可回收式水下物体姿态测量传感仪的制作方法

本申请涉及可回收式水下物体姿态测量传感仪，特别是能够实现仪器自动脱离回收，属于海洋数据采集领域和海洋工程领域。

背景技术：

随着对海洋探索的深入以及涉海经济开发的增长，在水下工程布设的海底观测网/系统装备、构件数量也与日俱增。因为海底地形的复杂性以及对海底地形精确遥测的高成本，很多时候无法准确预知装备布设位置的地形及底质情况，装备沉放后会因为上述因素倾斜或沉降，具有失稳等风险。在东海浅海海域，受海水浑浊度高的影响，无法使用rov水下机器人对布设情况进行确认，一般采用潜水员探摸的方式，成本很高且对海况依赖较大，很多海底观测坐底设备采用直接沉放方式，布设后并无法获知布设姿态情况。

目前市面上的姿态传感器/姿态仪基本都为长期固定安装形式，且自身价格较高。且在海底观测网海底设备、坐底海床基设备及一些大型工程构件布设时，如果需要姿态仪用来记录布设姿态及沉放初期沉降带来的姿态变化，则每件设备上都要额外安装包含姿态仪、电池、数据实时上传用通信装置(水声通信机或缆系)的姿态测量系统。该套姿态测量系统造价在十万元以上，而且在海底长期放置后损耗很大难以多次重复利用，所以在东海海域大部分的海底观测网海底设备、坐底海床基设备布设后并无法实时获取水下工程布设期间的姿态数据。这就需要研发一套可以低成本多次重复利用的可回收式水下物体姿态测量传感仪。

技术实现要素：

本申请的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种可回收式水下物体姿态测量传感仪，能够实现仪器自动脱离回收。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种可回收式水下物体姿态测量传感仪，包括水下密封耐压腔体、自卸式耦合固定机构、浮体单元、姿态传感器、压力传感器；

水下耐压密封腔体的上下两端分别安装有上端盖和下端盖；浮体单元为环形圆柱体结构，其套设在水下耐压密封腔体之外，并与所述上盖板连接；同时，压力传感器安装在水下耐压密封腔体体的上端盖上；姿态传感器封装于水下耐压密封内；

自卸式耦合固定机构包括释放机构、适配机构、厚三角板、三角支撑架；释放机构包括步进电机、步进电机控制器和圆盘；步进电机与步进电机控制器连接，两者均封装在水下密封耐压腔体内部，且步进电机的转轴穿过水下耐压密封腔体耐压密封腔体体的下端盖与位于水下密封耐压腔体下方的圆盘连接；圆盘上设有贯通的锁槽与开槽，开槽与锁槽之间互成90°，并上下连通；适配机构包括固定圆杆插销、被测物体固定板；固定圆杆插销为近似“冂”结构，其包括竖部和横部，其竖部固定在被测物体固定板上，其横部用以插入并贯穿圆盘的开槽中，并在跟随圆盘转动时锁入或脱离圆盘的锁槽，且固定圆杆插销与开槽、锁槽之间均存在一定间隙；同时，固定圆杆插销的横部上方左右两端还各焊有一根竖直限位杆，用以限制固定圆杆插销在开槽或锁槽中前后滑动的范围；厚三角板位于水下耐压密封腔体的下方，并与水下耐压密封腔体的下端盖连接，同时厚三角板的中心开设有一个中心孔，用于穿设圆盘；三角支撑架安装在厚三角板下方，其包括三个丝杆调节撑脚，三个丝杆调节撑脚相互间隔120°布设，其上端均可旋转地安装在厚三角板的下方，其下端均安装于被测物体固定板上，形成三脚架式的支撑结构；被测物体固定板安装在水下被测物体的上部。

进一步，丝杆调节撑脚包括不锈钢丝杆和工程塑料地脚；不锈钢丝杆的下端固定安装在工程塑料地脚上，其上端与厚三角板转动连接。

在本申请中，姿态传感器的航向、俯仰、滚转基准位置与适配机构的航向、俯仰、滚转基准位置一致，通过姿态传感器测量适配机构的姿态参数；通过步进电机控制器控制步进电机驱动圆盘转动，进而带动固定圆杆插销从圆盘的开槽位置转至锁槽位置，使得固定圆杆插销锁入圆盘中，并使适配机构与释放机构耦合连接；反之，通过步进电机控制器控制步进电机驱动圆盘反正转动，可以带动固定圆杆插销从圆盘的锁槽转至开槽，使得固定圆杆插销从圆盘中脱离，并使适配机构与释放机构分离，使水下密封耐压腔体在浮体单元的作用下浮出水面。

进一步，工程塑料地脚上部中心位置开设有螺纹孔，不锈钢丝杆的下端拧入工程塑料脚垫的螺纹孔并固定，同时厚三角板上开设有外圈螺纹孔，不锈钢丝杆的上端拧入厚三角板的外圈螺纹孔中；通过旋转不锈钢丝杆可以调节厚三角板与被测物体固定板之间的相对高度，还可以调节固定圆杆插销与圆盘开槽、锁槽之间的间隙。

进一步，本申请还包括有防水信标灯；防水信标灯安装在水下耐压密封腔体的上端盖上。

进一步，还可以在被测物体固定板12的中央设有开孔，以减轻整个适配机构的重量。

本申请提出的可回收式水下物体姿态测量传感仪配有自卸式耦合固定机构，自卸式耦合固定机构中的释放机构与适配机构可以进行耦合连接，适配机构与水下被测物体连接，通过姿态传感器可以间接获取水下被测物体的姿态信息并提高可回收式水下物体姿态测量传感仪的适用性，通过释放机构实现可回收式水下结构姿态测量传感仪的自动回收以及仪器的重复利用，并有效降低使用成本。由于释放机构与适配机构的连接会产生一定的间隙，这种间隙会导致适配机构在水下浮力作用下来回摆动，为了解决这个问题，本申请还提供一套三角支撑架，三足鼎立，可以使释放机构抱锁在适配机构的固定圆杆插销上，形成彼此间的相对位置固定。进一步，本申请还设置有压力传感器和防水信标灯，压力传感器实时测量传感仪布放深度，防水信标灯用于夜间释放后的海面指示，方便寻找打捞。

本申请与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：

(1)通过释放机构实现可回收式水下结构姿态测量传感仪的自动回收，实现仪器的重复利用，有效降低使用成本；同时配有防水信标灯，方便夜间回收寻找仪器，实现全天候使用；

(2)三个丝杆调节撑脚间隔120°垂直置于被测物体固定板上，形成三脚架形式，通过旋转丝杆调节脚撑可以调节厚三角板与被测物体固定板之间的相对高度，从而完成姿态传感器与适配机构的姿态校准，实现释放机构与适配机构的耦合固定，这种耦合方式简单有效；

(3)配有压力传感器，实时传输可回收式水下结构姿态测量传感仪的布放深度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的可回收式水下物体姿态测量传感仪在未释放状态下的三维示意图；

图2为本申请实施例提供的适配机构与释放机构的装配示意图；

图3a为本申请实施例提供的后三角板的示意图；

图3b为本申请实施例提供的浮力单元的示意图；

图3c为本申请实施例提供的丝杆调节脚撑的示意图；

图3d为本申请实施例提供的圆盘的示意图；

图3e为本申请实施例提供的适配机构的示意图；

图4为本申请实施例提供的可回收式水下物体姿态测量传感仪在释放状态下的示意图；

图5为本申请实施例提供的水下耐压密封腔体内部的安装示意图；

图6a为本申请实施例提供的水下耐压密封腔体的上端盖的示意图；

图6b为图8a中a-a沿线截面示意图；

图6c为图8a中b-b沿线截面示意图；

图7为本申请实施例提供的水下耐压密封腔体的上端盖与其他零件的装配示意图；

图8a为本申请实施例提供的水下耐压密封腔体的下端盖的示意图；

图8b为图8a中a-a沿线截面示意图。

附图标记说明

防水信标灯1，压力传感器2，上端盖5，防水信标灯安装孔51，压力传感器安装孔52，浮体单元安装孔55，水下耐压密封腔安装孔56，浮体单元6，安装孔61，水下耐压密封腔体7，下端盖8，下端盖安装孔81，下端盖中心通孔82，厚三角板9，内圈孔91，外圈螺纹孔92，中心孔93，下部连接螺栓10，丝杆调节撑脚11，被测物体固定板12，上部连接螺栓13，浮体单元固定螺栓14，圆盘15，开槽151，锁槽152，固定圆杆插销16，竖直限位杆161，步进电机18，步进电机控制器19，内部安装支架20，姿态传感器21。

具体实施方式

以下结合附图对本申请技术方案进一步说明。

如图1至图8b，一种可回收式水下物体姿态测量传感仪，包括水下耐压密封腔体7、自卸式耦合固定机构、浮体单元6、姿态传感器21、压力传感器2、防水信标灯1。

其中，水下耐压密封腔体7的上下两端分别安装有上端盖5和下端盖8，下端盖8上开设有下端盖中心通孔82。浮体单元6为环形圆柱体结构，其套设在水下耐压密封腔体7外，并开设有安装孔61，通过安装孔61与所述上端盖5连接；同时，压力传感器2安装在水下耐压密封腔体7的上端盖5上；姿态传感器21封装于水下耐压密封腔体7内。

自卸式耦合固定机构包括释放机构、三角支撑架、厚三角板9以及适配机构。

释放机构包括步进电机18、步进电机控制器19和圆盘15；步进电机18与步进电机控制器19连接，两者均封装在水下耐压密封腔体7内部；水下耐压密封腔体7内安装有内部安装支架20，步进电机18与步进电机控制器19均安装在内部安装支架20上；步进电机18的转轴穿过水下耐压密封腔体7的下端盖中心通孔82穿出下端盖8；圆盘15位于水下耐压密封腔体7下方，并与步进电机18的转轴末端连接，且轴端动密封采用橡胶机械密封形式；圆盘15上设有贯通的锁槽152与开槽151，开槽151与锁槽152之间互成90°布设，并上下连通。

适配机构用于提高可回收式水下物体姿态测量传感仪的适用性，并可测量不同形状的水下被测物体姿态信息，其包括固定圆杆插销16以及被测物体固定板12。固定圆杆插销16为近似“冂”结构，包括竖部和横部，其竖部固定在被测物体固定板12上，其横部插入并贯穿圆盘的开槽151；步进电机控制器19可以控制步进电机18的转轴正向旋转90°，并带动圆盘15也随之转动90°，使得固定圆杆插销16的横部锁在圆盘15的锁槽152中；反之，步进电机控制器19控制步进电机18的转轴反向旋转90°，可以带动圆盘15也随之反向转动90°，使得固定圆杆插销16的横部回到圆盘15的开槽151中，进而可以从圆盘15的开槽151中脱离，从而使得适配机构与释放机构分离，实现可回收式水下物体姿态测量传感仪的自动回收。

在本申请中，可以在被测物体固定板12的中央设有开孔，以减轻整个适配机构的重量。

进一步，固定圆杆插销16横部上方左右两端还各焊有一根竖直限位杆161，用以限制固定圆杆插销16在开槽151或锁槽152中前后滑动的范围；同时，固定圆杆插销16与开槽151、锁槽152之间均存在一定间隙，这种间隙是为了圆盘15在转动时不会因为与固定圆杆插销16之间存在太大摩擦力而转动失败，影响整体释放回收。

厚三角板9的中心开设有一个中心孔93，中心孔93外围开设有六个均匀布设的内圈孔92，同时厚三角板9上还设置有三个均匀布设的外凸端部，每个外凸端部上均开设一个外圈螺纹孔92。厚三角板9通过内圈孔91与水下耐压密封腔体7的下端盖8连接，中心孔93用于穿设圆盘15，外圈螺纹孔92用于安装三角支撑架。

三角支撑架包括三个丝杆调节撑脚11，三个丝杆调节撑脚11相互间隔120°布设，其上端均可旋转地安装在厚三角板9的下方，其下端安装于被测物体固定板12上，形成三脚架式的支撑结构；被测物体固定板12用于连接水下被测物体，其可通过多种固定方式安装在海底观测网、海底设备、海床基等水下被测物体的上部。

丝杆调节撑脚11包括不锈钢丝杆111和工程塑料地脚112，工程塑料地脚112上部中心位置开设有螺纹孔，不锈钢丝杆111的下端拧入工程塑料脚垫112的螺纹孔并固定，不锈钢丝杆111的上端拧入厚三角板9的外圈螺纹孔92中，通过旋转不锈钢丝杆111可以调节厚三角板9与被测物体固定板12之间的相对高度，还可以调节固定圆杆插销16与开槽151、锁槽152之间的间隙，从而完成水下耐压密封腔体7内的姿态传感器21与适配机构的姿态校准，实现释放机构与适配机构的耦合固定。

在本申请中，防水信标灯1用于可回收式水下物体姿态测量传感仪夜间释放后的海面指示，方便寻找打捞。压力传感器2可实时获取水深数据。姿态传感器21，该产品本身为采购的现有技术产品，用于采集适配机构姿态信息，为九自由度的航姿参考系统，可以通过自带的微电子陀螺仪、加速度计、磁力计得到航向、俯仰及滚转信息。

在本申请中，水下耐压密封腔体7的上端盖5上分别开设有防水信标灯安装孔51、压力传感器安装孔52、浮体单元安装孔55、防水水下耐压密封腔体安装孔56，防水信标灯1、压力传感器2、浮体单元6分别通过螺纹连接方式安装于防水信标灯安装孔51、压力传感器安装孔52、浮体单元安装孔55中；同时，上端盖5通过水下耐压密封腔体安装孔56与防水水下耐压密封腔体7连接。

在本申请中，浮体单元6可由浮力材料制成。

进一步，在本申请中，水下耐压密封腔体7的上端盖5上还可以加装一个带吊环的护罩，以用于可回收式水下姿态测量传感仪的布放和起吊回收。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

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