[发明专利]一种可自动调平式剖面测量浮标浮力调节系统及方法

权利要求书

1.一种可自动调平式剖面测量浮标浮力调节系统，其特征在于，包括高耐压玻璃球舱，所述高耐压玻璃球舱内侧设置有泵油单元、单向阀、四位五通球阀、三位三通球阀、二位二通球阀、一号高扭矩舵机、二号高扭矩舵机、三号高扭矩舵机、油量检测单元、无线数据传输模块、姿态传感器、嵌入式控制单元、内油缸、五通转接头，所述高耐压玻璃球舱外侧等间距对称设置有四个外油囊；

所述泵油单元包括通过联轴器相连接的柱塞泵与直流减速电机，所述柱塞泵进油口连接管路并伸入内油缸内底处，所述柱塞泵出油口通过管路连接单向阀入口，所述单向阀出口分为两路，一路通过管路连接二位二通球阀的P3口，一路通过管路连接三位三通球阀的P1口，所述二位二通球阀的T3口连接管路并伸入内油缸内底处，所述三位三通球阀的A1口连接四位五通球阀的P2口，所述三位三通球阀的B1口连接五通转接头的其中一个端口；四个外油囊一端口分别连接四位五通球阀的A2、B2、C2、D2口，另一端口分别连接五通转接头的其余四个端口；

所述一号高扭矩舵机与三位三通球阀通过联轴器相连，所述二号高扭矩舵机与四位五通球阀通过联轴器相连，所述三号高扭矩舵机与二位二通球阀通过联轴器相连，所述一号高扭矩舵机、二号高扭矩舵机、三号高扭矩舵机、直流减速电机均与嵌入式控制单元电连接；所述油量检测单元与内油缸内部的活塞相连，与嵌入式控制单元通过数据线相连，所述姿态传感器水平安装在高耐压玻璃球舱内部，与嵌入式控制单元通过数据线相连，所述无线数据传输模块通过插接件连接到嵌入式控制单元。

2.根据权利要求1所述的可自动调平式剖面测量浮标浮力调节系统，其特征在于，所述三位三通球阀通过一号高扭矩舵机控制实现一进两出的流向且保证单一出口导通或两路均截止；所述四位五通球阀通过二号高扭矩舵机驱动控制实现一进四出的流向并且实现球阀在各个位置保持单个通路；所述二位二通球阀通过三号高扭矩舵机驱动控制实现自身导通和截止状态的切换。

3.一种上述权利要求1或2所述可自动调平式剖面测量浮标浮力调节系统的浮力调节方法，其特征在于，包括三个阶段：水面调平阶段、排油上浮阶段、回油下潜阶段；

第一种阶段：水面调平阶段

水面调平阶段包括调节水平和配平悬浮两个过程，步骤包括：

S1：在将剖面测量浮标投放入海前对浮标进行粗略配平，配平完成后，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机使得P1-B1路导通，此时P1-A1路、P3-T3路处于截止状态，泵油单元将内油缸中油量的30％同时均匀泵入到四个外油囊中保证外油囊中的起始调节油量；

S2：技术人员将剖面测量浮标投放入海，此时浮标应处于漂浮出水面的状态；

S3：姿态传感器测量浮标倾斜状态，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机实现P1-A1路导通实时液压系统切换到单油囊泵油模式；

S4：嵌入式控制单元根据姿态传感器测量的横滚角和俯仰角信息控制二号高扭矩舵机切换P2-(A2/B2/C2/D2)路导通，泵油系统向倾斜侧油囊排油，排油量根据姿态传感器数据计算得出并实时调整，浮标调节平衡后嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机实现P1-A1、P1-B1路进入截止状态，调节水平阶段结束；

S5：根据浮标状态设置回油油量并通过无线数据传输模块发送给嵌入式控制单元，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机和三号高扭矩舵机实现P1-B1路和P3-T3路导通，外油囊液压油在外界压力的作用下回到内油缸中；

S6：剖面测量浮标完全浸没于水中并保持悬浮状态时配平悬浮阶段结束，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机和三号高扭矩舵机实现P1-B1路、P1-A1路和P3-T3路全部进入截止状态；

第二种阶段：排油上浮阶段

S1：P3-T3路保持截止状态，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机实现P1-B1路导通，泵油单元开启泵油，将内油缸中的液压油同时均匀的泵入到外油囊中，外油囊体积以相同的速度增大，浮标所受的浮力增大；

S2：油量检测单元检测排油量达到预期值后，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机实现P1-A1路、P1-B1路均截止；

S3：浮标上浮过程中，姿态传感器实时检测浮标姿态，嵌入式控制单元根据浮标姿态控制一号高扭矩舵机和二号高扭矩舵机，保证倾斜侧外油囊排油路导通，泵油单元开启向倾斜侧外油囊泵油，使得浮标保持稳定上浮的运动状态；

第三种阶段：回油下潜阶段

S1：嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机和三号高扭矩舵机实现P1-B1路、P3-T3路导通，外油囊中的液压油分别回到内油缸中，各外油囊体积以相同的速度减小，浮标所受的浮力减小；

S2：油量检测单元检测回油量达到预期值后，嵌入式控制单元控制一号高扭矩舵机和三号高扭矩舵机实现P1-A1路、P1-B1路、P3-T3路均截止；

S3：浮标下潜过程中，姿态传感器实时检测浮标姿态，嵌入式控制单元根据浮标姿态控制一号高扭矩舵机和二号高扭矩舵机，保证倾斜侧外油囊排油路导通，泵油单元开启向倾斜侧外油囊泵油，使得浮标保持稳定下潜的运动状态。若调节水平过程中排油量影响到下潜速度，则浮标将重复上述回油下潜过程。