近些年來,隨著海洋傳感器的發(fā)展,傳感器的種類和精度不再制約海洋監(jiān)測(cè)的發(fā)展。但是由于受到海洋環(huán)境的特殊性影響,傳統(tǒng)浮標(biāo)受監(jiān)測(cè)區(qū)域、監(jiān)測(cè)深度限制,不能廣泛應(yīng)用到深海中。近幾年來,通過浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使海洋設(shè)備測(cè)量不同深度剖面的海洋數(shù)據(jù)逐漸成為現(xiàn)階段海洋監(jiān)測(cè)的主力。本文研究了一款以浮力調(diào)節(jié)裝置為核心的潛標(biāo),通過調(diào)節(jié)浮力大小使其可以上浮或者下潛獲取不同深度的海洋數(shù)據(jù)。本文研究內(nèi)容具體如下:1、通過查閱國內(nèi)外資料,介紹各類浮力調(diào)節(jié)的原理以及特點(diǎn)。根據(jù)本次潛標(biāo)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求,集中闡述了閥門式浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與柱塞式浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇柱塞式浮力調(diào)節(jié)裝置。2、根據(jù)潛標(biāo)項(xiàng)目要求,完成潛標(biāo)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),具體包含:根據(jù)潛標(biāo)使用深度和浮球艙體大小計(jì)算出浮力調(diào)節(jié)量的大小,完成對(duì)油囊的選型;完成的浮力調(diào)節(jié)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型;通過計(jì)算和Solid Works仿真完成對(duì)活塞艙密封設(shè)計(jì)和耐壓校核;在使用過程中對(duì)浮力調(diào)節(jié)量電機(jī)限位進(jìn)行監(jiān)測(cè),選擇拉線傳感器和限位微動(dòng)開關(guān)方案。3、完成潛標(biāo)主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具體包括:完成對(duì)主控芯片選型、監(jiān)測(cè)模塊選型和數(shù)據(jù)采集、SD卡存儲(chǔ);根據(jù)潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)流程和周期,通過硬件繼電器方... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型變體積式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4的研究和發(fā)展也越來越快。1.3.1國外研究現(xiàn)狀早在1955年，Swallow就提出一種“中性浮標(biāo)”的概念，通過增減配重塊來使浮標(biāo)可以懸浮并停留在某一深度層來測(cè)量海流，并于1961年在墨西哥灣通過了測(cè)試。1964年，海水泵式浮力調(diào)節(jié)裝置在美國問世，美國“ALVIN”在使用初期便有著1829米的下潛記錄。在1974年的重建之后，他還有這最大下潛深度4500米的記錄[16]。如圖1.2所示，“ALVIN”是一種典型的開放式液壓海水泵系統(tǒng)，通過A、D閥門打開（此時(shí)B、C閥門關(guān)閉），海水會(huì)被從海水艙排出到潛器外部從而使?jié)撈骺傮w重量減少，潛器因此上福通過B、C閥門打開（A、D閥門關(guān)閉），海水受到深海高壓作用直接進(jìn)入海水艙水使?jié)撈髦亓吭黾�，潛器下潛。在海水艙中，�?huì)預(yù)先充入高壓空氣，可以抵消一部分的海水壓力。此類設(shè)備的核心是海水泵裝置，可以承受最大水壓為42MPa。同時(shí)，該套設(shè)備還配有海水液位檢測(cè)，當(dāng)液位到達(dá)量程極限還會(huì)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。圖1.2美國“ALVIN”號(hào)浮力調(diào)節(jié)裝置原理圖2000年日本研制出“URASHIMA”水下機(jī)器人。通過采用變體積浮力調(diào)節(jié)的方式，使用氣囊來作為改變體積的載體。整套浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)被稱為VBT（VariableBallastTank）。浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以鈦合金金屬為外殼，油箱最大直徑450mm，長度為800mm，浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)變化量為60L，最大使用深度3600米，它被水下機(jī)器人用來微調(diào)姿態(tài)以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無動(dòng)力上浮和下潛[17]。“URASHIMA”水下機(jī)器人如圖1.3所示。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.3日本“URASHIMA”水下機(jī)器人1998年美國等國家提出ARGO[18]計(jì)劃(ARRAYforREAL-TIMEGEOSTROPHICOCEANOGRAPHY)，構(gòu)想用3-4年時(shí)間在全球大洋中每隔300公里布放一個(gè)Argo浮標(biāo)。此類浮標(biāo)屬于自律式的拉格朗日環(huán)流剖面觀測(cè)浮標(biāo)，它以浮力調(diào)節(jié)裝置為主要運(yùn)動(dòng)裝置，最大下潛至2000米獲取不同深度剖面的海洋數(shù)據(jù)。浮標(biāo)每隔1-2周時(shí)間上浮至水面，通過衛(wèi)星發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。發(fā)送完畢后，浮標(biāo)下潛進(jìn)入下一個(gè)采集周期。與一般的錨鏈?zhǔn)礁?biāo)相比，而Argo浮標(biāo)自下潛開始就持續(xù)獲取數(shù)據(jù)，可以采集到不同深度剖面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，Argo同時(shí)受到洋流作用可以采集更多區(qū)域的區(qū)域數(shù)據(jù)[19]。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國將浮力調(diào)節(jié)設(shè)備用于水下設(shè)備主要?jiǎng)恿ρb置起步較晚，但是發(fā)展迅速。2003年，我國自主研制的海洋探測(cè)浮標(biāo)COPEX（ChinaOceanProfilingExplorer）成功完成了布放實(shí)驗(yàn)[20,21]，其中浮力調(diào)節(jié)裝置主要采取柱塞泵模式。如圖1.4所示，通過電機(jī)推動(dòng)絲桿，帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，將艙內(nèi)儲(chǔ)油設(shè)備中的液壓油擠入外部油囊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備體積增大，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備上福當(dāng)電機(jī)推動(dòng)絲桿運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)活塞往上運(yùn)動(dòng)，外部油囊此時(shí)受到艙內(nèi)壓力和深海壓力的作用，將液壓油擠入到活塞艙中，設(shè)備體積變小，實(shí)現(xiàn)下潛的動(dòng)作。當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)停止后，海水壓力作用傳遞到電機(jī)時(shí)，因其小于電機(jī)自鎖力，外部油囊內(nèi)的液壓油不會(huì)回流。

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