CN113009586A - 一种水底定点测量重力仪以及水下遥控机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水底定点测量重力仪以及水下遥控机器人，该水底定点测量重力仪包括密封舱以及重力测量机构，重力测量机构设置于密封舱内，重力测量机构包括自悬平支架和设置于自悬平支架的重力传感器，自悬平支架能够使重力传感器在重力作用下相对于密封舱至少在三维坐标系中绕X轴以及Y轴转动，以保持水平测量姿态；该水底定点测量重力仪自身具备密封舱，只需通过水下遥控机器人进行操作即可，使得水底定点测量重力仪整体的尺寸及重量可以减小，在测量过程中不受起吊设备以及测量船的限制，机动性能较好，能够在水底实现连续的、多个定点的重力测量，自悬平支架能够使重力传感器始终处于测量姿态，提高重力测量精度和测量效率。

Description

一种水底定点测量重力仪以及水下遥控机器人

技术领域

本发明涉及水底重力测量设备技术领域，特别涉及一种水底定点测量重力仪以及水下遥控机器人。

背景技术

海洋重力测量为研究地球形状，精化大地水准面提供重力数据，为地球物理和地质方面的研究提供重力资料。现有的海底重力测量装备由于一般采用比较大型的重力测量模块及相关安装调整支架，导致重力测量装备整体体积较大，使得进行海底重力测量必须配备大型起吊设备供沉放和提升使用，操作极其麻烦，需要多人配合才能完成，而且成本较高，一次下水操作只能在一个地点测量，机动性能较差。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种水底定点测量重力仪，能够搭载于水下遥控机器人，实现灵活机动的定点测量，提高测量效率，降低使用成本。

本发明的第二个目的在于提供一种用于搭载上述水底定点测量重力仪的水下遥控机器人。

一种水底定点测量重力仪，包括:

密封舱；

设置于所述密封舱内的重力测量机构，所述重力测量机构包括自悬平支架和设置在自悬平支架上的重力传感器，所述自悬平支架能够使所述重力传感器在重力作用下相对于所述密封舱至少在三维坐标系中绕X轴以及Y轴转动，以保持水平测量姿态。

优选地，所述自悬平支架包括外环以及内环，所述内环的两端可绕X轴转动地连接于所述外环，所述重力传感器的两端可绕Y轴转动地连接于所述内环。

优选地，所述重力测量机构还包括筒体，所述自悬平支架设置于所述筒体内，所述外环的两端固定设置于所述筒体的内壁。

优选地，所述密封舱包括上盖、舱体以及底盖，所述舱体的两端分别与所述上盖以及所述底盖可拆卸密封连接，所述重力测量机构通过设备安装支架设置于所述上盖、所述舱体以及所述底盖中的至少一个。

优选地，所述设备安装支架包括安装板、减震器以及支撑柱，所述安装板通过所述减震器安装于所述支撑柱，所述重力测量机构设置于所述安装板。

优选地，所述支撑柱设置有多个，每个所述支撑柱分别设置有所述减震器，所述安装板与各个所述减震器连接。

优选地，所述重力测量机构还包括电池、电源板组件以及主控板，所述设备安装支架还包括固定件，所述电池、所述电源板组件以及所述主控板均通过所述固定件固定于所述上盖或所述底盖。

优选地，所述上盖与所述舱体之间以及所述底盖与所述舱体之间分别通过螺纹连接且通过螺纹紧固件锁紧。

优选地，所述上盖与所述舱体的内壁、外壁以及上端端面中的至少一处之间以及所述底盖与所述舱体的内壁、外壁以及下端端面中的至少一处之间设置有密封结构。

一种水下遥控机器人，包括机器人本体，所述机器人本体搭载有如上任意一项所述的水底定点测量重力仪，实现按照预定多个位置进行机动定点的多点测量。

由以上技术方案可以看出，本发明提供的水底定点测量重力仪具有以下有益效果：

相对于现有的海底重力仪，本发明的水底定点测量重力仪采用小型的重力传感器和自悬平支架，使其密封舱整体的尺寸及重量均减小，可以直接搭载于水下遥控机器人，如ROV上，能够在水底实现连续的、多个定点的重力测量，机动性能较好；另外，水底定点测量重力仪落在水底时，重力传感器与水平面的偏差在45°之内时，自悬平支架都将使重力传感器处于水平状态，提高重力测量精度和测量效率。

本发明还公开了一种水下遥控机器人，该水下遥控机器人包括机器人本体以及上述水底定点测量重力仪，该水底定点测量重力仪搭载于水下遥控机器人上，由于该水底定点测量重力仪具有上述有益效果，则采用该水底定点测量重力仪的水下遥控机器人理应具有相同的有益效果，在此不再赘述。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的内部结构主视图；

图4为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的内部结构侧视图；

图5为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的筒体、自悬平支架和重力传感器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的自悬平支架和重力传感器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的俯视图；

图8为图7中的A向剖视图；

图9为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的设备安装支架的结构示意图。

其中：

1为密封舱；110为上盖；120为舱体；130为底盖；130a为凹槽；140为密封圈；150为螺纹紧固件；2为重力测量机构；210为筒体；220为电池；230为电源板组件；231为第一电源板；232为第二电源板；240为主控板；250为设备安装支架；251为支撑柱；252为固定板；253为电池插头卡片；253a为电池插头；254为减震器；255为加强筋板；256为安装板；260为自悬平支架；261为外环；262为内环；270为重力传感器；3为放气阀；4为牺牲阳极；5为水密头。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种水底定点测量重力仪，以达到使其便于操作使用，能够搭载于水下遥控机器人在水下进行灵活机动的测量，降低使用成本的目的。

本发明的另一核心是提供一种用于搭载上述水底定点测量重力仪的水下遥控机器人。

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。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。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的结构示意图，图2为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的内部结构示意图，图3为本发明实施例提供的水底定点测量重力仪的内部结构主视图。

本发明实施例中公开了一种水底定点测量重力仪，该水底定点测量重力仪包括密封舱1以及重力测量机构2，密封舱1可以采用无法打开的全封闭结构，也可以采用具有可启闭的舱门的可开启结构，若采用可开启结构则需要相应地在可开启位置设置密封结构，为便于重力测量机构2的安装以及维护，在本发明实施例中，密封舱1采用可拆卸结构，如图1所示，密封舱1包括上盖110、舱体120以及底盖130，舱体120的两端分别与上盖110以及底盖130可拆卸密封连接，重力测量机构2设置于上盖110、舱体120以及底盖130中的至少一个，上述可拆卸密封连接包括但不限于螺纹连接、螺纹紧固件150连接、卡扣件连接，密封舱1的材料及厚度本领域技术人员可以根据实际需要进行选择；重力测量机构2设置于密封舱1内，重力测量机构2可以通过无线通讯的方式与搭载其的水下遥控机器人或者通过操作人员处的终端进行通信，或者通过有线通讯的方式与搭载其的水下遥控机器人进行通讯，重力测量机构2可以自身配备电池220，也可以利用水下遥控机器人为其进行供电，该重力测量机构2包括自悬平支架260和设置在自悬平支架260上的重力传感器270，自悬平支架260能够使重力传感器270在重力作用下相对于密封舱1至少在三维坐标系中绕X轴以及Y轴转动，以保持水平测量姿态。

综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的水底定点测量重力仪自身具备密封舱1，无需使用笨重的潜水钟，可以直接搭载与水下遥控机器人，如ROV上，能够在水底实现连续的、多个定点的重力测量，机动性能较好，使用过程中只需通过水下遥控机器人进行操作即可，无需操作人员随水底定点测量重力仪一同潜入水下，因此密封舱1仅需能够容纳重力测量机构2即可，不必为操作人员以及供氧设备提供空间，使得水底定点测量重力仪整体的尺寸及重量可以减小，无需配备大型起吊设备以及相应的测量船，在测量过程中不受起吊设备以及测量船的限制，机动性能较好；另外，水底定点测量重力仪落在水底时，重力传感器270与水平面的偏差在45°之内时，自悬平支架260都将使重力传感器270处于水平状态，提高重力测量精度和测量效率。

如图3所示，在本发明实施例中，上述自悬平支架260包括外环261以及内环262，内环262的两端可绕X轴转动地连接于外环261，重力传感器270的两端可绕Y轴转动地连接于内环262，当水底定点测量重力仪偏斜时，重力传感器270受重力作用的影响会相对于内环262、外环261转动以保持在测量位置，上述自悬平支架260的结构设计使重力传感器270仅依靠自身重力即可实现姿态调整，并且结构简单，便于加工使用。

当然需要说明的是，自悬平支架260可以采用上述利用重力的被动驱动结构，也可以采用目前类似于稳定器的主动驱动结构，比如可以包括多个铰接的转动臂，各转动臂的铰接处设置驱动电机，重力传感器处设置姿态检测装置，控制器通过姿态检测装置检测重力传感器的姿态变化，然后控制相应的驱动电机动作使重力传感器保持在测量位置。

进一步优化上述技术方案，如图2所示，重力测量机构2还包括筒体210，自悬平支架260设置于筒体210内，外环261的两端固定设置于筒体210的内壁。

如图4所示，在本发明实施例中，筒体210倾斜设置以缩小水底定点测量重力仪整体的轴向尺寸，使整体结构更为紧凑。

作为优选地，水底定点测量重力仪的密封舱1内还设置有用于固定上述重力测量机构2的设备安装支架250，重力测量机构2通过该设备安装支架250设置于密封舱1的上盖110、舱体120以及底盖130中的至少一个.

在图2-图4所示实施例中重力测量机构2通过该设备安装支架250设置于密封舱1的底盖130。

作为优选地，设备安装支架250包括安装板256、减震器254以及支撑柱251，安装板256通过减震器254安装于支撑柱251，重力测量机构2的筒体210设置于安装板256，减震器254可以缓解在使用、搬运、移动时，外力冲击，如水流冲击、固体撞击等对重力传感器270的影响。该减震器254包括但不限于弹簧减震器、橡胶减震器。

进一步地，支撑柱251设置有多个，每个支撑柱251分别设置有减震器254，安装板256与各个减震器254连接，如图9所示，上述设备安装支架250包括四根周向均布的支撑柱251，相邻两支撑柱251之间通过加强筋板255连接以提高四根支撑柱251构成的支撑结构的稳定性。

如图2-图4及图9所示，上述各支撑柱251通过螺栓固定在底盖130，支撑柱251的底端设置有底座，该底座垂直于轴向的截面积大于支撑柱251垂直于轴向的截面积，底座上沿周向设置有多个供螺栓穿过的通孔，螺栓穿过该通孔与底盖130配合将支撑座安装于底盖130，支撑柱251底端的底座一是可以便于支撑柱251与底盖130的连接，二是可以增加支撑柱251与底盖130之间的接触面积，提高支撑柱251本身的稳定性。

需要说明的是，上述重力测量机构2除了包括上述筒体210、自悬平支架260以及重力传感器270外，还包括电池220、电源板组件230以及主控板240，因此上述设备安装支架250除了要固定筒体210外，还需要为电池220、电源板组件230以及主控板240提供安装位置，设备安装支架250可以是一个整体，也可以由多个互不相干的部分构成，当然上述电池220、电源板组件230以及主控板240可以全部设置于设备安装支架250，或者电池220、电源板组件230以及主控板240三者中的至少一个设置于设备安装支架250，其余设置于上盖110、舱体120或底盖130，电池220通过电源板组件230与主控板240以及重力传感器270连接，设备安装支架250可以与上盖110、舱体120以及底盖130中的任意一个连接固定，电池220通过电源板组件230可以进行充电或者为主控板240、重力传感器270提供电源，当然电池220也可以为一次性的，电量耗尽后可通过更换的方式重新获得电源，主控板240与重力传感器270连接，主控板240上可以设置通讯模块和/或存储模块，以能够将检测数据直接发送至水下遥控机器人或者操作人员终端，当然也可以将检测数据存储在存储模块中，测量完成后，操作人员打开密封舱1通过数据线从存储模块中获取检测数据。在本发明一种实施例中，电池220、电源板组件230以及主控板240均通过设备安装支架250固定于上盖110或底盖130。

具体地，上述电源板组件230包括第一电源板231、第二电源板232以及充电板。

如图3-图5所示，在本发明实施例中，设备安装支架250包括固定板252以及电池插头卡片253，固定板252设置于两根支撑柱251之间，电源板组件230以及主控板240设置于固定板252，电池插头卡片253将电池220固定于上盖110或底盖130，电池插头卡片253上设置有用于与电池220对接的电池插头253a，电池220通过电池插头253a与电源板组件230连接。

作为优选地，如图7和图8所示，上盖110及底盖130中的一个设置有与电池220适配的插槽，电池220的一端插装于插槽，电池220的另一端与电池插头卡片253适配且电池插头卡片253对电池220进行限位，通过在上盖110及底盖130中的一个设置插槽，可以提高电池220安装的稳定性，并节省密封舱1内部空间。

作为优选地，如图2所示，上盖110和/或底盖130设置有用于布线的凹槽130a，该凹槽130a在减轻密封舱1重量的同时便于布线，节约空间。

作为优选地，如图1-图4和图7-图8所示，密封舱1设置有放气阀3、牺牲阳极4以及供线缆穿过的水密头5，放气阀3用于使密封舱1内外气压平衡，牺牲阳极4用于保护密封舱1，减少海水对密封舱1的腐蚀，水密头5用于在必须使用线缆时对密封舱1上供线缆穿过的位置进行密封，避免海水沿线缆进入密封舱1内，在本发明实施例中，上述放气阀3、牺牲阳极4以及水密头5均设置于上盖110。

作为优选地，在本发明实施例中，密封舱1的采用铝合金制成，且在密封舱1的外表面涂有阳极氧化层。

作为优选地，密封舱1的外形整体为圆柱形，以提高其承压能力，并降低在水中移动时水造成的阻力，如图1所示，在本发明实施例中，底盖130的下部设置有向外扩张的锥状结构，以提高水底定点测量重力仪放置时的稳定性。需要说明的是，密封舱1也可以根据水下遥控机器人的构造采用其他形状。

作为优选地，在本发明实施例中，如图2和图8所示，上盖110与舱体120之间以及底盖130与舱体120之间分别通过螺纹连接且通过螺纹紧固件150锁紧，为保证受力均匀，上盖110与舱体120之间以及底盖130与舱体120之间的螺纹紧固件150应当设置多个，并沿周向均匀分布。

根据上盖110与舱体120以及底盖130与舱体120之间配合方式的不同，上盖110与舱体120的内壁、外壁以及上端端面中的至少一处之间以及底盖130与舱体120的内壁、外壁以及下端端面中的至少一处之间设置有密封结构，密封结构可以由一道或多道密封圈140构成。

具体地，如图2-图4及图8所示，上盖110与底盖130均由大径段以及小径段构成，其中上盖110与底盖130的小径段的外壁面上设置有外螺纹，舱体120的两端内壁分别设置有与外螺纹适配的内螺纹，当外螺纹与内螺纹拧紧配合后，舱体120的两端端面分别与上盖110及底盖130的环形台阶面抵接配合，上盖110与底盖130的大径段在环形台阶面所在位置分别设置有通孔，舱体120的两端端面上分别设置有螺纹孔，螺纹紧固件150穿过通孔与螺纹孔配合进行锁紧。

更进一步地，如图2-图4及图8所示，在上盖110的小径段以及下盖的小径段的外壁面上分别设置有环形密封槽，环形密封槽内设置有密封圈140以作为密封结构，当上盖110以及底盖130与舱体120配合时，上盖110以及底盖130分别与舱体120配合将密封圈140挤压变形，实现密封，为保证密封效果，环形密封槽可设置多条，并沿轴向间隔分布。

当然上盖110与舱体120之间以及底盖130与舱体120之间的配合结构可以相同或不同，并且上盖110与舱体120之间以及底盖130与舱体120之间的配合结构并不局限于本案实施例提供的方案，上盖110与舱体120之间以及底盖130与舱体120之间的密封结构也可以设置于其他位置，本领域技术人员根据需要可以自行设计改进，在此不做限定。

对于上述水底定点测量重力仪，密封舱1的密封性以及承压性对于水底定点测量重力仪能否完成水下测量任务有着重要影响，因此需要对密封舱1进行测试。

测试内容：

一、测试设备：1、高压吸水率测试仪；2、电子天平；

二、测试前处置：用上述电子天平测试密封舱样品的干重及湿重，记录干重及湿重数据，然后将密封舱样品以隔膜保护放入测试罐；

三、测试过程：

以下方表格内的制度升降测试罐内的压力

测试完成后测量密封舱样品的湿重；

四、测试结果：

注：测试结束后将样品表面水分擦干，再对测试后样品湿重进行测量，得到测试后样品湿重。

吸水率计算公式：

测试总结：密封舱样品在31MPa的测试环境中测试12h后吸水率仅为0.037％，且测试过程中压力曲线未发生明显波动，样品外观也未见明显损伤裂纹，即所测试的密封舱样品能够在31MPa的水压下保护内部设备，根据水压公式p＝ρgh，海水密度ρ为1030kg/m³，重力加速度g取9.8N/kg，可以得出31MPa对应的海洋深度h大约为3071m，因此上述测试的密封舱样品至少可以满足3000m海底的测试需求。

基于上述实施例中的水底定点测量重力仪，本发明还提供了一种水下遥控机器人，该水下遥控机器人包括机器人本体以及上述实施例中的水底定点测量重力仪，以实现按照预定多个位置进行机动定点的多点测量，即实现连续的、多个定点的重力测量，由于该水底定点测量重力仪具备上述技术效果，则采用了上述水底定点测量重力仪的水下遥控机器人的技术效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水底定点测量重力仪，其特征在于，包括:

密封舱；

设置于所述密封舱内的重力测量机构，所述重力测量机构包括自悬平支架和设置在自悬平支架上的重力传感器，所述自悬平支架能够使所述重力传感器在重力作用下相对于所述密封舱至少在三维坐标系中绕X轴以及Y轴转动，以保持水平测量姿态。

2.根据权利要求1所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述自悬平支架包括外环以及内环，所述内环的两端可绕X轴转动地连接于所述外环，所述重力传感器的两端可绕Y轴转动地连接于所述内环。

3.根据权利要求2所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述重力测量机构还包括筒体，所述自悬平支架设置于所述筒体内，所述外环的两端固定设置于所述筒体的内壁。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述密封舱包括上盖、舱体以及底盖，所述舱体的两端分别与所述上盖以及所述底盖可拆卸密封连接，所述重力测量机构通过设备安装支架设置于所述上盖、所述舱体以及所述底盖中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述设备安装支架包括安装板、减震器以及支撑柱，所述安装板通过所述减震器安装于所述支撑柱，所述重力测量机构设置于所述安装板。

6.根据权利要求5所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述支撑柱设置有多个，每个所述支撑柱分别设置有所述减震器，所述安装板与各个所述减震器连接。

7.根据权利要求5或6所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述重力测量机构还包括电池、电源板组件以及主控板，所述设备安装支架还包括固定件，所述电池、所述电源板组件以及所述主控板均通过所述固定件固定于所述上盖或所述底盖。

8.根据权利要求4所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述上盖与所述舱体之间以及所述底盖与所述舱体之间分别通过螺纹连接且通过螺纹紧固件锁紧。

9.根据权利要求4所述的水底定点测量重力仪，其特征在于，所述上盖与所述舱体的内壁、外壁以及上端端面中的至少一处之间以及所述底盖与所述舱体的内壁、外壁以及下端端面中的至少一处之间设置有密封结构。

10.一种水下遥控机器人，包括机器人本体，其特征在于，所述机器人本体搭载有如权利要求1-9任意一项所述的水底定点测量重力仪,实现按照预定多个位置进行机动定点的多点测量。

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