[发明专利]一种浮力调节装置

说明书

技术领域

本发明属于液压装置，具体涉及一种浮力调节装置，用于海洋监测及海洋勘探。

背景技术

海洋监测是研究海洋、开发和利用海洋的基础，海洋观测仪器和海洋测量平台则是海洋观测的工具和手段，是海洋事业中基础的基础。拥有先进的海洋自动观测仪器和可靠数据采集系统是我国成为海洋强国必要的前提条件之一。在海洋环境监测和资源调查中，经常需要对海洋动力环境进行长期、定点、实时、立体监测，即进行海洋水体中不同剖面参数(如温度、盐度、流速和光学特性量)的测量。传统海洋定点测量主要采用海洋测量船实测方式和潜标测量方式，海洋测量船实测一般由船载仪器配合绞车往返多次完成，如果进行数天的连续观测会耗费大量人力和财力，即使这样仍然无法得到极端风浪条件下的珍贵信息；潜标测量通常由深海锚定的一系列串联CTD、海流计(或其他观测仪器)组成，只能在离散的几个层次上采样，不能实现连续剖面观测，而且组装而成的锚系系统稳定性较差、投放回收难度大。

海洋垂直剖面测量平台是一种具备自动升降功能的锚系剖面升降系统，可沿系留钢索任意移动、进行剖面数据的循环采集。海洋垂直剖面测量平台可搭载多种传感器，观测数据可通过水声通讯机、卫星通讯定期传送。海洋垂直剖面测量平台采用浮力调节装置控制平台升降，它直接关系到测量平台自动升降这一标志性功能的实现，对整套测量平台工作中的安全性、可靠性等关键性能均起到决定性作用。一旦浮力调节装置失效，整套测量平台即报废，造成的损失巨大，因此，要求浮力调节装置可靠性好、精度高、响应快。

目前，世界上只有少数几个国家(美国、法国和加拿大)掌握浮力调节装置的研制技术。如美国Webb Research公司提供的APEX浮标靠单冲程柱塞泵增大油囊体积改变浮力，其质量为24kg，最大深度可达2000m；法国Teklec/MARTEC公司和IFREMER/MARTEC合作生产的PROVER使用斜盘式三柱塞泵增大油囊体积，其质量为37kg，最大深度也可达2000m。

我国在此项技术上起步较晚，中国海洋技术研究所于2003年研制了我国第一套自持式剖面浮标样机COPEX，其整体结构和原理模仿APEX浮标，采用高压单冲程液压柱塞泵驱动，但其最大实验水深仅为300m左右。

目前，国内外95％的浮力调节装置使用柱塞泵作为向油囊中充油的工作泵。采用柱塞泵的系统调节能力，亦即油囊的体积变化大多在2L左右，对于需要油囊5L体积变化，且空间受到限制的系统，若采用柱塞泵结构将造成设计困难。在柱塞直径较小的情况下，柱塞腔细长，长度尺寸将超过空间限制；或者柱塞直径较大，但电机输出力增大，功耗过高。

综上所述，国内外现有的海洋垂直剖面测量平台都是通过一套液压系统向装置外部的油囊充油，从而改变系统整体的体积，进而得到相应的浮力来实现在海水中的上浮与下潜动作。国外早期主要是使用各类柱塞泵完成对油囊的充排油，且经过长期的实践，技术已经相当成熟，最深可达水下4000m。但由于柱塞泵的自身特点，系统的质量和体积都偏大，功耗也一直无法降低，从而大大限制了测量点的连续性。近几年法国等国家开发出了使用齿轮泵构成的液压系统来完成对油囊的充排油功能，体积和质量都有所减小，功耗也大大降低。但实际使用情况仍有待检测。

发明内容

本发明提供一种浮力调节装置，解决现有浮力调节装置质量、体积和功耗偏大的问题。

本发明的一种浮力调节装置，包括油箱、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、单向阀、节流阀、液压泵、直流电机和油囊，其特征在于：

所述油箱分别通过管道连接第一换向阀、液压泵和第三换向阀；液压泵依次连接第二换向阀、单向阀和油囊进口；第三换向阀通过节流阀连接油囊出口；

所述油箱上设置气体压力传感器和温度传感器，油囊上设置液体压力传感器；液体压力传感器、气体压力传感器和温度传感器分别与控制电路电信号连接，控制电路分别对第一、第二、第三换向阀和电机控制器输出控制信号，直流电机受电机控制器控制，驱动液压泵。

所述的浮力调节装置，其特征在于：

所述控制电路根据外部指令决定向油囊充油或排油，充油时，控制电路首先向电机控制器输出电机启动信号，向第一换向阀输出接通信号，待电机空载启动后再分别向第一换向阀和第二换向阀输出断开和接通信号，同时计算油囊体积V，当V达到外部指令信号所要求的体积时，控制电路向电机控制器输出电机停止信号，向第二换向阀输出断开信号，停止充油；