测设备提供电能。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4所示，控制单元包括不可控整流电路和斩波电路；由于风能的随机性和间歇性的特点，风力发电机直接发出的电压和频率均不稳定变化的交流电是无法直接使用的，为了能够利用该部分能源，采用不可控整流电路将所述水平轴风力发电机产生的交流电转换成直流电；斩波电路用于将交流电进行斩波处理，实现风能向电能的转换。同时，为了减少直流电的脉动，还在不可控整流电路和斩波电路之间并联了一个电容。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图5所示，为本发明搭载风力发电机的无人水质监测船的工作原理图，对于某一特定的风速，风能捕获总存在着一个最大功率点，为了提高捕获到的风能的能力，在将电压频率不稳定变化的交流电经整流变成直流电以后，通过引入最大功率跟踪策略(MPPT)来控制斩波电路中的开关器件，从而实现对等效负载的调节，从而近一步提高能源捕获的上限。为了考虑到可能存在无风时的情况，将蓄电池组和水平轴风力发电机4组成同一直流母线运行，即风能可用于无人船设备的直接供电，也可用于蓄电池6的充电运行，极大地提高了系统的可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种搭载风力发电机的无人水质监测船，包括：一载物板(1)，设置在载物板(1)下表面左侧的第一船体浮子(2)，设置在载物板(1)下表面右侧的第二船体浮子(3)，其特征在于，所述载物板(1)的上表面还设置有水平轴风力发电机(4)、用于装载水质监测设备的设备舱(5)、以及连接水质监测设备和水平轴风力发电机(4)的蓄电池(6)。

2.根据权利要求1所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述设备舱(5)内还设置有控制单元和无线通讯单元；所述控制单元通过通信接口连接无线通讯单元、所述水平轴风力发电机(4)、所述水质监测设备以及蓄电池(6)；所述控制单元用于接收无线通讯单元、水平轴风力发电机(4)、水质监测设备以及蓄电池(6)的数据及运行信息并发出控制指令。

3.根据权利要求1或2所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述水质监测设备包括有机污染物监测设备、无机污染物监测设备、PH值监测设备、溶解氧值监测设备、电导率监测设备的一种或几种的结合，用于水质监测。

4.根据权利要求1所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述设备舱(5)安装在船体的头部，其内部装载的水质监测设备与所述蓄电池(6)的配重相同。

5.根据权利要求1所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述水平轴风力发电机(4)安装在船体的中部，用于采集风能。

6.根据权利要求1所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述蓄电池(6)安装在船体的尾部，用于存储所述水平轴风力发电机(4)产生的电能以及在无风时为所述水质监测设备提供电能。

7.根据权利要求2所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述控制单元包括不可控整流电路和斩波电路；

8.根据权利要求7所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述控制单元还包括并联在所述不可控整流电路和斩波电路之间的电容，用于减少直流电的脉动。

9.根据权利要求7所述的搭载风力发电机的无人水质监测船，其特征在于，所述控制单元还引入了最大功率跟踪策略，用来控制所述斩波电路中的开关器件。