本發(fā)明涉及水中磁性金屬回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有吸附水底磁性金屬功能的水中磁性金屬吸附裝置及控制方法。

背景技術(shù)：
由于翻船或修造船等原因，在某些海域或河道的水底存在大量的磁性金屬，金屬在海底或河道時(shí)間長了會逐漸腐蝕消失，導(dǎo)致大量的金屬資源被浪費(fèi)；但是傳統(tǒng)的沉船打撈方法費(fèi)用高昂，如何使用簡易的裝置將埋藏在海底或河道中的金屬打撈上來，是目前迫切需要解決的技術(shù)問題。中國專利授權(quán)公開號：CN203714031U，授權(quán)公開日2014年7月16日，公開了一種吸附裝置，包括：具有一定厚度的裝置本體，所述裝置本體兩端內(nèi)嵌有磁鐵。該發(fā)明的不足之處是，功能單一，不能用于水下吸附磁性金屬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的沉船打撈方法費(fèi)用高昂的不足，提供了一種具有吸附水底磁性金屬功能的水中磁性金屬吸附裝置及控制方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種水中磁性金屬吸附裝置，包括兩端封閉的筒形吸附體，分別設(shè)于吸附體兩端的第一氣囊和第二氣囊，設(shè)于吸附體內(nèi)的氣瓶、微處理器、存儲器、電機(jī)和與電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸分別相連接的兩個(gè)凸輪，設(shè)于吸附體外周面上并沿軸向分布的兩組挖掘足，包覆于兩組挖掘足之外的吸附體外周面上的強(qiáng)力磁鐵片和設(shè)于吸附體上的牽引環(huán)；每組挖掘足均包括若干個(gè)沿吸附體橫截面的邊緣分布并與吸附體的軸心線相垂直的圓管和設(shè)于每個(gè)圓管中的可伸出圓管外端之外的伸縮桿，每個(gè)伸縮桿的長度均大于對應(yīng)的圓管的長度，每個(gè)伸縮桿均通過彈性結(jié)構(gòu)與對應(yīng)的圓管相連接；一組挖掘足的各個(gè)伸縮桿上端均與一個(gè)凸輪外周面相接觸，另一組挖掘足的各個(gè)伸縮桿上端均與另一個(gè)凸輪外周面相接觸，圓管內(nèi)側(cè)壁下部與伸縮柱之間設(shè)有環(huán)形密封板；氣瓶通過第一導(dǎo)氣管與第一氣囊相連通，氣瓶通過第二導(dǎo)氣管與第二氣囊相連通，第一導(dǎo)氣管上設(shè)有第一電磁閥，第二導(dǎo)氣管上設(shè)有第二電磁閥；每個(gè)圓管內(nèi)端和吸附體之間均設(shè)有壓力傳感器，微處理器分別與電機(jī)、存儲器、各個(gè)壓力傳感器、第一電磁閥和第二電磁閥電連接。當(dāng)氣囊中氣體量較少，氣囊處于收縮狀態(tài)；當(dāng)氣囊中氣體量較多，氣囊會張開；氣囊體積的改變，使水施加在氣囊上的浮力改變，從而使2個(gè)氣囊和吸附體所構(gòu)成的整體的浮力改變；可以根據(jù)吸附金屬量的多少而改變氣囊的體積，從而使吸附體和水底保持穩(wěn)定的相對距離。氣瓶中盛有高壓氮?dú)猓蜷_第一電磁閥及第二電磁閥，氮?dú)鈺詣舆M(jìn)入第一氣囊和第二氣囊。各個(gè)壓力傳感器用于檢測吸附體施加給圓管的壓力，從而間接的檢測出水的浮力和吸附體的重力之間的關(guān)系，便于及時(shí)調(diào)整氣囊的體積，從而使吸附體和水底保持穩(wěn)定的相對距離。用繩索將牽引環(huán)與船連接起來，用船拖動本發(fā)明的吸附體移動；本發(fā)明的兩組挖掘足用于翻動水底的泥沙，從而使磁性金屬露出水底的泥沙之外；強(qiáng)力磁鐵片用于吸附露出水底的泥沙之外的磁性金屬；電機(jī)通過凸輪帶動伸縮桿伸縮，彈性結(jié)構(gòu)用于給伸縮桿提供回縮的彈力；當(dāng)伸縮桿伸出對應(yīng)的圓管之外時(shí)，在伸縮桿的支撐下，吸附體會跳離水底，伸縮桿可能垂直跳起也可能傾斜跳起，從而使吸附體在水底呈曲線狀跳躍式前進(jìn)，吸附體移動的軌跡并非與船移動的直線軌跡一樣，增加水底搜索的范圍，提高了磁性金屬回收效率，并且跳躍式前進(jìn)減少了吸附體與水底的摩擦，吸附體不易損壞，減少了吸附體對水底的破壞。氣瓶中盛有高壓氮?dú)?。并且在吸附磁性金屬過程中，微處理器控制壓力檢測及充氣，當(dāng)達(dá)到一定的充氣次數(shù)時(shí)，說明吸附體已經(jīng)吸附了一定重量的磁性金屬可以停止吸附作業(yè)了；微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥打開，氣瓶持續(xù)向第一氣囊和第二氣囊放氣直至吸附體浮出水面為止；當(dāng)船中的操作人員發(fā)現(xiàn)吸附體已經(jīng)浮在水面時(shí)，可以控制船返航；達(dá)到吸附標(biāo)準(zhǔn)可以自動上浮，操作簡單、智能化高。因此，本發(fā)明具有磁性金屬回收效率高，不易損壞，回收成本低；達(dá)到吸附標(biāo)準(zhǔn)可以自動上浮，操作簡單、智能化高的特點(diǎn)。作為優(yōu)選，所述氣囊均呈圓筒狀，包括塑料殼體和設(shè)于殼體內(nèi)的沿殼體軸向分布的若干個(gè)環(huán)形支撐件，環(huán)形支撐件與殼體相連接。作為優(yōu)選，所述吸附體上設(shè)有與圓管數(shù)量相同的中空卡槽，每個(gè)圓管內(nèi)端均設(shè)有用于與卡槽配合的若干個(gè)彈性凸起，每個(gè)卡槽的底面上均設(shè)有環(huán)形緩沖墊，每個(gè)壓力傳感器均位于對應(yīng)的緩沖墊中。作為優(yōu)選，所述彈性結(jié)構(gòu)包括沿圓管軸向分布的2至4個(gè)徑向彈簧組，每個(gè)徑向彈簧組包括在圓管和對應(yīng)的伸縮桿之間呈輻射狀分布的4條連接彈簧。作為優(yōu)選，每組挖掘足包括4個(gè)圓管及4個(gè)分別與各個(gè)圓管連接的伸縮桿，每個(gè)凸輪均為梅花凸輪。作為優(yōu)選，吸附體呈圓筒狀，電機(jī)為防水電機(jī)。一種水中磁性金屬吸附裝置的控制方法，包括如下步驟：(7-1)用繩索將牽引環(huán)與用于提供牽引力的船連接起來，船拖動吸附體在水底移動；(7-2)在移動的過程中，兩組挖掘足插入水底的泥沙中，在挖掘足的翻動作用下磁性金屬露出泥沙之外，強(qiáng)力磁鐵片吸附磁性金屬；(7-3)微處理器控制電機(jī)工作，2個(gè)凸輪帶動各個(gè)伸縮桿伸出，各個(gè)彈性結(jié)構(gòu)分別帶動對應(yīng)的伸縮桿回縮，吸附體在水底呈曲線狀跳躍前進(jìn)；(7-4)在(7-2)至(7-3)的吸附磁性金屬過程中，微處理器控制壓力檢測及充氣：存儲器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍[A1，A2]，充氣次數(shù)閾值N，充氣次數(shù)序號為q，q初始值為0；各個(gè)壓力傳感器分別檢測圓管與吸附體之間的壓力，微處理器計(jì)算各個(gè)壓力傳感器檢測的壓力的平均值R；(7-4-1)當(dāng)R≥A2，則微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥打開，氣瓶分別向第一氣囊和第二氣囊放氣；當(dāng)R＜A1，則微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥關(guān)閉，使q的值增加1；當(dāng)q＜N，轉(zhuǎn)入步驟(7-4-1)中；當(dāng)q≥N，則轉(zhuǎn)入步驟(7-5)；(7-5)微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥打開，氣瓶繼續(xù)向第一氣囊和第二氣囊放氣，吸附體浮出水面。作為優(yōu)選，還包括如下步驟：(8-1)存儲器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信噪比SNR標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速C1、轉(zhuǎn)速C2，C2＞C1；在吸附磁性金屬過程中，設(shè)定壓力傳感器共為m個(gè)，則微處理器得到m個(gè)檢測信號，微處理器選取距離當(dāng)前時(shí)刻B分鐘內(nèi)的m個(gè)檢測信號Spect(t)；(8-2)數(shù)據(jù)處理：微處理器將m個(gè)檢測信號Spect(t)均輸入一層隨機(jī)共振模型：中，微處理器計(jì)算V(x，t，α)對于x的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)和三階導(dǎo)數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機(jī)共振模型：設(shè)定噪聲強(qiáng)度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；計(jì)算得到A的臨界值為將A的臨界值代入一層隨機(jī)共振模型中，并設(shè)定X0(t)＝0，sn0＝0，用四階瓏格庫塔算法求解一層隨機(jī)共振模型，得到其中待定系數(shù)：(k1)n＝a(αxn-1(t))2-b(αxn-1(t))3+snn-1其中，xn(t)為x(t)的n階導(dǎo)數(shù)，snn-1是S(t)的n-1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，snn+1是S(t)的n+1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，n＝1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；微處理器對x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)進(jìn)行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機(jī)共振模型和二層隨機(jī)共振模型組成的雙層隨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)共振時(shí)刻的最優(yōu)檢測時(shí)刻時(shí)間t1，最優(yōu)瞬時(shí)運(yùn)動加速度α1，并確定t1和α1所對應(yīng)的噪聲D1；微處理器利用公式計(jì)算雙層隨機(jī)共振系統(tǒng)輸出的信噪比；其中，ΔU＝a2/4b；得到m個(gè)輸出信噪比SNR1，SNR2，…，SNRm；微處理器利用公式計(jì)算輸出信噪比誤差QEi，i＝1，2，...，m；微處理器計(jì)算滿足QEi≤5％的輸出信噪比誤差的個(gè)數(shù)M1；(8-3)做出判斷：若則微處理器控制電機(jī)以轉(zhuǎn)速C1旋轉(zhuǎn)；否則，微處理器控制電機(jī)以轉(zhuǎn)速C2旋轉(zhuǎn)；B分鐘后，返回步驟(8-1)。m個(gè)檢測信號可以表征吸附金屬重量變化過程，即表征當(dāng)前水底的磁性金屬含量，根據(jù)磁性金屬含量來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而確定吸附體跳躍的頻率；使磁性金屬含量較多時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速慢，磁性金屬含量較少時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速快，既提高了搜索效率，也保證水底磁性金屬被較干凈的清理掉。SNR標(biāo)準(zhǔn)通過下述方法獲得：當(dāng)水底磁性金屬含量適中，電機(jī)采用能將磁性金屬基本清理干凈的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，利用上述步驟檢測及數(shù)據(jù)處理得到一個(gè)輸出信噪比，并反復(fù)進(jìn)行100至200次實(shí)驗(yàn)，得到100至200個(gè)輸出信噪比，計(jì)算得到的各個(gè)輸出信噪比的平均值，將該平均值定義為SNR標(biāo)準(zhǔn)。作為優(yōu)選，q為5至10，標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍為[500g，5kg]。因此，本發(fā)明具有如下有益效果：(1)磁性金屬回收效率高，不易損壞，回收成本低；(2)達(dá)到吸附標(biāo)準(zhǔn)可以自動上浮，操作簡單，智能化高；(3)清理效果好，回收成本低。附圖說明圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的凸輪、圓管和伸縮桿的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電機(jī)和凸輪的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的圓管和伸縮桿的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的卡槽、緩沖墊和挖掘足的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1的一種流程圖；圖7是本發(fā)明的一種原理框圖。圖中：吸附體1、第一氣囊2、第二氣囊3、微處理器4、存儲器5、電機(jī)6、轉(zhuǎn)軸7、凸輪8、氣瓶9、挖掘足10、強(qiáng)力磁鐵片11、牽引環(huán)12、圓管13、伸縮桿14、密封板15、第一電磁閥16、第二電磁閥17、塑料殼體18、中空卡槽19、彈性凸起20、環(huán)形緩沖墊21、徑向彈簧組22、連接彈簧23、壓力傳感器24。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1如圖1、圖3所示的實(shí)施例是一種水中磁性金屬吸附裝置，包括兩端封閉的筒形吸附體1，分別設(shè)于吸附體兩端的第一氣囊2和第二氣囊3，設(shè)于吸附體內(nèi)的氣瓶9微處理器4、存儲器5、電機(jī)6和與電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸7分別相連接的兩個(gè)凸輪8，設(shè)于吸附體外周面上并沿軸向分布的兩組挖掘足10，包覆于兩組挖掘足之外的吸附體外周面上的強(qiáng)力磁鐵片11和設(shè)于吸附體上的牽引環(huán)12；每組挖掘足均包括4個(gè)沿吸附體橫截面的邊緣分布并與吸附體的軸心線相垂直的圓管13和設(shè)于每個(gè)圓管中的可伸出圓管外端之外的伸縮桿14，每個(gè)伸縮桿的長度均大于對應(yīng)的圓管的長度，每個(gè)伸縮桿均通過彈性結(jié)構(gòu)與對應(yīng)的圓管相連接；一組挖掘足的各個(gè)伸縮桿上端均與一個(gè)凸輪外周面相接觸，另一組挖掘足的各個(gè)伸縮桿上端均與另一個(gè)凸輪外周面相接觸，圓管內(nèi)側(cè)壁下部與伸縮柱之間設(shè)有環(huán)形密封板15；氣囊均呈圓筒狀，包括塑料殼體18和設(shè)于殼體內(nèi)的沿殼體軸向分布的2個(gè)環(huán)形支撐件，環(huán)形支撐件與殼體相連接。吸附體呈圓筒狀，電機(jī)為防水電機(jī)。如圖7所示，氣瓶通過第一導(dǎo)氣管與第一氣囊相連通，氣瓶通過第二導(dǎo)氣管與第二氣囊相連通，第一導(dǎo)氣管上設(shè)有第一電磁閥16，第二導(dǎo)氣管上設(shè)有第二電磁閥17；每個(gè)圓管內(nèi)端和吸附體之間均設(shè)有壓力傳感器24，微處理器分別與電機(jī)、存儲器、各個(gè)壓力傳感器、第一電磁閥和第二電磁閥電連接。各個(gè)壓力傳感器均為電阻應(yīng)變式稱重傳感器。如圖5所示，吸附體上設(shè)有與圓管數(shù)量相同的中空卡槽19，每個(gè)圓管內(nèi)端均設(shè)有用于與卡槽配合的4個(gè)彈性凸起20，每個(gè)卡槽的底面上均設(shè)有環(huán)形緩沖墊21，每個(gè)壓力傳感器均位于對應(yīng)的緩沖墊中。如圖4所示，彈性結(jié)構(gòu)包括沿圓管軸向分布的3個(gè)徑向彈簧組22，每個(gè)徑向彈簧組包括在圓管和對應(yīng)的伸縮桿之間呈輻射狀分布的4條連接彈簧23。如圖2所示，每組挖掘足包括4個(gè)圓管及4個(gè)分別與各個(gè)圓管連接的伸縮桿，每個(gè)凸輪均為梅花凸輪。如圖6所示，一種水中磁性金屬吸附裝置的控制方法，包括如下步驟：步驟100，用繩索將牽引環(huán)與用于提供牽引力的船連接起來，船拖動吸附體在水底移動；步驟200，在移動的過程中，兩組挖掘足插入水底的泥沙中，在挖掘足的翻動作用下磁性金屬露出泥沙之外，強(qiáng)力磁鐵片吸附磁性金屬；步驟300，微處理器控制電機(jī)工作，2個(gè)凸輪帶動各個(gè)伸縮桿伸出，各個(gè)彈性結(jié)構(gòu)分別帶動對應(yīng)的伸縮桿回縮，吸附體在水底呈曲線狀跳躍前進(jìn)；步驟400，在步驟200至步驟300的吸附磁性金屬過程中，微處理器控制壓力檢測及充氣：存儲器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍[500g，3000g]，充氣次數(shù)閾值N為8，充氣次數(shù)序號為q，充氣次數(shù)閾值q，q初始值為0；各個(gè)壓力傳感器檢測圓管與吸附體之間的壓力，微處理器計(jì)算各個(gè)壓力傳感器檢測的壓力的平均值；步驟410，當(dāng)R≥3000g，則微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥打開，氣瓶分別向第一氣囊和第二氣囊放氣；當(dāng)R＜500g，則微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥關(guān)閉，使q的值增加1；當(dāng)q＜8，轉(zhuǎn)入步驟410中；當(dāng)q≥8，則轉(zhuǎn)入步驟500；步驟500，微處理器控制第一電磁閥及第二電磁閥打開，氣瓶持續(xù)向第一氣囊和第二氣囊放氣直至吸附體浮出水面為止。吸附體內(nèi)設(shè)有蓄電池，蓄電池與電機(jī)電連接。實(shí)施例2實(shí)施例2中包括實(shí)施例1中的所有結(jié)構(gòu)及步驟，還包括下述步驟：步驟600，存儲器中設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信噪比SNR標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速C1、轉(zhuǎn)速C2，C2＞C1；在吸附磁性金屬過程中，微處理器得到8個(gè)檢測信號，微處理器選取距離當(dāng)前時(shí)刻5分鐘內(nèi)的8個(gè)檢測信號的信號段構(gòu)成8個(gè)檢測信號Spect(t)；轉(zhuǎn)速C1為2轉(zhuǎn)/分鐘、轉(zhuǎn)速C2為4轉(zhuǎn)/分鐘；步驟700，數(shù)據(jù)處理：微處理器將m個(gè)檢測信號Spect(t)均輸入一層隨機(jī)共振模型：中，其中，V(x，t，α)為勢函數(shù)，x(t)為布朗運(yùn)動粒子運(yùn)動軌跡函數(shù)，a，b為設(shè)定的常數(shù)，ξ(t)是外噪聲，D是在[0，1]范圍內(nèi)以0.01步進(jìn)的外噪聲強(qiáng)度，N(t)為內(nèi)秉噪聲，為周期性正弦信號，A是信號幅度，f是信號頻率，t為運(yùn)動時(shí)間，為相位，設(shè)微處理器計(jì)算V(x，t，α)對于x的一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)和三階導(dǎo)數(shù)，并且使等式等于0，得到二層隨機(jī)共振模型：設(shè)定噪聲強(qiáng)度D＝0，Spect(t)＝0，N(t)＝0；計(jì)算得到A的臨界值為將A的臨界值代入一層隨機(jī)共振模型中，并設(shè)定X0(t)＝0，sn0＝0，用四階瓏格庫塔算法求解一層隨機(jī)共振模型，得到其中待定系數(shù)：(k1)n＝a(αxn-1(t))2-b(αxn-1(t))3+snn-1其中，xn(t)為x(t)的n階導(dǎo)數(shù)，snn-1是S(t)的n-1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，snn+1是S(t)的n+1階導(dǎo)數(shù)在t＝0處的值，n＝1，…，N-1；得到x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)的值；微處理器對x1(t)，x2(t)，…，xn+1(t)進(jìn)行積分，得到x(t)，并得到x(t)在一層隨機(jī)共振模型和二層隨機(jī)共振模型組成的雙層隨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)共振時(shí)刻的最優(yōu)檢測時(shí)刻時(shí)間t1，最優(yōu)瞬時(shí)運(yùn)動加速度α1，并確定t1和α1所對應(yīng)的噪聲D1；D1為D中的一個(gè)值；D是在[0，1]范圍內(nèi)以0.01周期循環(huán)步進(jìn)的一個(gè)函數(shù)，D的取值與時(shí)間相關(guān)，知道了t1時(shí)刻，D1就確定了。微處理器利用公式計(jì)算雙層隨機(jī)共振系統(tǒng)輸出的信噪比；其中，ΔU＝a2/4b；得到m個(gè)輸出信噪比SNR1，SNR2，…，SNRm；微處理器利用公式計(jì)算輸出信噪比誤差QEi，i＝1，2，...，8；微處理器計(jì)算滿足QEi≤5％的輸出信噪比誤差的個(gè)數(shù)M1；步驟800，做出判斷：若則微處理器控制電機(jī)以轉(zhuǎn)速C1旋轉(zhuǎn)；否則，微處理器控制電機(jī)以轉(zhuǎn)速C2旋轉(zhuǎn)；5分鐘后，返回步驟600。應(yīng)理解，本實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。