浮动活塞式浮力调节器及使用方法与流程

1.本发明涉及浮力调节设备领域，特别是涉及浮动活塞式浮力调节器及使用方法。


背景技术：

2.现有的浮力调节装置，能够满足一般的浮力调节控制需要，但仍然存在以下不足：
3.1、浮力调节控制精度不高，特别是可重复精度较差；
4.2、结构复杂，调节稳定性差；
5.3、内外双活塞式浮力调节器精度虽然高但不利于内外油囊的灵活布局，结构局限性较大；
6.4、浮力调节内外油囊布局不够灵活；
7.5、机械传动式浮力调节器调节能力太小不适合大体积调节需要。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供了浮动活塞式浮力调节器及使用方法，采用非接触式位移传感器能够实时检测到活塞的位移量，进而得知浮力的变化，对活塞位移的测量精度更高，整体结构简单，使用性能更加稳定，结合膨胀囊将浮力调节介质控制在封闭的空间内，避免发生水体污染和腐蚀。整体浮力调节能力非常好，可以适用于不同大小的浮力调节。
9.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：浮动活塞式浮力调节器，包括水密耐压舱、调节管和液压动力系统；
10.所述水密耐压舱内滑动配合有活塞，所述活塞将所述水密耐压舱分隔成内液室和压力气室；
11.所述内液室内置有浮力调节介质，所述内液室通过所述调节管向外连通，所述调节管设置有所述液压动力系统；
12.所述压力气室设置有检测所述活塞位移量的位移传感器。
13.使用的时候通过液压动力系统将内液室的浮力调节介质向外抽出或者将外部的浮力调节介质抽回内液室，活塞随着浮力调节介质进出水密耐压舱往复滑动形成不同体积的压力气室，进而改变水密耐压舱的浮力。由于压力气室设置有位移传感器，可以实时检测到活塞的位移距离，通过位移距离可以计算得知压力气室的体积变化，进而得知浮力的变化，即通过液压动力系统控制水密耐压舱的过程中，借助位移传感器可以实时得知浮力的变化。
14.如果水密耐压舱内的介质和环境中的液体是相同的，可以直接将水密耐压舱内的介质抽出到环境中，更节省设备空间。
15.优选地，所述液压动力系统位于所述压力气室内。可以很好的保护液压动力系统免受外部腐蚀，同时能够使得整体更好集成，更好的控制整体的重心。
16.优选地，所述液压动力系统为液压泵。可以更好的运送内部的浮力调节介质进出
水密耐压舱。
17.优选地，所述水密耐压舱的外部设置有与所述调节管的端部连通的膨胀囊。通过膨胀囊可以将介质控制在水密耐压舱和膨胀囊内，避免介质与环境中发生交换，可以应用在浮力调节介质与环境的液体不一样的时候，使得浮力调节介质在封闭的空间内流动。
18.优选地，所述压力气室设置有浮力调节控制器，所述浮力调节控制器分别电连至所述位移传感器和所述液压动力系统。浮力调节控制器可以更便捷的根据非接触式位移传感器对活塞的位移监测控制浮力动力系统的位移量。
19.优选地，所述膨胀囊采用橡胶材质。可以更好的提供空间膨胀收缩。
20.优选地，所述位移传感器为非接触式位移传感器。与活塞没有接触，可以避免检测过程中对活塞造成干扰。
21.优选地，所述非接触式位移传感器采用激光位移传感器。便于更加高精度的检测活塞的移动。
22.浮动活塞式浮力调节器的使用方法，当调节介质为液压油时膨胀囊为橡胶油囊，当调节介质采用环境水体时，膨胀囊为广义的环境水体。以便根据调节介质与环境液体的不同，选择更合适的外部液体存储空间，当调节介质与环境水体一样的时候，调动水密耐压舱的液体与环境水体进行交换，可以更加精简结构，当调节介质与环境水体不一致的时候，外部采用橡胶油囊，可以调节介质在封闭的空间，避免发生泄漏污染。
23.本发明的有益效果：
24.本方案采用非接触式位移传感器能够实时检测到活塞的位移量，进而得知浮力的变化，对活塞位移的测量精度更高，整体结构简单，使用性能更加稳定，结合膨胀囊将浮力调节介质控制在封闭的空间内，避免发生水体污染和腐蚀。水密耐压舱和膨胀囊通过调节管连通，二者可以更加灵活的布局相对位置，航行器应用中有利于质心辅助调节控制。刚性结构的水密耐压舱可以避免在水下运动中晃动，有利于水下装备的质心可预测性的稳定控制。整体浮力调节能力非常好，可以适用于不同大小的浮力调节。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例的示意图；
27.其中，膨胀囊1、水密耐压舱2、浮力调节控制器3、位移传感器4、活塞5、内液室6、调节管7、压力气室8、液压动力系统9。
具体实施方式
28.为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
29.实施例
30.如图1所示，浮动活塞式浮力调节器，包括水密耐压舱2、调节管7和液压动力系统
9。
31.所述水密耐压舱2内滑动配合有活塞5，所述活塞5将所述水密耐压舱2分隔成内液室6和压力气室8。
32.所述内液室6内置有浮力调节介质，所述内液室6通过所述调节管7向外连通，所述调节管7设置有所述液压动力系统9。
33.所述压力气室8设置有检测所述活塞5位移量的位移传感器。
34.使用的时候通过液压动力系统9将内液室6的浮力调节介质向外抽出或者将外部的浮力调节介质抽回内液室6，活塞5随着浮力调节介质进出水密耐压舱2往复滑动形成不同体积的压力气室8，进而改变水密耐压舱2的浮力。由于压力气室8设置有非接触式位移传感器，可以实时检测到活塞5的位移距离，通过位移距离可以计算得知压力气室8的体积变化，进而得知浮力的变化，即通过液压动力系统9控制水密耐压舱2的过程中，借助非接触式位移传感器可以实时得知浮力的变化。
35.如果水密耐压舱2内的介质和环境中的液体是相同的，可以直接将水密耐压舱2内的介质抽出到环境中，更节省设备空间。
36.所述液压动力系统9位于所述压力气室8内。可以很好的保护液压动力系统9免受外部腐蚀，同时能够使得整体更好集成，更好的控制整体的重心。
37.所述液压动力系统9为液压泵。可以更好的运送内部的浮力调节介质进出水密耐压舱2。
38.所述水密耐压舱2的外部设置有与所述调节管7的端部连通的膨胀囊1。通过膨胀囊1可以将介质控制在水密耐压舱2和膨胀囊1内，避免介质与环境中发生交换，可以应用在浮力调节介质与环境的液体不一样的时候，使得浮力调节介质在封闭的空间内流动。
39.所述压力气室8设置有浮力调节控制器3，所述浮力调节控制器3分别电连至所述位移传感器和所述液压动力系统9。浮力调节控制器3可以更便捷的根据非接触式位移传感器对活塞5的位移监测控制浮力动力系统的位移量。
40.所述膨胀囊1采用橡胶材质。可以更好的提供空间膨胀收缩。
41.所述位移传感器为非接触式位移传感器。与活塞没有接触，可以避免检测过程中对活塞造成干扰。
42.所述非接触式位移传感器采用激光位移传感器。便于更加高精度的检测活塞5的移动。
43.本方案采用非接触式位移传感器能够实时检测到活塞5的位移量，进而得知浮力的变化，对活塞5位移测量精度更高，整体结构更少的机械调节结构，结构简单，使用性能更加稳定，结合膨胀囊1将浮力调节介质控制在封闭的空间内，避免发生水体污染和腐蚀。水密耐压舱2和膨胀囊1通过调节管7连通，二者可以更加灵活的布局相对位置，航行器应用中有利于质心辅助调节控制。刚性结构的水密耐压舱2可以避免在水下运动中晃动，有利于水下装备的质心可预测性的稳定控制。
44.本方案有两种使用方式，其中一种是浮力调节介质和外部环境的液体是一样的，比如都是水，此时可以不使用膨胀囊1，直接将水从外部环境中抽进出内液室6。另一种是浮力调节介质和外部环境的液体不一样，比如浮力调节介质采用液压油，此时需要解除膨胀囊1，使浮力调节介质与外部环境隔离，可以避免对部件造成腐蚀，当然实际使用的时候，浮
力调节介质和外部环境的液体一样也可以使用膨胀囊1。即当调节介质为液压油时膨胀囊为橡胶油囊，当调节介质采用环境水体时，膨胀囊为广义的环境水体。
45.由于膨胀囊1是通过调节管7同水密耐压舱2进行连接，除此以外无任何新的连接关系，因此膨胀囊1可以放置在目标装备的任何位置；也由于膨胀囊1为橡胶软油囊，因此可以根据安装空间需要制作成任何需要的形状，因而具有更大的灵活性。
46.由于浮力调节介质为液体为近似不可压缩体，因此通过非接触式位移传感器测量浮动活塞5的位移计算得到的浮力值跟实际排水的体积偏差可以忽略(压缩量偏差)；相比流量计式等其它方式的浮力调节器该种浮力调节器直接反映了较为真实的排水体积变化，能够做到高精度控制，更重要的是采用非接触式位移传感器进行浮力变化量的测量不需要重复标校浮力基准零点其具有可重复精度高的特点。
47.本浮力调节器结构简单，液压油在内液室6膨胀囊1中的移动与分配始终在内充液压油总体积不变的约束下变化，内液室6形状的变化近似规则形状的刚性体线性关系变化，相比纯橡胶油囊式浮力调节器、内部固定水舱式浮力调节器，内部介质舱内的调节介质不受约束的随波逐流质心不稳定，本浮力调节器的质心变化是规则的、可预知、可控的。
48.该浮力调节器的膨胀囊1既可以是采用专用液压油作为调节介质的封闭浮力调节系统，其优点是浮力调节工作介质不易受外部环境污染，具有工作寿命长、可靠性高、控制精确稳定等优点；膨胀囊1也可以是采用环境水体作为调节介质的开放式浮力调节系统，此时膨胀囊1可以省略掉，其膨胀囊1就是广义的环境水体，很明显其优点是大大节省了浮力调节器的安装空间，减少了不必要的外部油囊，但是缺点是内液室6由于吸入的是自然水体的水，很容易污染锈蚀相关零部件造成相关控制难度增加，系统可靠性降低，尤其不适合长期驻留水下的平台应用，如果要实现相关应用需要进行特别的防生物、防污染、防锈等设计。
49.浮力调节器的调节精度取决于非接触式位移传感器的精度以及调节执行系统的调节控制响应时间。
50.本方案的创新点在于巧妙的应用了封闭气室空间的气体压力推动浮动无杆活塞5移动，通过非接触式位移传感器测量活塞5位移间接计算浮力调节大小的方法实现浮力调节控制，因此所有基于此原理的所有形式演绎的浮力调节方案均在该专利保护范围。
51.浮动活塞式浮力调节器的使用方法，当调节介质为液压油时膨胀囊为橡胶油囊，当调节介质采用环境水体时，膨胀囊为广义的环境水体。以便根据调节介质与环境液体的不同，选择更合适的外部液体存储空间，当调节介质与环境水体一样的时候，调动水密耐压舱的液体与环境水体进行交换，可以更加精简结构，当调节介质与环境水体不一致的时候，外部采用橡胶油囊，可以调节介质在封闭的空间，避免发生泄漏污染。
52.本实施例中激光位移传感器采用型号为lk-g80，浮力调节控制器采用型号为6es7288-1sr20-0aa1。
53.上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。