一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，包括設(shè)置在外殼、浮囊、水密電子艙、以及換能器，所述的水密電子艙內(nèi)密封有主控電路板，還包括發(fā)電裝置以及阻尼盤，所述的浮囊、發(fā)電裝置、水密電子艙、阻尼盤、以及換能器通過(guò)柔性電纜相連接，在所述浮囊的內(nèi)壁上連接有北斗天線，所述的發(fā)電裝置用于為北斗天線、主控電路板以及換能器供電，所述的北斗天線與主控電路板連接。本發(fā)明的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，可以為浮標(biāo)內(nèi)的電子器件提供持續(xù)電能，解決了目前的浮標(biāo)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間供電的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種浮標(biāo)，具體地說(shuō)，是涉及一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]被動(dòng)聲納浮標(biāo)通常由飛機(jī)進(jìn)行投放，浮標(biāo)入水后立即開始工作，被動(dòng)聲納浮標(biāo)系統(tǒng)框圖如圖1所示。換能器完成聲信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，即換能器所在水聲場(chǎng)的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，由于浮標(biāo)要傳送是代表水下目標(biāo)特征的有用信息，包括目標(biāo)輻射噪聲中的螺旋槳軸頻和葉片頻等，因此，通過(guò)相應(yīng)設(shè)置低頻放大電路選擇合適的工作頻帶，將包含在該頻帶內(nèi)的有用信息進(jìn)行放大、濾波、自動(dòng)增益控制，完成對(duì)有用信息的檢測(cè)和無(wú)用信息的抑制。調(diào)制發(fā)射電路的功能是產(chǎn)生載波頻率信號(hào)，并利用低頻放大電路輸出的有用信息對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制和放大，經(jīng)過(guò)匹配電路到天線發(fā)射出去。發(fā)射機(jī)電路由振蕩器、倍頻器、功放、匹配電路和天線等構(gòu)成。為了保證浮標(biāo)工作在所需的頻率點(diǎn)上，振蕩器的振蕩頻率能根據(jù)需要進(jìn)行選擇。無(wú)線電信號(hào)發(fā)送到空中，需要由機(jī)載接收機(jī)接收并記錄下來(lái)，從而使機(jī)上人員判明海域有無(wú)水下目標(biāo)的存在。目前被動(dòng)聲納浮標(biāo)主要有以下缺點(diǎn):1、電池容量有限，被動(dòng)聲納浮標(biāo)工作時(shí)間一般不超過(guò)10小時(shí)，隨著浮標(biāo)電源的耗盡或根據(jù)自毀指令而沉于海底，且都是一次性產(chǎn)品，現(xiàn)有浮標(biāo)工作時(shí)間短，受制于電源和飛機(jī)滯空時(shí)間的限制。2、浮標(biāo)投放后，需要飛機(jī)在空中不斷飛行進(jìn)行通訊，以判明海域有無(wú)目標(biāo)，一般只能在近海和中海海域開展，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海長(zhǎng)時(shí)間的反潛預(yù)警。
[0003]因此，如何解決浮標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間供電的問(wèn)題，而且接收裝置不受空間和位置的限制，不是必需與機(jī)載設(shè)備而且在合適的角度進(jìn)行通信，是本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有現(xiàn)有浮標(biāo)工作時(shí)間短，受制于電源和飛機(jī)滯空時(shí)間的限制的問(wèn)題，提供了一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，可以利用海水波浪自發(fā)電，為浮標(biāo)內(nèi)的電子器件提供持續(xù)電能，以及具有北斗衛(wèi)星通信功能，不受只能與特定位置的機(jī)載設(shè)備進(jìn)行通信的限制。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，包括設(shè)置在外殼、浮囊、水密電子艙、以及換能器，所述的水密電子艙內(nèi)密封有主控電路板，還包括發(fā)電裝置以及阻尼盤，所述的浮囊、發(fā)電裝置、水密電子艙、阻尼盤、以及換能器通過(guò)柔性電纜相連接，在所述浮囊的內(nèi)壁上連接有北斗天線，所述的發(fā)電裝置用于為北斗天線、主控電路板以及換能器供電，所述的北斗天線與主控電路板連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述的發(fā)電裝置包括柱狀電機(jī)外殼，所述電機(jī)外殼的兩端分別固定有發(fā)電機(jī)組，該兩套發(fā)電機(jī)組沿電機(jī)外殼的中心橫剖面鏡像對(duì)稱，所述的發(fā)電機(jī)組包括透平漿片、與所述透平漿片固連的游心增速齒輪箱以及通過(guò)輸出軸與所述游心增速齒輪箱連接的永磁發(fā)電機(jī)。[0007]又進(jìn)一步的，所述的發(fā)電機(jī)組分別通過(guò)支架固定在所述電機(jī)外殼的兩端。
[0008]優(yōu)選的，所述的永磁發(fā)電機(jī)為無(wú)鐵芯稀土永磁發(fā)電機(jī)。
[0009]進(jìn)一步的，所述電機(jī)外殼的高度大于其直徑。
[0010]進(jìn)一步的，所述的北斗天線通過(guò)柔性繩索掛在所述浮囊內(nèi)部。
[0011]進(jìn)一步的，所述的浮囊為高強(qiáng)度塑料制成的軟浮囊。
[0012]進(jìn)一步的，所述的主控電路板還連接有充電電池，所述的發(fā)電機(jī)組為充電電池充電。
[0013]進(jìn)一步的，所述的浮囊里面設(shè)置有壓縮氣瓶，所述壓縮氣瓶的爆炸裝置通過(guò)海水觸發(fā)開關(guān)與所述充電電池連接。
[0014]進(jìn)一步的，所述的阻尼盤連接在所述水密電子艙和換能器之間，且阻尼盤至換能器的距離小于至水密電子艙的距離。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，一、通過(guò)設(shè)置發(fā)電裝置，可以利用海水波浪自發(fā)電，為浮標(biāo)內(nèi)的電子器件提供持續(xù)電能，解決了目前的浮標(biāo)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間供電的問(wèn)題；二、利用北斗衛(wèi)星進(jìn)行通訊，取代傳統(tǒng)的無(wú)線電通訊方式，預(yù)警階段無(wú)需反潛機(jī)配合即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的定位和分析，所以不僅適用于近海、中海海域，也適用于遠(yuǎn)海海域。
[0016]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中被動(dòng)聲納浮標(biāo)系統(tǒng)框圖；
圖2是本發(fā)明所提出的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明所提出的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3中發(fā)電裝置6的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0019]實(shí)施例一，參見圖2、圖3所示，本實(shí)施例的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，包括外殼1、浮囊2、水密電子艙3、以及換能器4，水密電子艙3內(nèi)密封有主控電路板(圖中未示出)，還包括發(fā)電裝置6以及阻尼盤5，浮囊2、發(fā)電裝置6、水密電子艙3、阻尼盤5、以及換能器4通過(guò)柔性電纜相連接，在浮囊2的內(nèi)壁上連接有北斗天線7，發(fā)電裝置6用于為北斗天線
7、主控電路板以及換能器4供電，北斗天線7與主控電路板連接。本實(shí)施例的聲納浮標(biāo)，在浮標(biāo)非工作狀態(tài)時(shí)，浮囊2、發(fā)電裝置6、水密電子艙3、阻尼盤5、以及換能器4設(shè)置在外殼I內(nèi)，當(dāng)浮標(biāo)處于工作狀態(tài)時(shí)，浮囊2、發(fā)電裝置6、水密電子艙3、阻尼盤5、以及換能器4從外殼I內(nèi)脫出，外殼I脫落，其中，發(fā)電裝置6可以在海浪的帶動(dòng)下發(fā)電。北斗天線7用于接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，以及向北斗衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與機(jī)載北斗通信設(shè)備或者地面北斗通信設(shè)備進(jìn)行通信。
[0020]本實(shí)施例的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)的工作原理是:當(dāng)海浪相對(duì)于大地向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)浮囊2向上運(yùn)動(dòng)，海水自上而下穿過(guò)發(fā)電裝置6，發(fā)電裝置6用于為北斗天線7、主控電路板以及換能器4供電，解決了目前的浮標(biāo)因電源電量有限而無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作的問(wèn)題，利用北斗衛(wèi)星進(jìn)行通訊，取代傳統(tǒng)的無(wú)線電通訊方式，解決了目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海長(zhǎng)時(shí)間的反潛預(yù)警的問(wèn)題。
[0021]具體在本實(shí)施例中，參見圖4所示，發(fā)電裝置6包括柱狀電機(jī)外殼61，電機(jī)外殼61的兩端分別固定有發(fā)電機(jī)組62和發(fā)電機(jī)組64，該兩套發(fā)電機(jī)組沿電機(jī)外殼61的中心橫剖面63鏡像對(duì)稱，發(fā)電機(jī)組62包括透平漿片621、與透平漿片621固連的游心增速齒輪箱622以及通過(guò)輸出軸623與游心增速齒輪箱622連接的永磁發(fā)電機(jī)624，發(fā)電機(jī)組64的結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)組62的結(jié)構(gòu)一致，本發(fā)電裝置的工作原理是:當(dāng)海水從電機(jī)外殼61的上端或者下端進(jìn)入電機(jī)外殼61內(nèi)部時(shí)，透平漿片621圍繞輸出軸623轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)游心增速齒輪箱622中的游心齒輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)游心齒輪增速，通過(guò)游心齒輪增速后帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)624旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生電流，由于發(fā)電機(jī)組64的結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)組62的結(jié)構(gòu)一致，而且發(fā)電機(jī)組64的結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)組62的上下對(duì)稱，海水進(jìn)入電機(jī)外殼61內(nèi)部時(shí)，發(fā)電機(jī)組64的透平漿片圍繞其輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與發(fā)電機(jī)組62的透平漿片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。因?yàn)橥ㄟ^(guò)電機(jī)外殼61的海水的壓力及流速相同，同時(shí)因?yàn)橥钙綕{片轉(zhuǎn)速較低，對(duì)于上下尾流影響可通過(guò)微調(diào)漿片面積來(lái)平衡，筒體內(nèi)上下兩套發(fā)電裝置對(duì)稱，且上下發(fā)電機(jī)采取并聯(lián)輸出，所以產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩基本相同，方向相反，因此可以相互抵消，可以有效防止發(fā)電裝置6在水平方向運(yùn)動(dòng)。相對(duì)浮囊2來(lái)看，柱狀電機(jī)外殼61只是向上運(yùn)動(dòng)，沒有左右旋轉(zhuǎn)。當(dāng)海浪相對(duì)于大地向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)電裝置6在自身重力和其下部浮標(biāo)的其它裝置產(chǎn)生的重力拉力共同作用下向下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)將電機(jī)外殼61設(shè)計(jì)成柱狀結(jié)構(gòu)，使得兩套發(fā)電機(jī)組不受橫向水流的影響，通過(guò)電機(jī)外殼61構(gòu)成的涵道，加上上下對(duì)稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證波浪電源只是隨海浪上下運(yùn)動(dòng)而不會(huì)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免了懸浮電纜左右反復(fù)扭動(dòng)而損壞。發(fā)電機(jī)組62和發(fā)電機(jī)組63分別通過(guò)支架65固定在電機(jī)外殼61的兩端，電機(jī)外殼61的高度大于其直徑，以確保軸向平衡力矩較大。
[0022]在本實(shí)施例中，永磁發(fā)電機(jī)優(yōu)選采用發(fā)電效率高的無(wú)鐵芯稀土永磁發(fā)電機(jī)，假設(shè)當(dāng)前海浪浪高為I米，海浪周期一般為I分鐘變化20-30次，流體功率計(jì)算公式為P=1A P AV3其中P為功率，P是海水密度，A是透平槳葉所組成的圓周面積，V是流體速度，通過(guò)計(jì)算公式可以看出，海水波浪平衡發(fā)電裝置的運(yùn)動(dòng)速度三次方是功率的主要影響因素，其中上下運(yùn)動(dòng)周期時(shí)間取最低值，為二秒，海浪浪聞為I米(海浪浪聞定義海浪波峰或波谷相對(duì)于海平面的高度差)，因此在各項(xiàng)因素均取低值，一個(gè)周期內(nèi)從海浪表面的某一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來(lái)看，一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路程為4米，則平均速度為1.33米/秒，其中電機(jī)外殼61的半徑限定為6厘米，海水密度為1020千克/立方米，經(jīng)過(guò)計(jì)算，功率為13.67瓦，由于游心齒輪組傳動(dòng)效率較高，可達(dá)百分之九十以上，稀土永磁發(fā)電效率在百分之八十以上，因此整個(gè)裝置的發(fā)電效率在百分之八十以上，預(yù)計(jì)發(fā)電功率在10瓦左右。稀土永磁無(wú)鐵心發(fā)電機(jī)具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)無(wú)鐵心、無(wú)磁滯和磁槽效應(yīng)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低。(2)無(wú)鐵損耗，效率高。(3)采取獨(dú)特的無(wú)鐵心精密繞組設(shè)計(jì)高精度線圈，并采取環(huán)氧樹脂灌封，可以徹底解決海水腐蝕等問(wèn)題。
(4)采取稀土永磁、多極小氣隙，功率密度高，輸出功率大。(5 )低速直接驅(qū)動(dòng)，無(wú)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
(6)結(jié)構(gòu)緊湊，可小型化，高體積功率比。(7)無(wú)鐵心損耗，發(fā)熱溫升小。
[0023]為了可以為主控電路板，主控電路板還連接有充電電池，發(fā)電機(jī)組為充電電池充電，參見圖1所示，所述的浮囊2里面設(shè)置有壓縮氣瓶8，壓縮氣瓶8的爆炸裝置通過(guò)海水觸發(fā)開關(guān)與充電電池連接。當(dāng)浮標(biāo)入水后，浮標(biāo)的降落傘自動(dòng)脫落，沉于水中的外殼I在下沉的過(guò)程中，利用海水導(dǎo)電原理，壓縮氣瓶的爆炸裝置的開關(guān)導(dǎo)通，主控電路板中的電源向壓縮氣瓶8的爆炸裝置供電，爆炸裝置爆炸后把壓縮氣瓶8內(nèi)的壓縮氣體向浮囊2充氣，浮標(biāo)在浮囊2浮力帶動(dòng)下向海面上運(yùn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)北斗天線7在浮囊2內(nèi)懸掛展開。同時(shí)通過(guò)懸浮電纜帶動(dòng)發(fā)電裝置6離開外殼1，外殼I脫落，發(fā)電裝置6、水密電子艙3、阻尼盤5、以及換能器4，在自身重力作用下向下落而展開，直至懸浮狀態(tài)。北斗天線7優(yōu)選通過(guò)柔性繩索掛在所述浮囊內(nèi)部，因此在浮囊2充氣后北斗天線7在浮囊2內(nèi)呈懸掛狀，當(dāng)浮囊晃動(dòng)時(shí)，由于重力作用、北斗天線7的慣性及柔性繩索的共同作用，減少了天線的晃動(dòng)夾角，使得北斗天線7盡量指向天空，北斗天線7與傳統(tǒng)浮標(biāo)天線相比，姿態(tài)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，從而使得對(duì)空指向性明顯增強(qiáng)，使天線對(duì)空方向工作在增益較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)，提高了北斗天線捕獲北斗衛(wèi)星的能力和通訊的穩(wěn)定性，并且有利于降低北斗信號(hào)發(fā)射時(shí)的功耗。
[0024]浮囊2優(yōu)選采用為高強(qiáng)度塑料制成的軟浮囊，且電磁波能穿透浮囊，浮囊具有較強(qiáng)韌性，防止尖銳物體劃破浮囊，通過(guò)模具成型，制成球形結(jié)構(gòu)，有利于延長(zhǎng)其使用壽命。所述的阻尼盤5連接在水密電子艙3和換能器4之間，且阻尼盤5至換能器4的距離小于至水密電子艙3的距離，可以在浮標(biāo)隨著波浪上下起伏時(shí)起到減小震蕩幅度的作用。
[0025]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，包括設(shè)置在外殼、浮囊、水密電子艙、以及換能器，所述的水密電子艙內(nèi)密封有主控電路板，其特征在于:還包括發(fā)電裝置以及阻尼盤，所述的浮囊、發(fā)電裝置、水密電子艙、阻尼盤、以及換能器通過(guò)柔性電纜相連接，在所述浮囊的內(nèi)壁上連接有北斗天線，所述的發(fā)電裝置用于為北斗天線、主控電路板以及換能器供電，所述的北斗天線與主控電路板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的發(fā)電裝置包括柱狀電機(jī)外殼，所述電機(jī)外殼的兩端分別固定有發(fā)電機(jī)組，該兩套發(fā)電機(jī)組沿電機(jī)外殼的中心橫剖面鏡像對(duì)稱，所述的發(fā)電機(jī)組包括透平漿片、與所述透平漿片固連的游心增速齒輪箱以及通過(guò)輸出軸與所述游心增速齒輪箱連接的永磁發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的發(fā)電機(jī)組分別通過(guò)支架固定在所述電機(jī)外殼的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的永磁發(fā)電機(jī)為無(wú)鐵芯稀土永磁發(fā)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述電機(jī)外殼的高度大于其直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的北斗天線通過(guò)柔性繩索掛在所述浮囊內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的浮囊為高強(qiáng)度塑料制成的軟浮囊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的主控電路板還連接有充電電池，所述的發(fā)電機(jī)組為充電電池充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的浮囊里面設(shè)置有壓縮氣瓶，所述壓縮氣瓶的爆炸裝置通過(guò)海水觸發(fā)開關(guān)與所述充電電池連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自帶發(fā)電裝置的被動(dòng)聲納浮標(biāo)，其特征在于:所述的阻尼盤連接在所述水密電子艙和換能器之間，且阻尼盤至換能器的距離小于至水密電子艙的距離。
【文檔編號(hào)】B63B22/00GK103538701SQ201310540120
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉福曉, 高偉亮, 施建禮, 郭維波, 戚甫峰 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)