本實(shí)用新型是一種深海作業(yè)起伏位移測(cè)量定位坐標(biāo)裝置，用以測(cè)量深海海浪波高以及船舶(海洋平臺(tái))起伏位移，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)是中國(guó)面向21世紀(jì)的重大戰(zhàn)略選擇。大洋底的礦產(chǎn)資源非常豐富，因此世界各國(guó)都在大力發(fā)展深海采礦技術(shù)。采礦船(平臺(tái))起伏信號(hào)的采集與補(bǔ)償是深海采礦作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的基于加速度計(jì)的位移信號(hào)采集儀器不適應(yīng)采礦船(平臺(tái))在波浪激勵(lì)下的低頻運(yùn)動(dòng)的工況；氣介式聲學(xué)測(cè)波儀需要在海洋中打一根樁，把測(cè)波探頭固定在海面上方十多米高的地方，顯然不適合深海作業(yè)的工礦；近年來(lái)研制的水聲測(cè)波儀需要將探頭固定在海底，也只適宜淺海作業(yè)，因此適于深海作業(yè)的海浪波高及船舶(海洋平臺(tái))起伏位移測(cè)量裝置是一項(xiàng)新技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種新穎的測(cè)量深海海浪波高及采礦船(海洋平臺(tái))起伏位移的裝置。該裝置通過控制體積的變化能在海水中自主下潛，通過壓力傳感器檢測(cè)海水靜壓力，單片機(jī)通過智能模糊預(yù)測(cè)控制能精確定位于程序預(yù)定的海水深度用作海洋靜止定位坐標(biāo)，用以測(cè)量深海海浪波高及船舶、海洋平臺(tái)等的起伏位移。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括有由電源(14)、單片機(jī)(3)伺服電機(jī)(12)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13，11，10)、活塞(9)、活塞密封裝置(8)、壓力傳感器(2)、外殼(7，6)組成的自主沉浮組件及超聲發(fā)射\接收電路(1)、超聲傳感器(4)、溫度傳感器(5)組成的測(cè)距組件，其中伺服電機(jī)(12)與電源(14)連接，并與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13，11，10)的輸入端連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與活塞(9)連接。壓力傳感器(2)裝設(shè)在上半殼體(1)上，且其輸出端與單片機(jī)(3)連接，單片機(jī)(3)的輸出端與伺服電機(jī)(12)的輸入端連接。

上述上半殼體(1)的上端設(shè)置超聲傳感器(4)及溫度傳感器(5)，下半殼體內(nèi)設(shè)置超聲發(fā)射\接收電路(17)。單片機(jī)(3)控制超聲發(fā)射\接收電路(17)通過超聲傳感器(4)發(fā)射\接收超聲波。

電路連接如圖2所示。溫度傳感器測(cè)量海水的溫度，補(bǔ)償溫度對(duì)聲速的影響，壓力傳感器檢測(cè)海水的壓強(qiáng)，通過單片機(jī)運(yùn)算，控制裝置位于海中的某一個(gè)既定的深度。

上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13，11，10)分別為同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、滾珠絲桿傳動(dòng)副。

本實(shí)用新型的工作原理是：壓力傳感器(2)在線檢測(cè)定位坐標(biāo)裝置所處的水深，并與程序預(yù)定的目標(biāo)水深H₀比較，若未達(dá)到預(yù)定的水深，則單片機(jī)控制伺服電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13，11，10)，驅(qū)動(dòng)活塞(9)縮回，體積減少，使得重力大于浮力，坐標(biāo)裝置下沉；反之，若檢測(cè)水深大于預(yù)定水深H₀，活塞(9)朝外伸出，體積增大，使得坐標(biāo)裝置的浮力大于重力，坐標(biāo)裝置上浮；若檢測(cè)水深等于預(yù)定水深H₀，則活塞(9)處于中間平衡位置，此時(shí)浮力等于重力。本實(shí)用新型由于采取模糊預(yù)測(cè)控制策略，與現(xiàn)有的定深控制相比，具有響應(yīng)快，過度時(shí)間短的特點(diǎn)，即定位快速準(zhǔn)確。超聲發(fā)射\接收電路(17)在單片機(jī)(3)的控制下，通過超聲傳感器(4)發(fā)射超聲波，并接收發(fā)射波的回波。在一個(gè)測(cè)波周期內(nèi)，控制器(3)的計(jì)時(shí)器從發(fā)射超聲波開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到超聲回波時(shí)停止計(jì)時(shí)，所計(jì)的時(shí)間為超聲波的傳播時(shí)間t。溫度傳感器的測(cè)量值輸入單片機(jī)(3)，用以補(bǔ)償因海水溫度變化引起超聲波傳播速度c(T)變化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差。根據(jù)超聲測(cè)距原理，由單片機(jī)(3)計(jì)算所測(cè)距離H＝c(T)*t/2。

為了減少裝置在水中的運(yùn)動(dòng)阻力，裝置的兩端設(shè)計(jì)為半球型。

本實(shí)用新型是一種構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用的深海靜止定位坐標(biāo)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型的電路連接圖；

圖3為本實(shí)用新型測(cè)量采礦船起伏位移的原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括有由電源(14)、步進(jìn)電機(jī)(12)、同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)、錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)、滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)、活塞(9)、活塞密封裝置(8)、上半殼體(1)，下半殼體(16)組成的自主沉浮組件，以及超聲發(fā)射\接收電路(17)、超聲傳感器(4)、溫度傳感器(5)組成的測(cè)距組件，其中伺服電機(jī)(12)與電源(14)連接，并與同步帶(13)輸入端連接，同步帶(13)的輸出端與錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)的輸入端連接。 端滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)的輸出端與活塞(9)連接?；钊芊庋b置(8)防止水進(jìn)入。壓力傳感器(2)裝設(shè)在上半殼體(1)上，且其輸出端與單片機(jī)(3)的輸入端連接，單片機(jī)(3)的輸出端與伺服電機(jī)(12)的輸入端連接。

上述上半殼體(1)上裝設(shè)有超聲傳感器(4)及溫度傳感器(5)，下半殼體(16)內(nèi)裝有超聲波發(fā)射\接收電路。單片機(jī)(3)控制超聲波發(fā)射\接收電路(17)通過超聲傳感器(4)發(fā)射\接收超聲波，并根據(jù)溫度傳感器的測(cè)量值計(jì)算距離。

電路連接如圖2所示。單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心。電源(14)采用高性能的鋰電池供電。

本實(shí)施例中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為同步帶傳動(dòng)(13)、錐齒輪傳動(dòng)(11)、滾珠絲桿傳動(dòng)(10)；單片機(jī)(3)為89C51單片機(jī)。

在深海采礦中，由于波浪的激勵(lì)，采礦船隨波浪起伏。采集采礦船的起伏信號(hào)并加以補(bǔ)償是深海采礦工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)本裝置下潛并駐停在海水某深度時(shí)(如200米)，即可作為靜止定位坐標(biāo)。該裝置上的單片機(jī)(3)控制超聲發(fā)射\接收電路(17)通過超聲傳感器(4)朝采礦船發(fā)射周期性脈沖形式的超聲波，并同時(shí)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)超聲傳感器(4)接收到采礦船底板反射回來(lái)的回波時(shí)，停止計(jì)時(shí)，所計(jì)時(shí)間為超聲波的傳播時(shí)間t。單片機(jī)根據(jù)溫度傳感器測(cè)出的溫度值求出該溫度下的聲波傳播速度c(T)，則可計(jì)算采礦船的起伏位移h(t)(測(cè)量海浪波高類同)，其原理如圖3所示。根據(jù)超聲測(cè)距原理：超聲波發(fā)射到接受的時(shí)間t正比于定位坐標(biāo)點(diǎn)(超聲傳感器4)到采礦船的距離，計(jì)算公式如下：

t＝2[H+h(t)]/c(T)，

式中：H——基本水深，m；

h(t)——采礦船瞬時(shí)起伏位移，m；

通過單片機(jī)計(jì)算得到起伏位移：h(t)＝[c(T)t-2H]/2。