本發(fā)明屬于船舶電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船載自供電定位跟蹤裝置。

背景技術(shù)：

船舶定位與跟蹤系統(tǒng)在民用船舶上已得到廣泛應(yīng)用，為船舶的航行安全、及時(shí)救援、以及失聯(lián)搜尋等提供了有力的技術(shù)保障。然而，現(xiàn)有定位與跟蹤系統(tǒng)都是基于發(fā)動(dòng)機(jī)供電的，一旦船舶發(fā)生事故使發(fā)動(dòng)機(jī)及整個(gè)電力系統(tǒng)失效時(shí)，定位與跟蹤系統(tǒng)也就失去了應(yīng)有的功能。此外，現(xiàn)有的定位與跟蹤系統(tǒng)都是外置的，船舶失事進(jìn)水時(shí)無法正常工作、船舶被不法分子劫持后定位系統(tǒng)也容易被關(guān)閉或破壞。因此，為確保船舶定位系統(tǒng)安全可靠地工作，需要有獨(dú)立的自供電電源且需被隱秘、密閉地安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有船舶監(jiān)測系統(tǒng)使用及供電方面存在的一些問題，本發(fā)明提出一種船載自供電定位跟蹤裝置。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：上蓋經(jīng)螺釘安裝在殼體的筒壁端部，筒壁上設(shè)有筒壁凸臺(tái)；上蓋的凸臺(tái)及殼體底壁的凸臺(tái)上都經(jīng)螺釘安裝有線圈；導(dǎo)柱兩端分別固定在上蓋和殼體底壁上，導(dǎo)柱自下而上依次套有平衡彈簧、慣性塊和限位彈簧，平衡彈簧和限位彈簧為碟形彈簧，慣性塊上下兩端經(jīng)螺釘安裝有發(fā)電磁鐵、側(cè)邊經(jīng)螺釘安裝有懸浮磁鐵；慣性塊上方的發(fā)電磁鐵上表面與其相鄰線圈下表面位于同一平面上，慣性塊下方發(fā)電磁鐵下表面與其相鄰線圈上表面位于同一平面上，發(fā)電磁鐵與線圈厚度相同，即發(fā)電磁鐵與線圈的縱向尺寸相同；筒壁凸臺(tái)上經(jīng)螺釘、壓環(huán)及隔環(huán)均布地安裝有兩組換能器，隔環(huán)上均布地設(shè)有限位輻板；兩組換能器對(duì)稱地布置在隔環(huán)上下兩側(cè)，限位輻板位于圓周上兩個(gè)相鄰的換能器之間且限位輻板寬度大于圓周上兩個(gè)相鄰換能器間的距離；換能器由基板和壓電膜粘接而成，基板靠近隔環(huán)安裝，換能器自由端經(jīng)螺釘安裝有被懸磁鐵，被懸磁鐵與懸浮磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝，被懸磁鐵與懸浮磁鐵間的排斥力使換能器產(chǎn)生彎曲變形；慣性塊受靜力作用向下運(yùn)動(dòng)使平衡彈簧壓死及向上運(yùn)動(dòng)使限位彈簧壓死時(shí)，換能器自由端未頂靠在與其相鄰的線圈上表面或下表面；換能器自由端頂靠在與其相鄰的線圈上表面或下表面時(shí)，壓電膜上的最大應(yīng)力小于其許用值、換能器自由端的變形量小于其許用值。

本發(fā)明中，換能器形狀為扇形或矩形，換能器形狀為矩形時(shí)其自由端許用變形量由下式計(jì)算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm為基板厚度，h為換能器總厚，em和ep分別為基板和壓電膜材料的楊氏模量，k31和分別為壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為換能器的長度。

非工作狀態(tài)下，即慣性塊在平衡彈簧及限位彈簧作用下靜止時(shí)，隔環(huán)上下兩側(cè)換能器的彎曲變形及應(yīng)力分布狀態(tài)分別相同；工作時(shí)，即船舶顛簸震動(dòng)時(shí)，慣性塊及置于慣性塊上的發(fā)電磁鐵與懸浮磁鐵在其慣性力作用下沿導(dǎo)柱上下滑動(dòng)，從而改變懸浮磁鐵與被懸磁鐵間的距離及相互排斥力，使換能器的變形量以及壓電膜上的應(yīng)力增加或減?。簯T性塊向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮磁鐵上方換能器的變形量及壓電膜上的應(yīng)力增加、懸浮磁鐵下方換能器的變形量及壓電膜上的應(yīng)力減??；相反，慣性塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮磁鐵下方換能器的變形量及壓電膜上的應(yīng)力增加、懸浮磁鐵上方換能器的變形量及壓電膜上的應(yīng)力減??；換能器在其自身彈性力的作用下復(fù)位、變形量逐漸減小的過程中，基板從固定端開始逐漸與限位輻板接觸，以防止出現(xiàn)使壓電膜承受拉應(yīng)力的反向變形；上述壓電膜上壓應(yīng)力的交替增加與減小過程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能，此過程為壓電發(fā)電；在壓電發(fā)電的同時(shí)，由于發(fā)電磁鐵相對(duì)線圈上下運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，此過程為電磁發(fā)電。換能器及線圈產(chǎn)生的電能經(jīng)不同的導(dǎo)線組傳輸給電路板，電路板經(jīng)螺釘安裝在殼體底壁上，電路板上設(shè)有能量轉(zhuǎn)換處理單元及定位跟蹤與信號(hào)發(fā)射單元，信號(hào)發(fā)射單元將輪船位置信息發(fā)射出去。

優(yōu)勢與特色：利用慣性塊和平衡彈簧實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、有效頻帶寬，尤其適于超低頻、大振幅的隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境；換能器變形量可控且工作中壓電膜僅承受壓應(yīng)力，可靠性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2圖1的a-a剖視圖。

具體實(shí)施方式

上蓋a經(jīng)螺釘安裝在殼體b的筒壁b1端部，筒壁b1上設(shè)有筒壁凸臺(tái)b2；上蓋a的凸臺(tái)a1及殼體底壁b3的凸臺(tái)b4上都經(jīng)螺釘安裝有線圈c；導(dǎo)柱d兩端分別固定在上蓋a和殼體底壁b3上，導(dǎo)柱d自下而上依次套有平衡彈簧e、慣性塊f和限位彈簧g，平衡彈簧e和限位彈簧g為碟形彈簧，慣性塊f的上下兩端經(jīng)螺釘安裝有發(fā)電磁鐵h、側(cè)邊經(jīng)螺釘安裝有懸浮磁鐵i；慣性塊f上方的發(fā)電磁鐵h的上表面與其相鄰線圈c的下表面位于同一平面上，慣性塊f下方發(fā)電磁鐵f的下表面與其相鄰線圈c的上表面位于同一平面上，發(fā)電磁鐵f與線圈c的厚度相同，即發(fā)電磁鐵f與線圈c的縱向尺寸相同；筒壁凸臺(tái)b2上經(jīng)螺釘、壓環(huán)j及隔環(huán)k均布地安裝有兩組換能器n，隔環(huán)k上均布地設(shè)有限位輻板k1；兩組換能器n對(duì)稱地布置在隔環(huán)k的上下兩側(cè)，限位輻板k1位于圓周上兩個(gè)相鄰的換能器n之間且限位輻板k1寬度大于圓周上兩個(gè)相鄰換能器n之間的距離；換能器n由基板n1和壓電膜n2粘接而成，基板n1靠近隔環(huán)k安裝，換能器n的自由端經(jīng)螺釘安裝有被懸磁鐵p，被懸磁鐵p與懸浮磁鐵i的同性磁極相對(duì)安裝，被懸磁鐵p與懸浮磁鐵i之間的排斥力使換能器n產(chǎn)生彎曲變形；慣性塊f受靜力作用向下運(yùn)動(dòng)使平衡彈簧e壓死及向上運(yùn)動(dòng)使限位彈簧g壓死時(shí)，換能器n的自由端未頂靠在與其相鄰的線圈c的上表面或下表面；換能器n的自由端頂靠在與其相鄰的線圈c的上表面或下表面時(shí)，壓電膜n2上最大應(yīng)力小于其許用值、換能器n自由端變形量小于其許用值。

本發(fā)明中，換能器n的形狀為扇形或矩形，換能器n形狀為矩形時(shí)其自由端的許用變形量由下式計(jì)算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm為基板n1的厚度，h為換能器n的總厚度，em和ep分別為基板n1和壓電膜n2材料的楊氏模量，k31和分別為壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為換能器n的長度。

非工作狀態(tài)下，即慣性塊f在平衡彈簧e及限位彈簧g的作用下靜止時(shí)，隔環(huán)k上下兩側(cè)換能器n的彎曲變形及應(yīng)力分布狀態(tài)分別相同；工作時(shí)，即船舶顛簸震動(dòng)時(shí)，慣性塊f及置于慣性塊f上的發(fā)電磁鐵h與懸浮磁鐵i在其慣性力的作用下沿導(dǎo)柱d上下滑動(dòng)，從而改變懸浮磁鐵i與被懸磁鐵p間的距離及相互排斥力，使換能器n的變形量以及壓電膜n2上的應(yīng)力增加或減小：慣性塊f向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮磁鐵i上方換能器n的變形量及壓電膜n2上的應(yīng)力增加、懸浮磁鐵i下方換能器n的變形量及壓電膜n2上的應(yīng)力減??；相反，慣性塊f向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮磁鐵i下方換能器n的變形量及壓電膜n2上的應(yīng)力增加、懸浮磁鐵i上方換能器n的變形量及壓電膜n2上的應(yīng)力減小；換能器n在其自身彈性力的作用下復(fù)位、變形量逐漸減小的過程中，基板n1從固定端開始逐漸與限位輻板k1接觸，以防止出現(xiàn)使壓電膜n2承受拉應(yīng)力的反向變形；上述壓電膜n2上壓應(yīng)力的交替增加與減小過程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能，此過程為壓電發(fā)電；在壓電發(fā)電的同時(shí)，由于發(fā)電磁鐵h相對(duì)線圈c上下運(yùn)動(dòng)，線圈c切割磁力線并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，此過程為電磁發(fā)電。換能器n及線圈c產(chǎn)生的電能經(jīng)不同的導(dǎo)線組傳輸給電路板r，電路板r經(jīng)螺釘安裝在殼體底壁b3上，電路板q上設(shè)有能量轉(zhuǎn)換處理單元及定位跟蹤與信號(hào)發(fā)射單元，信號(hào)發(fā)射單元將輪船位置信息發(fā)射出去。