一种深海探测潜标的设计与研制
发布时间：2021-07-13 04:39
近些年来,随着海洋传感器的发展,传感器的种类和精度不再制约海洋监测的发展。但是由于受到海洋环境的特殊性影响,传统浮标受监测区域、监测深度限制,不能广泛应用到深海中。近几年来,通过浮力调节机构使海洋设备测量不同深度剖面的海洋数据逐渐成为现阶段海洋监测的主力。本文研究了一款以浮力调节装置为核心的潜标,通过调节浮力大小使其可以上浮或者下潜获取不同深度的海洋数据。本文研究内容具体如下:1、通过查阅国内外资料,介绍各类浮力调节的原理以及特点。根据本次潜标项目的设计需求,集中阐述了阀门式浮力调节机构与柱塞式浮力调节机构的优缺点,最终选择柱塞式浮力调节装置。2、根据潜标项目要求,完成潜标浮力调节机构的设计,具体包含:根据潜标使用深度和浮球舱体大小计算出浮力调节量的大小,完成对油囊的选型;完成的浮力调节装置传动机构的设计和选型;通过计算和Solid Works仿真完成对活塞舱密封设计和耐压校核;在使用过程中对浮力调节量电机限位进行监测,选择拉线传感器和限位微动开关方案。3、完成潜标主控系统的设计,具体包括:完成对主控芯片选型、监测模块选型和数据采集、SD卡存储;根据潜标运动流程和周期,通过硬件继电器方...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型变体积式浮力调节系统结构
杭州电子科技大学硕士学位论文4的研究和发展也越来越快。1.3.1国外研究现状早在1955年，Swallow就提出一种“中性浮标”的概念，通过增减配重块来使浮标可以悬浮并停留在某一深度层来测量海流，并于1961年在墨西哥湾通过了测试。1964年，海水泵式浮力调节装置在美国问世，美国“ALVIN”在使用初期便有着1829米的下潜记录。在1974年的重建之后，他还有这最大下潜深度4500米的记录[16]。如图1.2所示，“ALVIN”是一种典型的开放式液压海水泵系统，通过A、D阀门打开（此时B、C阀门关闭），海水会被从海水舱排出到潜器外部从而使潜器总体重量减少，潜器因此上福通过B、C阀门打开（A、D阀门关闭），海水受到深海高压作用直接进入海水舱水使潜器重量增加，潜器下潜。在海水舱中，会预先充入高压空气，可以抵消一部分的海水压力。此类设备的核心是海水泵装置，可以承受最大水压为42MPa。同时，该套设备还配有海水液位检测，当液位到达量程极限还会触发保护动作。图1.2美国“ALVIN”号浮力调节装置原理图2000年日本研制出“URASHIMA”水下机器人。通过采用变体积浮力调节的方式，使用气囊来作为改变体积的载体。整套浮力调节机构被称为VBT（VariableBallastTank）。浮力调节机构以钛合金金属为外壳，油箱最大直径450mm，长度为800mm，浮力调节系统调节变化量为60L，最大使用深度3600米，它被水下机器人用来微调姿态以及实现设备的无动力上浮和下潜[17]。“URASHIMA”水下机器人如图1.3所示。
杭州电子科技大学硕士学位论文5图1.3日本“URASHIMA”水下机器人1998年美国等国家提出ARGO[18]计划(ARRAYforREAL-TIMEGEOSTROPHICOCEANOGRAPHY)，构想用3-4年时间在全球大洋中每隔300公里布放一个Argo浮标。此类浮标属于自律式的拉格朗日环流剖面观测浮标，它以浮力调节装置为主要运动装置，最大下潜至2000米获取不同深度剖面的海洋数据。浮标每隔1-2周时间上浮至水面，通过卫星发送监测数据。发送完毕后，浮标下潜进入下一个采集周期。与一般的锚链式浮标相比，而Argo浮标自下潜开始就持续获取数据，可以采集到不同深度剖面的监测数据，Argo同时受到洋流作用可以采集更多区域的区域数据[19]。1.3.2国内研究现状中国将浮力调节设备用于水下设备主要动力装置起步较晚，但是发展迅速。2003年，我国自主研制的海洋探测浮标COPEX（ChinaOceanProfilingExplorer）成功完成了布放实验[20,21]，其中浮力调节装置主要采取柱塞泵模式。如图1.4所示，通过电机推动丝杆，带动活塞向下运动，将舱内储油设备中的液压油挤入外部油囊，实现设备体积增大，从而实现设备上福当电机推动丝杆运动，带动活塞往上运动，外部油囊此时受到舱内压力和深海压力的作用，将液压油挤入到活塞舱中，设备体积变小，实现下潜的动作。当电机运动停止后，海水压力作用传递到电机时，因其小于电机自锁力，外部油囊内的液压油不会回流。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[2]海洋环境监测技术及仪器装备的发展现状与趋势[J]. 漆随平,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[3]深水结构物监测耐压壳体的密封结构设计[J]. 司江伟,刘军鹏,罗晓兰,张涛. 石油矿场机械. 2019(05)
[4]“海洋经济高质量发展”笔谈[J]. 韩增林,李博,陈明宝,李大海. 中国海洋大学学报(社会科学版). 2019(05)
[5]潜水器浮力调节技术发展现状与展望[J]. 杨友胜,任荷. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(S1)
[6]浅色高性能氢化丁腈橡胶密封材料的研制[J]. 张清红,辛丽红,钱文皎,詹正云. 橡胶科技. 2019(08)
[7]基于QT与单片机的直流电机无线通信控制系统设计[J]. 江维,沈玄,吴雨川,李红军. 武汉纺织大学学报. 2019(04)
[8]水下控制模块下放回收工具丝杠动力源的选择计算[J]. 王洪涛,孙钦,郝富强,谢承霖,唐一琛. 海洋工程装备与技术. 2019(01)
[9]基于ADS1256和STM32的数据采集装置设计[J]. 郭玉霞,李志杰. 无线电工程. 2019(01)
[10]AUV用高精度吸排油浮力调节系统[J]. 尹远,刘铁军,徐会希,石凯,李阳. 海洋技术学报. 2018(05)
硕士论文
[1]水下滑翔机系统设计与优化[D]. 夏城城.浙江大学 2018
[2]海洋浮标无线通信协议研究及系统实现[D]. 高强.哈尔滨工业大学 2018
[3]深海着陆器入水及坐底过程动力学分析[D]. 汤叶青.杭州电子科技大学 2018
[4]深海型AUV大潜深运动控制方法研究[D]. 宫利明.哈尔滨工程大学 2017
[5]基于Argo数据的南海海温时空分析与可视化研究[D]. 雷洁霞.中国石油大学(华东) 2016
[6]一种海缆巡检ROV的机械结构设计与控制系统开发[D]. 俞宙.杭州电子科技大学 2015
[7]油囊式浮力调节装置的研制[D]. 方旭.华中科技大学 2012
[8]水下机器人浮力调节系统及其深度控制技术研究[D]. 李建朋.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3281363
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型变体积式浮力调节系统结构
杭州电子科技大学硕士学位论文4的研究和发展也越来越快。1.3.1国外研究现状早在1955年，Swallow就提出一种“中性浮标”的概念，通过增减配重块来使浮标可以悬浮并停留在某一深度层来测量海流，并于1961年在墨西哥湾通过了测试。1964年，海水泵式浮力调节装置在美国问世，美国“ALVIN”在使用初期便有着1829米的下潜记录。在1974年的重建之后，他还有这最大下潜深度4500米的记录[16]。如图1.2所示，“ALVIN”是一种典型的开放式液压海水泵系统，通过A、D阀门打开（此时B、C阀门关闭），海水会被从海水舱排出到潜器外部从而使潜器总体重量减少，潜器因此上福通过B、C阀门打开（A、D阀门关闭），海水受到深海高压作用直接进入海水舱水使潜器重量增加，潜器下潜。在海水舱中，会预先充入高压空气，可以抵消一部分的海水压力。此类设备的核心是海水泵装置，可以承受最大水压为42MPa。同时，该套设备还配有海水液位检测，当液位到达量程极限还会触发保护动作。图1.2美国“ALVIN”号浮力调节装置原理图2000年日本研制出“URASHIMA”水下机器人。通过采用变体积浮力调节的方式，使用气囊来作为改变体积的载体。整套浮力调节机构被称为VBT（VariableBallastTank）。浮力调节机构以钛合金金属为外壳，油箱最大直径450mm，长度为800mm，浮力调节系统调节变化量为60L，最大使用深度3600米，它被水下机器人用来微调姿态以及实现设备的无动力上浮和下潜[17]。“URASHIMA”水下机器人如图1.3所示。
杭州电子科技大学硕士学位论文5图1.3日本“URASHIMA”水下机器人1998年美国等国家提出ARGO[18]计划(ARRAYforREAL-TIMEGEOSTROPHICOCEANOGRAPHY)，构想用3-4年时间在全球大洋中每隔300公里布放一个Argo浮标。此类浮标属于自律式的拉格朗日环流剖面观测浮标，它以浮力调节装置为主要运动装置，最大下潜至2000米获取不同深度剖面的海洋数据。浮标每隔1-2周时间上浮至水面，通过卫星发送监测数据。发送完毕后，浮标下潜进入下一个采集周期。与一般的锚链式浮标相比，而Argo浮标自下潜开始就持续获取数据，可以采集到不同深度剖面的监测数据，Argo同时受到洋流作用可以采集更多区域的区域数据[19]。1.3.2国内研究现状中国将浮力调节设备用于水下设备主要动力装置起步较晚，但是发展迅速。2003年，我国自主研制的海洋探测浮标COPEX（ChinaOceanProfilingExplorer）成功完成了布放实验[20,21]，其中浮力调节装置主要采取柱塞泵模式。如图1.4所示，通过电机推动丝杆，带动活塞向下运动，将舱内储油设备中的液压油挤入外部油囊，实现设备体积增大，从而实现设备上福当电机推动丝杆运动，带动活塞往上运动，外部油囊此时受到舱内压力和深海压力的作用，将液压油挤入到活塞舱中，设备体积变小，实现下潜的动作。当电机运动停止后，海水压力作用传递到电机时，因其小于电机自锁力，外部油囊内的液压油不会回流。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[2]海洋环境监测技术及仪器装备的发展现状与趋势[J]. 漆随平,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[3]深水结构物监测耐压壳体的密封结构设计[J]. 司江伟,刘军鹏,罗晓兰,张涛. 石油矿场机械. 2019(05)
[4]“海洋经济高质量发展”笔谈[J]. 韩增林,李博,陈明宝,李大海. 中国海洋大学学报(社会科学版). 2019(05)
[5]潜水器浮力调节技术发展现状与展望[J]. 杨友胜,任荷. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(S1)
[6]浅色高性能氢化丁腈橡胶密封材料的研制[J]. 张清红,辛丽红,钱文皎,詹正云. 橡胶科技. 2019(08)
[7]基于QT与单片机的直流电机无线通信控制系统设计[J]. 江维,沈玄,吴雨川,李红军. 武汉纺织大学学报. 2019(04)
[8]水下控制模块下放回收工具丝杠动力源的选择计算[J]. 王洪涛,孙钦,郝富强,谢承霖,唐一琛. 海洋工程装备与技术. 2019(01)
[9]基于ADS1256和STM32的数据采集装置设计[J]. 郭玉霞,李志杰. 无线电工程. 2019(01)
[10]AUV用高精度吸排油浮力调节系统[J]. 尹远,刘铁军,徐会希,石凯,李阳. 海洋技术学报. 2018(05)
硕士论文
[1]水下滑翔机系统设计与优化[D]. 夏城城.浙江大学 2018
[2]海洋浮标无线通信协议研究及系统实现[D]. 高强.哈尔滨工业大学 2018
[3]深海着陆器入水及坐底过程动力学分析[D]. 汤叶青.杭州电子科技大学 2018
[4]深海型AUV大潜深运动控制方法研究[D]. 宫利明.哈尔滨工程大学 2017
[5]基于Argo数据的南海海温时空分析与可视化研究[D]. 雷洁霞.中国石油大学(华东) 2016
[6]一种海缆巡检ROV的机械结构设计与控制系统开发[D]. 俞宙.杭州电子科技大学 2015
[7]油囊式浮力调节装置的研制[D]. 方旭.华中科技大学 2012
[8]水下机器人浮力调节系统及其深度控制技术研究[D]. 李建朋.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3281363
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