CN117684985B - 一种深海采矿车矿石料仓及计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下称重技术领域，公开了一种深海采矿车矿石料仓及计量方法。深海采矿车矿石料仓设置于海底采矿车的尾部，深海采矿车矿石料仓包括矿石储料仓、深海称重传感器、视频辅助报警摄像头、用于数据处理的传输耐压舱和传感器安装框架；传感器安装框架为海底采矿车的车体主框架一部分，传感器安装框架通过深海称重传感器与矿石储料仓相接，视频辅助报警摄像头设置于传感器安装框架上且朝向矿石储料仓，深海称重传感器还与传输耐压舱相接。通过深海称重传感器和矿石储料仓实时测量矿石料仓中的矿石重量，解决了海底采矿车无法实时对矿石称重的问题。

Description

一种深海采矿车矿石料仓及计量方法

技术领域

本发明涉及水下称重技术领域，尤其涉及一种深海采矿车矿石料仓及计量方法。

背景技术

海底蕴含有丰富的矿物资源，人们通过对海底矿产资源进行开采从而加以利用，人们常通过海底采矿车实现海底矿产资源的开采，然而现有的海底采矿车是先在海底进行矿物开采，存储在海底采矿车的矿物存储仓中，再将矿产资源输送上采矿船后，才进行磅秤称重计量，从而实现海底矿产资源的开采，但在这种海底采矿车的开采流程中，不但费时繁琐，并且海底采矿车无法实时检测开采的矿产资源的重量，导致海底采矿车的矿物存储仓面临着工作一段时间后随时会爆仓，进而会使得输送管道堵塞的问题，最后不但无法进行海底矿产资源的开采，还会导致采矿车出现损坏，无法执行后续的海底矿产资源开采的任务。

发明内容

本发明提供了一种深海采矿车矿石料仓及计量方法，以解决现有的海底采矿车无法实时称重矿石的问题。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种深海采矿车矿石料仓，所述深海采矿车矿石料仓设置于海底采矿车的尾部，所述深海采矿车矿石料仓包括矿石储料仓、深海称重传感器、视频辅助报警摄像头、用于数据处理的传输耐压舱和传感器安装框架；

所述传感器安装框架为海底采矿车的车体主框架一部分，所述传感器安装框架通过所述深海称重传感器与所述矿石储料仓相接，所述视频辅助报警摄像头设置于所述传感器安装框架上且朝向所述矿石储料仓，所述深海称重传感器还与所述传输耐压舱相接；

所述深海称重传感器包括本体、应变片和受力变形部件组合，受力变形部件组合将压力传导至应变片使其变形，应变片连接形成检测电路，所述应变片设置在本体开设的腔体内，所述腔体内填充有液压油，所述腔体通过密封膜与外部隔离，所述应变片浸泡在液压油中并固定在受力变形部件组合的弹性体上。

通过上述设计，通过深海称重传感器对矿石储料仓实现重量检测，并将重量信号实时传送至传输耐压舱进行预处理，可以实时对海底采矿车开采的矿石进行监测，防止矿石料仓爆仓，还可进一步将海底采矿车通过传输线缆与海面船只相接，将处理后的重量信号进行光电转换后通过传输线缆传输至船只的上位机上进行实时显示。

进一步的，所述传感器安装框架设置于所述矿石储料仓上方，所述传感器安装框架通过若干深海称重传感器在竖直方向上与所述矿石储料仓相接；

所述传感器安装框架中间设置有横梁，所述深海称重传感器与所述矿石储料仓、横梁之间均通过关节轴承相接。

进一步的，所述传感器安装框架水平面积大于所述矿石储料仓的仓口水平面积，所述传感器安装框架两端向下延伸，延伸部分沿水平方向设置有弹簧片与所述矿石储料仓相接。

通过上述设计，通过弹簧片和关节轴承，将矿石料仓设计成悬浮式结构，是矿石料仓可以在一定范围内移动，找到最佳受力状态，同时弹簧片和关节轴承又不会影响在竖直方向上重力传感器的测力工作。

进一步的，所述受力变形部件包括辐条和圆轴，所述圆轴设置于所述腔体中且通过所述辐条与所述本体相接，所述应变片与所述辐条相接，所述圆轴通过辐条将压力传到至所述应变片使其变形。

进一步的，所述圆轴通过4个对称腔体中心设置的辐条与所述本体相接，所述辐条上均设置有应变片，与不同辐条相接应变片相互连接形成用于检测重力的桥式电路。

进一步的，所述矿石料仓中设置有高位线，所述矿石储料仓中设置有高位线，所述视频辅助报警摄像头朝向所述高位线。

通过上述设计，通过高位线和视频辅助报警摄像头，可以配合深海称重传感器执行矿石重量的统计，当矿石料仓中矿石达到高位线时，再实时测量矿石料仓中矿石的具体重量。

进一步的，所述矿石储料仓中设置有用于检测行驶过程中所述矿石储料仓受到加速度的加速度计。

第二方面，本发明还提供一种深海采矿车矿石料仓计量方法，应用于上述任一项所述的深海采矿车矿石料仓，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据矿石储料仓的矿石最大存储量的重量设置对应的高位值，对应矿石储料仓的矿石最大存储量的体积设置对应的高位线；

步骤2：开始执行采矿任务，并实时根据矿石储料仓中的矿石存储量生成重量信号，将重量信号进行预处理后结合高位值进行比较，当所述重量信号达到高位值或矿石储料仓中矿石达到高位线时，停止采矿任务并对矿石储料仓中矿石进行称重生成重量报表，完成采矿任务。

通过上述设计，通过视频辅助报警摄像头观察是否达到高位线，对矿石的重量监测起到协同作用，防止矿石料仓中采集的矿石过多，而导致输送管道堵塞损坏海底采矿车的情况出现。

进一步的，所述预处理包括：对海底采矿车的运动状态进行判断；

当所述海底采矿车为静止状态时，直接对所述矿石储料仓的受力进行检测；

当所述海底采矿车为运动状态时，获取所述矿石储料仓受到的加速度，结合重量信号对矿石储料仓的受力进行检测，具体通过如下公式计算：

；

其中，为重量信号的将测量值；

为矿石储料仓和其中存储矿石的总重量值；

为当地重力加速度值；

为矿石料仓受到的加速度。

有益效果：

本发明提供的一种深海采矿车矿石料仓及计量方法，通过深海称重传感器将矿石储料仓中的矿石进行重量测量，再由传输耐压舱将重量信号进行预处理，有效实现了海底采矿车对于矿石重量的实时称重。

在本发明的优选方案中，通过弹簧片和关节轴承使矿石料仓设计为悬浮式结构，可以使矿石料仓在一定范围内移动，防止海底采矿车在移动时，对矿石料仓的冲击，并且也不会影响对矿石料仓中矿石的重量测量。

附图说明

图1为本发明实施例的深海采矿车矿石料仓的结构示意图；

图2为本发明实施例的深海采矿车矿石料仓的系统框图；

图3为本发明实施例的深海采矿车矿石料仓的矿石料仓与安装框架连接处的俯视图；

图4为本发明实施例的深海采矿车矿石料仓的矿石料仓与安装框架连接处的侧视图；

图5为本发明实施例的深海称重传感器的剖视图；

图6为本发明实施例的深海称重传感器未安装密封膜时的俯视图。

图中：

1、矿石储料仓；2、深海称重传感器；3、视频辅助报警摄像头；4、传输耐压舱；5、传感器安装框架；51、横梁；52、关节轴承；53、弹簧片；21、本体；22、应变片；23、受力变形部件组合；211、腔体；212、液压油；24、密封膜；231、辐条；232、圆轴；221、桥式电路；11、高位线。

具体实施方式

下面对本发明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作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。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

请参见图1-2，本申请实施例提供一种深海采矿车矿石料仓，深海采矿车矿石料仓设置于海底采矿车的尾部，深海采矿车矿石料仓包括矿石储料仓1、深海称重传感器2、视频辅助报警摄像头3、用于数据处理的传输耐压舱4和传感器安装框架5；

传感器安装框架5为海底采矿车的车体主框架一部分，传感器安装框架5通过深海称重传感器2与矿石储料仓1相接，视频辅助报警摄像头3设置于传感器安装框架5上且朝向矿石储料仓1，深海称重传感器2还与传输耐压舱4相接。

在本实施例中，海底采矿车为海底集矿式采矿车，海底采矿车还包括采集装置和传输装置，海底采矿车通过采集装置进行矿石的采集，再通过传输装置将采集的矿石传输至矿石储料仓1中，传输耐压舱4中对应设置有下位机，海称重传感器与传输耐压舱4中的下位机相连，下位机通过传输线缆与海面船只相接，将处理后的重量信号通过光电模块进行光电转换后通过传输线缆传输至船只的上位机上进行实时显示。

通过深海称重传感器2对矿石储料仓1实现重量检测，并将重量信号实时传送至传输耐压舱4进行预处理，可以实时对海底采矿车开采的矿石进行监测，防止矿石料仓爆仓。

请参见图3-4，传感器安装框架5设置于矿石储料仓1上方，传感器安装框架5通过若干深海称重传感器2在竖直方向上与矿石储料仓1相接；

传感器安装框架5中间设置有横梁51，深海称重传感器2与矿石储料仓1、横梁51之间均通过关节轴承52相接。

具体的，横梁51开设有圆孔，关节轴承52的螺杆端传过圆孔并通过螺母固定，关节轴承52的轴承端连接深海称重传感器2的上端，深海称重传感器2的下端与另一关节轴承52的轴承端相接，另一关节轴承52的螺杆端与矿石料仓的上端相接。

在本实施例中，传感器安装框架5通过4个深海称重传感器2与矿石料仓相接，更为均衡的测量矿石料仓中的矿石重量。

在其他实施例中，还可根据实际需求根据传感器安装框架5的重心设计其他数量的深海称重传感器2。

传感器安装框架5水平面积大于矿石储料仓1的仓口水平面积，传感器安装框架5两端向下延伸，延伸部分沿水平方向设置有弹簧片53与矿石储料仓1相接，弹簧片53的一端通过螺栓与传感器安装框架5相接，弹簧片53的另一端与矿石储料仓1的仓口相接，弹簧片53呈水平布置。

通过弹簧片53和关节轴承52，将矿石料仓设计成悬浮式结构，使矿石料仓可以在一定范围内移动，找到最佳受力状态，同时弹簧片53和关节轴承52又不会影响在竖直方向上重力传感器的测力工作。

请参见图5，深海称重传感器2包括本体21、应变片22和受力变形部件组合23，受力变形部件组合23将压力传导至应变片22使其变形，应变片22连接形成检测电路，应变片22设置在本体21开设的腔体211内，腔体211内填充有液压油212，腔体211通过密封膜24与外部隔离，应变片22浸泡在液压油212中并固定在受力变形部件组合23的弹性体上。

请参见图6，受力变形部件包括辐条231和圆轴232，圆轴232设置于腔体211中且通过辐条231与本体21相接，应变片22与辐条231相接，圆轴232通过辐条231将压力传到至应变片22使其变形。

圆轴232通过4个对称腔体211中心设置的辐条231与本体21相接，辐条231上均设置有应变片22，与不同辐条231相接应变片22相互连接形成用于检测重力的桥式电路221。

通过应变片22相互连接形成桥式电路221，通过应变片22的形变导致电阻变化，根据电流变化大小即可实现受力大小的检测，同时通过液压油212和密封膜24，防止了深海环境中的高压高盐环境对桥式电路221的造成影响。

矿石料仓中设置有高位线11，矿石储料仓1中设置有高位线11，视频辅助报警摄像头3朝向高位线11。

通过高位线11和视频辅助报警摄像头3，可以配合深海称重传感器2执行矿石重量的统计，当矿石料仓中矿石达到高位线11时，再实时测量矿石料仓中矿石的具体重量。

矿石储料仓1中设置有用于检测行驶过程中矿石储料仓1受到加速度的加速度计。

通过加速度计使得海底采矿车可以在移动过程中计算矿石储料仓1的受力情况。

本申请实施例还提供一种深海采矿车矿石料仓计量方法，包括如下步骤：

步骤1：根据矿石储料仓1的矿石最大存储量的重量设置对应的高位值，对应矿石储料仓1的矿石最大存储量的体积设置对应的高位线11；

步骤2：开始执行采矿任务，并实时根据矿石储料仓1中的矿石存储量生成重量信号，将重量信号进行预处理后结合高位值进行比较，当重量信号达到高位值或矿石储料仓1中矿石达到高位线11时，停止采矿任务并对矿石储料仓1中矿石进行称重生成重量报表，完成采矿任务。

在本实施例中，高位线11通过一个视频辅助报警摄像头3进行观测；

通过视频辅助报警摄像头3观察是否达到高位线11，对矿石的重量监测起到协同作用，防止矿石料仓中采集的矿石过多，而导致海底采矿车的输送管道堵塞损坏海底采矿车的情况出现。

预处理包括：对海底采矿车的运动状态进行判断；

当海底采矿车为静止状态时，直接对矿石储料仓1的受力进行检测；

当海底采矿车为运动状态时，获取矿石储料仓1受到的加速度，结合重量信号对矿石储料仓1的受力进行检测，具体通过如下公式计算：

；

其中，为重量信号的将测量值；

为矿石储料仓1和其中存储矿石的总重量值；

为当地重力加速度值；

为矿石料仓受到的加速度。

在本实施例实施时，可预先对应矿石储料仓1中矿石最大存储量的重量设置高位值，然后根据高位值在矿石储料仓1中设置高位线11，将视频辅助报警摄像头3对准高位线11处，海底采矿车开始执行采矿任务，通过矿石采集装置、输送管道向矿石储料仓1中输送矿石，不断通过深海称重传感器2实时测量矿石储料仓1中矿石重量，产生对应的电信号并传输给传输耐压舱4，由传输耐压舱4中的下位机通过光电模块将电信号转换为光信号后，通过传输线缆传输至上位机，上位机设置在对应的船体上，在上位机上显示矿石重量，当矿石重量达到高位值时或者通过视频辅助报警摄像头3观测到矿石储料仓1中矿石达到高位线11时，海底采矿车停止采矿任务。

具体的，对应的，还可设置其他的后续处理，如设置对应高位值设置报警处理、对采集矿石重量设置去皮、清零、重量标定、物料深水重量转换等操作。

在上述通过深海称重传感器2实时测量矿石储料仓1中矿石重量的过程中，在深海中存在浮力、水压以及洋流等因素，虽然水压、洋流以及浮力会对矿石储料仓1中矿石称重的准确重量造成影响，使得最终获取的矿石重量存在一定误差，但是在深海称重传感器2中设置有液压油212，水压不会对深海称重传感器2的称重功能造成影响；

其中，误差具体包括洋流流向的细微变化，深海水压对矿物的密度体积影响，以及矿石储料仓1的矿石具体排水情况导致的浮力变化，上述误差都处于本申请可接受的范围内，且相对于大重量的矿石称重几乎可以忽略，最后，还可通过在执行采矿任务前，通过模拟实验的形式，测量干燥矿石的重量，再将矿石放入水中进行称重，获取干燥矿石与水中受浮力、浸润影响矿石的修正系数，结合修正系数来克服一定程度上的误差。

在本申请中，出现的误差在可接受范围内，且并不影响本申请在深海环境中实时执行称重任务。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种深海采矿车矿石料仓，其特征在于，所述深海采矿车矿石料仓设置于海底采矿车的尾部，所述深海采矿车矿石料仓包括矿石储料仓（1）、深海称重传感器（2）、视频辅助报警摄像头（3）、用于数据处理的传输耐压舱（4）和传感器安装框架（5）；

所述传感器安装框架（5）为海底采矿车的车体主框架一部分，所述传感器安装框架（5）通过所述深海称重传感器（2）与所述矿石储料仓（1）相接，所述视频辅助报警摄像头（3）设置于所述传感器安装框架（5）上且朝向所述矿石储料仓（1），所述深海称重传感器（2）还与所述传输耐压舱（4）相接；

所述传感器安装框架（5）设置于所述矿石储料仓（1）上方，所述传感器安装框架（5）通过若干深海称重传感器（2）在竖直方向上与所述矿石储料仓（1）相接；

所述传感器安装框架（5）中间设置有横梁（51），所述深海称重传感器（2）与所述矿石储料仓（1）、横梁（51）之间均通过关节轴承（52）相接；

所述传感器安装框架（5）水平面积大于所述矿石储料仓（1）的仓口水平面积，所述传感器安装框架（5）两端向下延伸，延伸部分沿水平方向设置有弹簧片（53）与所述矿石储料仓（1）相接；

所述深海称重传感器（2）包括本体（21）、应变片（22）和受力变形部件组合（23）以及密封膜（24），所述受力变形部件组合（23）包括辐条（231）和圆轴（232），所述圆轴（232）设置于所述本体（21）开设的腔体（211）中且通过所述辐条（231）与所述本体（21）相接，所述辐条（231）为4个且对称所述腔体（211）中心设置，所述辐条（231）上均设置有应变片（22），所述圆轴（232）通过辐条（231）将压力传导到应变片（22）使应变片（22）变形，与不同辐条（231）相接的应变片（22）相互连接形成用于检测重力的桥式电路（221），所述应变片（22）位于所述腔体（211）内，所述腔体（211）内填充有液压油（212），所述腔体（211）通过密封膜（24）与外部隔离。

2.根据权利要求1所述的深海采矿车矿石料仓，其特征在于，所述矿石储料仓（1）中设置有对应矿石储料仓（1）的矿石最大存储量的体积的高位线（11），所述视频辅助报警摄像头（3）朝向所述高位线（11）。

3.根据权利要求2所述的深海采矿车矿石料仓，其特征在于，所述矿石储料仓（1）中设置有用于检测行驶过程中所述矿石储料仓（1）受到的加速度的加速度计。

4.一种深海采矿车矿石料仓计量方法，其特征在于，应用于权利要求2-3任一项所述的深海采矿车矿石料仓，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据矿石储料仓（1）的矿石最大存储量的重量设置对应的高位值，对应矿石储料仓（1）的矿石最大存储量的体积设置对应的高位线（11）；

步骤2：开始执行采矿任务，并实时根据矿石储料仓（1）中的矿石存储量生成重量信号，将重量信号进行预处理后结合高位值进行比较，当所述重量信号达到高位值或矿石储料仓（1）中矿石达到高位线（11）时，停止采矿任务并对矿石储料仓（1）中矿石进行称重生成重量报表，完成采矿任务。