[发明专利]超低频海洋探测器隔振浮标

说明书

技术领域

本发明属于非线性隔振技术领域，具体涉及一种超低频海洋探测器隔振浮标。

背景技术

当今，开发海洋蓝色国土，拓展生存和发展空间，已上升为世界沿海各国的国家 战略，海洋资源探测开发刻不容缓。各类海洋探测器是智慧海洋建设的有利工具，但 由于工作环境的特殊性，海洋探测器经常受到来自海洋环境的振动冲击干扰，其中低 频振动冲击问题尤为严重。需要设计一种可自行保持姿态的超低频非线性隔振器，用 于搭载各种海洋探测器，为我国进行海洋开发打下坚实基础，提高我国海洋竞争力。

线性隔振技术是应用广泛的传统隔振技术，但其低频隔振效果取决于隔振系统固 有频率，降低系统固有频率可得到较好的低频隔振性能，但系统的静态位移必然增大， 这在有限空间中是需要避免的。鉴于线性隔振技术的不足，国内外针对低频非线性隔 振技术开展了广泛研究，主要包括被动非线性隔振技术、主动隔振技术、半主动隔振 技术等。主动隔振与半主动隔振对低频激励的隔振效果比较理想，但成本高，机构复 杂且需要外界能量。相比之下被动非线性隔振技术成本低，在不需要外界能量输入的 前提下能实现超低频隔振，目前应用中有空气弹簧技术和正负刚度弹簧并联技术。

空气弹簧具有动态刚度低、静态位移小的优点，但其隔振频率很难降低至2赫兹 以下，对于更低的超低频激励起不到隔振作用。现代高精密度的生产设备和科学仪器 对振动、冲击控制的要求越来越高，采用含有正、负刚度并联弹性元件的隔振器和缓 冲器进行振动、冲击的控制就是为满足这一要求而发展起来的一项新技术。正负刚度 弹簧并联技术虽已研究多年，但应用并不广泛，主要集中在例如光学平台、一些高精 度检测设备的隔振系统中。相比于陆上的各类平台，海洋环境更恶劣，低频海水水平 波动与垂直波动同时存在，且力学冲击、波动幅度更大。海水运动直接影响着海洋探 测器的工作稳定性，为了保证海洋探测器的高精度探测能力，隔振系统需要在姿态保 持、隔振行程、抗冲击强度等方面对海洋探测器提供更好的隔振保护，已有平台隔振 研究成果不再适用。

综上所述，现有隔振技术在海洋探测器隔振系统上的应用有以下不足：

1、线性隔振技术的低频隔振效果取决于隔振系统固有频率，但线性系统在降低系 统固有频率的同时，系统的静态位移必然增大，这不利于海洋探测器隔振系统的隔振 行程设计。

2、主动隔振与半主动隔振对低频激励的隔振效果比较理想，但成本高，机构复杂 且需要外界能量。

3、空气弹簧具有动态刚度低、静态位移小的优点，但其隔振频率很难降低至2Hz 以下，对于更低的超低频激励起不到隔振作用。

4、相比于陆上平台，海水水平、垂直方向的低频波动同时存在，且力学冲击、波 动幅度更大，海洋探测器隔振系统需要有良好的姿态保持能力和高强度抗冲击能力， 在水平和垂直方向均需要保证较大的隔振行程，已有工作平台上的正负刚度弹簧并联 技术隔振研究成果不再适用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷和不足，提出一种超低频海洋探测器隔振浮 标，该隔振浮标机构结构简单，不需要外界能量输入，具有非线性刚度特性和超低频 隔振能力，且隔振行程大，同时具有姿态保持功能，可以为海洋探测器在海洋多风多 浪的环境下进行隔振保护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

超低频海洋探测器隔振浮标包括姿态保持器和隔振系统。

所述姿态保持器由外壳、内壳、中环、中环力矩器、内壳力矩器构成，外壳为球 壳结构，内壳为球壳或者半球壳结构，中环为一环形结构，中环通过一对中环力矩器 与外壳相连，可以绕中环力矩器自由转动，内壳通过一对内壳力矩器装设于中环内， 可绕内壳力矩器自由转动。

所述隔振系统安装于内壳内部，由正刚度弹簧机构、承载台、活页和多组负刚度 弹簧机构组成。

所述正刚度弹簧机构由导向座、导向柱、正刚度弹簧和正刚度调节螺母组成。导 向座为中部有孔径的底座，固定于内壳底部正中；导向柱为长杆结构，可以沿着导向 座孔径自由滑动，为隔振系统竖直方向的减振起导向作用；正刚度弹簧套设在导向柱 外，下端面定位在导向座的凹槽内，上方是安装在导向柱上的正刚度调节螺母。

所述承载台为台座结构，在导向柱正上方与导向柱相连，边缘安装有活页。