一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法与流程

本发明涉及水下气囊补偿，具体涉及一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法。

背景技术：

1、电动式换能器具有超低频、宽带、小尺寸、轻质量等特点，其工作时，采用一个天然橡胶制成的气囊置于换能器尾部，其内部预置一定压力的空气。电动式换能器位于某一深度时，气囊在静水压力的作用下压缩，内部空气被压缩的体积由外部的水进行补偿。因此电动式换能器的最大工作深度由振子内部的气隙体积和尾部气囊的体积确定，振子内气隙越小，尾部气囊内的空气体积越大，换能器的工作深度越大。

2、换能器通过尾部加气囊的方式，可以被动的对电动式换能器进行压力补偿，这种方式的缺点是，振子内部气隙减小到一定程度无法继续优化，随着工作深度的增加（比如深度为水下200米），只能增加气囊体积，但气囊体积的增大，会造成电动式换能器很难适配小型水下平台，限制其的应用范围。

3、目前还有对电动式换能器气囊进行主动补偿的方式，比如通过高压气瓶补偿的方式，该方式的特点为补偿精度差，同时要实现气源循环使用，需要采用高压气体压缩机、阀门等将气体反复压缩至高压气瓶（≥4mpa）内，整个设备体积、重量、功耗均消耗较大。

技术实现思路

1、本发明提供了一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法，其目的在于通过将电动式换能器匹配小型的柔性气囊，同时辅助微型水下气囊补偿装置，可在体积小、重量轻、功耗小的前提下实现电动式换能器气囊的补偿（200米水下范围内），提高与小型水下平台的适配特性。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明提供了一种微型水下气囊补偿装置，包括电动式换能器设置在气囊内，还包括充气组件、泄压组件和气囊形变传感器；

4、所述充气组件用于给气囊充气；泄压组件用于给气囊泄压，气囊形变传感器用于检测气囊的状态。

5、进一步的，所述充气组件包括驱动电机、减速齿轮、往复滑块、导轨、柔性活塞和微型气缸；所述驱动电机带动减速齿轮转动；

6、所述往复滑块沿着导轨往复运动，往复滑块的上设置有连接凹槽；减速齿轮的端面上设置有圆柱凸起，圆柱凸起与连接凹槽配合连接；

7、柔性活塞设置在往复滑块的一端，柔性活塞在往复滑块的带动下在微型气缸内移动；微型气缸通过泄压组件给气囊供气。

8、进一步的，所述泄压组件包括直线舵机、密封堵头和三通接头；

9、所述三通接头上设置有堵头槽、通道一和通道二，所述通道一和通道二都与堵头槽连通，通道一连接到微型气缸，通道二连接到气囊；

10、密封堵头设置在直线舵机的一端，直线舵机带动密封堵头在堵头槽内上、中、下三个位置移动。

11、进一步的，三通接头与气囊之间设置有连接嘴。

12、进一步的，所述气囊形变传感器包括螺杆、弹簧、连接盖、密封连接杆、密封罩和应力传感器；

13、螺杆穿过密封连接杆的孔和弹簧，与连接盖固定连接，连接盖设置在气囊外侧；

14、连接杆的一端通过铰链连接到外部，连接杆的一侧设置有应力传感器；气囊充气时，会带动连接盖及螺杆向左移动，连接盖挤压弹簧，对密封连接杆向左产生推力，进而在水平方向作用至应力传感器上。

15、进一步的，所述螺杆的外侧设置有密封罩。

16、进一步的，密封罩的内侧为极限位置监测面一，密封连接杆的孔的端面为极限位置监测面二，螺杆的形成为极限位置监测面一和极限位置监测面二之间的距离。

17、一种补偿方法，当设备处于水下环境，由深度为a向深度为b工作环境过渡时，a小于b，气囊受到外界水压压缩，气囊带动连接杆、螺杆向右移动，此时应力传感器数值为零值，充气组件开始工作，气囊内的压力开始增加，当气囊处于饱满状态时，会推动连接盖以及弹簧对密封连接杆产生作用，应力传感器产生数值，根据传感器数值，判断气囊是否达到饱满状态，如果满足条件，则停止充气。

18、进一步的，当设备由深度为b向深度为a工作环境过渡时，外界水压下降，气囊开始膨胀，根据应力传感器的数值，泄压阀开始工作，进行排气，当传感器数值为零值时，表明气囊达到初始状态，则停止泄压。

19、进一步的，当设备由深度为b向深度为c工作环境过渡时，b小于c，工作流程同a向b工作环境；区别是，深度为b情况下，如果充气组件的驱动电机存在启动困难问题，则需要根据电机工作状态，泄压阀组件适当配合泄压，保证驱动电机可靠启动，提供充气操作。

20、本发明所达到的有益效果为：

21、本发明一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法，该装置通过电机、减速器、往复滑块、柔性活塞头、微型气缸装置，在体积小、重量轻的情况下，实现单缸高压力充气。

22、本发明一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法，该装置通过将气囊的形变状态，转换为舱内应力传感器的信号，消除了外界水压的影响，提供了水下气囊压力与形变监测的一种方法。

23、本发明一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法，该装置通过充气组件、泄压组件、气囊形变传感器组件共同作用，为水下气囊进行补偿操作。泄压组件在适当工况可通过泄压操作为充气组件电机高压启动工况提供临时泄压，可保证驱动电机正常启动。

24、本发明一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法，该装置利用搭载的水下平台内的气源，可反复循环使用，不影响平台的续航时间。

技术特征：

1.一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：电动式换能器设置在气囊（31）内，还包括充气组件（1）、泄压组件（2）和气囊形变传感器（3）；

2.根据权利要求1所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：所述充气组件（1）包括驱动电机（11）、减速齿轮（12）、往复滑块（13）、导轨（14）、柔性活塞（15）和微型气缸（16）；所述驱动电机（11）带动减速齿轮（12）转动；

3.根据权利要求1所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：所述泄压组件（2）包括直线舵机（21）、密封堵头（22）和三通接头（23）；

4.根据权利要求3所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：所述三通接头（23）与气囊（31）之间设置有连接嘴。

5.根据权利要求1所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：所述气囊形变传感器（3）包括螺杆（32）、弹簧（33）、连接盖（34）、密封连接杆（35）、密封罩（36）和应力传感器（37）；

6.根据权利要求5所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：所述螺杆（32）的外侧设置有密封罩（36）。

7.根据权利要求5所述的一种微型水下气囊补偿装置，其特征在于：密封罩（36）的内侧为极限位置监测面一（361），密封连接杆（35）的孔的端面为极限位置监测面二（351），螺杆（32）的形成为极限位置监测面一（361）和极限位置监测面二（351）之间的距离。

8.一种补偿方法，其特征在于，所述补偿方法基于所述权利要求1-7任意一项所述的一种微型水下气囊补偿装置：

9.根据权利要求8所述的一种补偿方法，其特征在于：当设备由深度为b向深度为a工作环境过渡时，外界水压下降，气囊（31）开始膨胀，根据应力传感器（37）的数值，泄压阀开始工作，进行排气，当传感器数值为零值时，表明气囊（31）达到初始状态，则停止泄压。

10.根据权利要求8或9所述的一种补偿方法，其特征在于：当设备由深度为b向深度为c工作环境过渡时，b小于c，工作流程同a向b工作环境；区别是，深度为b情况下，如果充气组件（1）的驱动电机（11）存在启动困难问题，则需要根据电机工作状态，泄压阀组件适当配合泄压，保证驱动电机（11）可靠启动，提供充气操作。

技术总结
本发明涉及水下气囊补偿技术领域，具体涉及一种微型水下气囊补偿装置及补偿方法。微型水下气囊补偿装置主要包括充气组件、泄压组件、安装面板、柔性气囊、气囊形变传感器。充气组件作为动力主要功能是将气体泵入柔性气囊腔体内，泄压组件在柔性气囊腔内的压力过大时进行泄压操作。气囊形变传感器监测气囊的状态，保证充气组件和泄压组件在充气以及泄压时提供相应的启动或停止信号。通过将电动式换能器匹配小型的柔性气囊，同时辅助微型水下气囊补偿装置，可在体积小、重量轻、功耗小的前提下实现电动式换能器气囊的补偿，提高与小型水下平台的适配特性。

技术研发人员：宫超林,徐延庭,吴德祥,万胜伟,姜春晓,史钰峰
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31