一种全海深超高压海水采样器自主浮力调节装置的制作方法

本实用新型涉及一种浮力调节装置，具体地说是一种全海深超高压海水采样器自主浮力调节装置。

背景技术：

21世纪是人类开发和利用海洋的世纪。深海，作为地球上人类最后一片未开发区域，蕴含了丰富的矿产、油气和生物资源。然而，相关探测装备的缺失，导致该区域的研究一直十分滞后。因此，本实用新型提出一种全海深超高压海水采样器自主浮力调节装置，该装置可以搭载全海深超高压海水采样器，调节全海深超高压海水采样器在水下的浮力大小，从而达到自主无人控制全海深超高压海水采样器的潜水深度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够深海主动悬停控制以及主动避障控制等功能的全海深超高压海水采样器自主浮力调节装置，进而实现全海深超高压海水采样器实现自主下潜、上浮以及避障等动作的采样全过程。

本实用新型技术方案的具体内容如下：

本实用新型主要包括外部支架、耐压壳体、耐压壳体端盖、外部油囊、压力传感器、水下距离检测仪以及浮力控制瓶，所述浮力控制瓶安装在外部支架外侧，耐压壳体安装在外部支架内腔，耐压壳体薄壁圆筒结构，其两端固定连接有耐压壳体端盖，液压缸安装在耐压壳体上，外部油囊和液压缸之间通过螺纹连接，耐压壳体内的无刷电机通过减速器和丝杆螺母与液压缸内的活塞连接；所述的外部支架还装有压力传感器和水下距离检测仪。

进一步说，外部支架整体外形为类圆柱桁架结构，其骨架是六根实心圆管，上下底盖外形均是六边形形状。

进一步说，耐压壳体内腔设置有金属散热片。

本实用新型的有益效果：

1.超高压海水采样器自主浮力调节装置在设计时加入了压力传感器以及水下距离检测仪，能够实现深海主动悬停控制以及主动避障控制功能，具有定点采样时的位置精确控制以及水下不明情况的预警和处理的能力。

2.超高压海水采样器自主浮力调节装置在设计时加入了浮力控制瓶，作用是为整套装置提供一定的正浮力，益处在于浮力控制瓶提供的正浮力能够大大减少外部油囊所需要提供的最大正浮力，进一步降低了电机、液压缸等功率，降低了整个装置的几何尺寸。

3.超高压海水采样器自主浮力调节装置在作业时，电气元器件等都封装在耐压壳体内腔，耐压壳体内腔封闭，与外界热交换性能差。电气元件以及电机在工作时，会产生较大热量，随着时间的增加，耐压壳体内腔热量较大，对于电机以及电气元器件等工作会产生不良影响。本实用新型在设计中添加环状金属散热片，其可以安装在耐压壳体内腔中，加速耐压壳体内腔与外界的热交换速率，保证电气元器件及电机的正常工作。

附图说明

图1是本实用新型的总装外观图；

图2是本实用新型的初始状态图；

图3是本实用新型的工作状态图；

图4是本实用新型驱动结构图；

图中：1-外部油囊，2-1、2-2、2-3-浮力控制瓶，3-外部支架，4-液压缸，5-耐压壳体，6-1、6-2-耐压壳体端盖，7-连接螺钉，8-散热片，9-无刷电机，10-减速器，11-丝杆螺母，12-活塞，13-定位块，14-蓄电池，15-O型圈，16-压力传感器，17-水下距离检测仪，18-密封圈，19-液压油。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示为超高压海水采样器自主浮力调节装置的总装外观图，其主要是由外部油囊1，三个浮力控制瓶2-1、2-2、2-3，外部支架3，液压缸4，耐压壳体5，两只耐压壳体端盖6-1、6-2构成。其中耐压壳体5以及耐压壳体端盖6之间通过连接螺钉7连接在一起，耐压壳体5以及耐压壳体端盖6之间装有O型圈15起到密封作用。液压缸4安装在耐压壳体5上，外部油囊1和液压缸4之间再通过螺纹连接。耐压壳体5、耐压壳体端盖以及外部油囊1等组装完成后，整体经由外部支架3开口一端放入外部支架3内腔，耐压壳体5位置固定后再将外部支架3的该端开口用其端盖盖上，即完成耐压壳体5在外部支架3 内腔的轴向固定。外部支架整体外形为类圆柱桁架结构，其骨架是6根实心圆管，上下底盖外形均是六边形形状，六边形六条边采用6根矩形管焊接而成，六边形内部连接有圆环，圆环与六边形结构通过3根矩形管间隔焊接。外部支架作为整个系统的骨架，起到整个系统的固定以及保护保护作用。耐压壳体端盖采用半球形封头的形状，且在耐压壳体端盖端面加工有一定厚度的圆形法兰，法兰主要是用于耐压壳体和耐压壳体端盖之间的对心作用。法兰周向加工6个通孔，用于安装和耐压壳体端盖之间的连接螺钉。耐压壳体端盖顶部加工有通孔，该通孔作用主要是用于通过电气线缆以及液压缸。

如图2所示为本实用新型的初始状态图，耐压壳体5内部主要有散热片8，无刷电机9，减速器10，丝杆螺母11，活塞12，定位块13，蓄电池14，压力传感器16，水下距离检测仪17等元器件，耐压壳体具有隔离海水，对内部元器件起到密封保护作用。耐压壳体轴向开有6个通孔，用于安装和耐压壳体端盖之间的连接螺钉。以该装置下潜为例，装置从入水开始，外部油囊1内部不充油，活塞12处在最大行程处，即丝杆螺母11停在靠近减速器10最近距离位置处。此时，由于外部油囊1内部不充油且整个腔体密闭，因此液压油19会全部留在液压缸4空腔内。这样由于外部油囊1不充油，即外部油囊1不会提供正浮力，利于装置的下浮过程。下潜过程中，可能会遇到大型的鱼类或大型礁石群。解决思路是：当下潜至某一固定海深时，装置下方若干米内出现大型鱼类，装置首先需要通过水下距离检测仪17探测到此现象，结合采集到的压力信号，判断其是否遇到障碍物还是达到海底，若判断其遇到障碍物，则激活浮力控制装置，启动悬停控制系统，使装置与障碍物保持一定的距离，直到水下距离检测仪17检测到障碍物离去，则继续下潜。在此过程中，还需要设置一个边界条件，当装置悬停的时间超过某临界值时，装置则放弃下潜过程，直接上浮，以避免装置内能源消耗完全而导致的无法上浮。

如图3所示为油囊1膨胀后装置的工作状态图，以上浮为例，压力传感器16在检测到装置到达指定海深处，压力传感器16检测到信号并驱动无刷电机9，无刷电机9开始工作运转，通过无刷电机9——减速器10——活塞12将无刷电机9的旋转运动转换为活塞12的直线运动，进而通过控制液压油的运动来改变外部油囊1的排水体积来达到浮力的控制。装置在上浮过程即将到达指定采样点时，压力传感器16提前将采集到的压力信号交给无刷电机9。无刷电机9提前减速，减小外部油囊1的排水体积，减少装置的浮力，从而达到浮力与重力平衡的状态，使装置悬停在采样点出采样。

如图4所示为该装置的驱动结构图，无刷电机9和减速器10直连在一起，减速器10的输出轴加工出螺纹，通过减速器10输出轴与丝杆螺母11将无刷电机9的旋转运动变成丝杆螺母11的直线往复运动。丝杆螺母11与活塞12通过内外螺纹连接，活塞12与液压缸4之间装有密封圈18，保证两者之间的密封性。