專利名稱：深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種在海洋工程技術(shù)領(lǐng)域中用于測量深海海浪波高以及船舶(海洋平臺)升沉位移的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，屬于深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置的創(chuàng)新技術(shù)。
2、背景技術(shù)海洋的礦產(chǎn)資源非常豐富，世界各國都在大力發(fā)展深海采礦技術(shù)。而采礦船(平臺)升沉信號的采集與補償是深海采礦作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有的基于加速度計的位移信號采集儀器不適應(yīng)采礦船(平臺)在波浪激勵下的低頻運動的工況；氣介式聲學(xué)測波儀需要在海洋中打一根樁，把測波探頭固定在海面上方十多米高的地方，顯然也不適合深海作業(yè)的工況；近年來研制的水聲測波儀需要將探頭固定在海底，也只適宜淺海作業(yè)，因此，這些裝置都不能定位于預(yù)定的海水深度用作海洋靜止參考坐標(biāo)，不能測量深海海浪波高及船舶、海洋平臺等的升沉位移。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種能在海水中自主沉浮，能精確定位于預(yù)定的海水深度用作海洋靜止參考坐標(biāo)，用于測量深海海浪波高及船舶、海洋平臺等的升沉位移的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置。
本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括有外殼(7)、蓋體(6)及由電源(14)、伺服電機(12)、傳動機構(gòu)A、活塞(9)、密封裝置(8)、控制裝置(3)、壓力傳感器(2)組成的自主沉浮組件，其中電源(14)分別與伺服電機(12)及控制裝置(3)連接，伺服電機(12)與傳動機構(gòu)A的輸入端連接，傳動機構(gòu)A的輸出端與支承在外殼(7)上的活塞(9)連接，密封裝置(8)設(shè)在活塞(9)的外側(cè)，且其外沿固裝在外殼(7)上，并與外殼(7)密封連接，活塞(9)可在傳動機構(gòu)A的作用下伸出或縮回外殼(7)，壓力傳感器(2)裝設(shè)在蓋板(6)上，其輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接，控制裝置(3)的輸出端與伺服電機(12)的輸入端連接。
上述傳動機構(gòu)A包括有同步帶傳動副(13)、齒輪傳動副(11)、滾珠絲桿傳動副(10)，其中同步帶傳動副(13)的主動輪與伺服電機(12)的輸出軸連接，同步帶傳動副(13)的從動輪與齒輪傳動副(11)的主動輪同軸，齒輪傳動副(11)的從動輪與滾珠絲桿傳動副(10)的絲桿連接，活塞(9)與滾珠絲桿傳動副(10)的螺母連接。
上述齒輪傳動副(11)為錐齒輪傳動副，齒輪傳動副(11)的從動輪設(shè)有兩個，相應(yīng)滾珠絲桿傳動副(10)及活塞(9)、密封裝置(8)分別設(shè)有兩套，對稱裝設(shè)在外殼(7)的兩側(cè)。
上述蓋板(6)上還裝設(shè)有超聲傳感器(4)，殼體(7)內(nèi)設(shè)置超聲發(fā)射\接收電路(1)。超聲發(fā)射\接收電路(1)與超聲傳感器(4)連接，超聲發(fā)射\接收電路(1)與控制裝置(3)連接。
上述蓋板(6)上還裝設(shè)有溫度傳感器(5)，溫度傳感器(5)的輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接。
上述控制裝置(3)為單片機。
上述密封裝置(8)為波紋管式密封裝置。
上述外殼(7)上還裝設(shè)有配重(15)。
本實用新型通過控制其體積的變化使之能在海水中自主沉浮，因此，本實用新型能精確定位于預(yù)定的海水深度用作海洋靜止參考坐標(biāo)，用于測量深海海浪波高及船舶、海洋平臺等的升沉位移。本實用新型是一種設(shè)計巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，方便實用的深海靜止參考坐標(biāo)裝置。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型測量采礦船升沉位移的原理圖。
具體實施方式
實施例本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括有外殼(7)、蓋體(6)及由電源(14)、伺服電機(12)、傳動機構(gòu)A、活塞(9)、密封裝置(8)、控制裝置(3)、壓力傳感器(2)組成的自主沉浮組件，其中電源(14)分別與伺服電機(12)及控制裝置(3)連接，伺服電機(12)與傳動機構(gòu)A的輸入端連接，傳動機構(gòu)A的輸出端與支承在外殼(7)上的活塞(9)連接，密封裝置(8)套裝在活塞(9)的外側(cè)，且其敞開端固裝在外殼(7)上，并與外殼(7)密封連接，密封裝置(8)可在活塞(9)的推動下伸縮以改變其體積的大小，壓力傳感器(2)裝設(shè)在蓋板(6)上，其輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接，控制裝置(3)的輸出端與伺服電機(12)的輸入端連接。
上述傳動機構(gòu)A包括有同步帶傳動副(13)、齒輪傳動副(11)、滾珠絲桿傳動副(10)，其中同步帶傳動副(13)的主動輪與伺服電機(12)的輸出軸連接，同步帶傳動副(13)的從動輪與齒輪傳動副(11)的主動輪同軸，齒輪傳動副(11)的從動輪與滾珠絲桿傳動副(10)的絲桿連接，活塞(9)與滾珠絲桿傳動副(10)的螺母連接。
上述齒輪傳動副(11)為錐齒輪傳動副，齒輪傳動副(11)的從動輪設(shè)有兩個，相應(yīng)滾珠絲桿傳動副(10)及活塞(9)、密封裝置(8)分別設(shè)有兩套，對稱裝設(shè)在外殼(7)的兩側(cè)。
上述蓋板(6)上還裝設(shè)有超聲傳感器(4)，殼體(7)內(nèi)設(shè)置超聲發(fā)射\接收電路(1)。超聲發(fā)射\接收電路(1)與超聲傳感器(4)連接，超聲發(fā)射\接收電路(1)與控制裝置(3)連接。
為能補償因海水溫度變化引起超聲波傳播速度變化而導(dǎo)致的測量誤差。上述蓋板(6)上還裝設(shè)有溫度傳感器(5)，溫度傳感器(5)的輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接。
本實施例中，控制裝置(3)為89C51單片機。
上述密封裝置(8)為波紋管式密封裝置。
上述外殼(7)上還裝設(shè)有配重(15)。
本實用新型的工作原理是壓力傳感器(2)在線檢測參考坐標(biāo)裝置所處的水深，并與程序預(yù)定的目標(biāo)水深H0比較，若未達到預(yù)定的水深，則控制裝置(3)控制伺服電機通過傳動機構(gòu)A中的同步帶傳動副(13)、齒輪傳動副(11)、滾珠絲桿傳動副(10)，驅(qū)動活塞(9)縮回外殼(7)，本裝置的整體體積減少，使得重力大于浮力，坐標(biāo)裝置下沉；反之，若檢測水深大于預(yù)定水深H0，活塞(9)朝外伸出外殼(7)，本裝置的整體體積增大，使得坐標(biāo)裝置的浮力大于重力，坐標(biāo)裝置上浮；若檢測水深等于預(yù)定水深H0，則活塞(9)處于中間平衡位置，此時浮力等于重力。本實用新型采取模糊預(yù)測控制，與現(xiàn)有的定深控制相比，具有響應(yīng)快，過度時間短的特點，即定位快速準確。
另外，在深海采礦中，由于波浪的激勵，采礦船會隨波浪升沉。采集采礦船的升沉信號并加以補償是深海采礦工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)本實用新型下潛并駐停在海水某深度時(如120米)，即可作為靜止參考坐標(biāo)。本實用新型上的控制裝置(3)控制超聲發(fā)射\接收電路(1)通過超聲傳感器(4)朝采礦船發(fā)射周期性脈沖形式的超聲波，并同時開始計時；當(dāng)超聲傳感器(4)接收到采礦船底板反射回來的回波時，停止計時，所計時間為超聲波的傳播時間t?？刂蒲b置(3)根據(jù)溫度傳感器(5)測出的溫度值求出該溫度下的聲波傳播速度c(T)，則可計算采礦船的升沉位移h(t)(測量海浪波高類同)，其原理如圖2所示。根據(jù)超聲測距原理超聲波發(fā)射到接受的時間t正比于參考坐標(biāo)點(超聲傳感器4)到采礦船的距離t＝2[H+h(t)]/c(T)，式中H--基本水深(m)；h(t)--采礦船瞬時起伏位移(m)通過單片機計算采礦船瞬時的起伏位移為h(t)＝[c(T)t-2H]/2。
權(quán)利要求1.一種深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于包括有外殼(7)、蓋體(6)及由電源(14)、伺服電機(12)、傳動機構(gòu)A、活塞(9)、密封裝置(8)、控制裝置(3)、壓力傳感器(2)組成的自主沉浮組件，其中電源(14)分別與伺服電機(12)及控制裝置(3)連接，伺服電機(12)與傳動機構(gòu)A的輸入端連接，傳動機構(gòu)A的輸出端與支承在外殼(7)上的活塞(9)連接，密封裝置(8)設(shè)在活塞(9)的外側(cè)，且其外沿固裝在外殼(7)上，并與外殼(7)密封連接，活塞(9)可在傳動機構(gòu)A的作用下伸出或縮回外殼(7)，壓力傳感器(2)裝設(shè)在蓋板(6)上，其輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接，控制裝置(3)的輸出端與伺服電機(12)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述傳動機構(gòu)A包括有同步帶傳動副(13)、齒輪傳動副(11)、滾珠絲桿傳動副(10)，其中同步帶傳動副(13)的主動輪與伺服電機(12)的輸出軸連接，同步帶傳動副(13)的從動輪與齒輪傳動副(11)的主動輪同軸，齒輪傳動副(11)的從動輪與滾珠絲桿傳動副(10)的絲桿連接，活塞(9)與滾珠絲桿傳動副(10)的螺母連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述齒輪傳動副(11)為錐齒輪傳動副，齒輪傳動副(11)的從動輪設(shè)有兩個，相應(yīng)滾珠絲桿傳動副(10)及活塞(9)、密封裝置(8)分別設(shè)有兩套，對稱裝設(shè)在外殼(7)的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述蓋板(6)上還裝設(shè)有超聲傳感器(4)，殼體(7)內(nèi)設(shè)置超聲發(fā)射\接收電路(1)。超聲發(fā)射\接收電路(1)與超聲傳感器(4)連接，超聲發(fā)射\接收電路(1)與控制裝置(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述蓋板(6)上還裝設(shè)有溫度傳感器(5)，溫度傳感器(5)的輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述控制裝置(3)為單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述密封裝置(8)為波紋管式密封裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置，其特征在于上述外殼(7)上還裝設(shè)有配重(15)。
專利摘要本實用新型是一種深海作業(yè)靜止參考坐標(biāo)裝置。包括有外殼(7)、蓋體(6)及由電源(14)、伺服電機(12)、傳動機構(gòu)A、活塞(9)、密封裝置(8)、控制裝置(3)、壓力傳感器(2)組成的自主沉浮組件，其中電源(14)分別與伺服電機(12)及控制裝置(3)連接，伺服電機(12)與傳動機構(gòu)A的輸入端連接，傳動機構(gòu)A的輸出端與支承在外殼(7)上的活塞(9)連接，密封裝置(8)套裝在活塞(9)的外側(cè)，且其敞開端固裝在外殼(7)上，并與外殼(7)密封連接，密封裝置(8)可在活塞(9)的推動下伸縮以改變其體積的大小，壓力傳感器(2)裝設(shè)在蓋板(6)上，其輸出端與控制裝置(3)的輸入端連接，控制裝置(3)的輸出端與伺服電機(12)的輸入端連接。本實用新型能在海水中自主沉浮，能精確定位于預(yù)定的海水深度用作海洋靜止參考坐標(biāo)，用于測量深海海浪波高及船舶、海洋平臺等的升沉位移。
文檔編號B63C11/52GK2611290SQ0322274
公開日2004年4月14日 申請日期2003年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月6日
發(fā)明者吳百海, 龍建軍, 毛寧, 吳冉泉 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)