無人船水下聲吶掃雷探測系統的制作方法

本發明涉及無人船掃雷領域，具體涉及一種無人船水下聲吶掃雷探測系統。

背景技術：

無人船是一個可以在海洋等復雜水域環境中執行各種民用和軍用任務的智能化無人平臺，主要用于探測和巡邏，可以長時間在惡劣的海洋環境下執行重復性強的工作。采用無人船無需顧慮人員生存空間，可以減小船舶的艙容和載重，降低人力成本，通過自主作業提高操作精度，降低人員操作失誤的風險，同時能使船舶有能力搭載更多的貨物或設備。

無人船因其體積小、隱形性好，近些年得到世界各國的重視與發展，其中利用無人船掃雷成為應用焦點，當前利用無人船掃雷主要是靠聲吶技術實現的，但是現有的聲吶設備通常是被固定在無人船的船底工作，其轉動自由度差，嚴重影響了聲吶設備掃描探測的范圍，進而影響了聲吶設備探測的準確性，而且固定在船底，拆卸和清洗都不易，整體維護效率低下。此外，聲吶設備一般通過探針發射聲波信號，現有的探針發射器一般固定在聲吶設備的換能器上，一旦探針發射器損壞，需要對整個聲吶設備的換能器進行維修，其維修成本過高。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種掃雷探測準確性高、安裝拆卸簡便且維護成本低的無人船水下聲吶掃雷探測系統。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種無人船水下聲吶掃雷探測系統，包括：

無人船，其上設有支撐板；

驅動機構，其固定在所述支撐板上，所述驅動機構包括電機和蝸輪蝸桿機構，所述電機驅動所述蝸輪蝸桿機構傳動，所述驅動機構還包括護罩，所述護罩罩設在所述電機和蝸輪蝸桿機構上；

第一旋轉軸，其設置在所述蝸輪蝸桿機構上，所述蝸輪蝸桿機構傳動時帶動所述第一旋轉軸轉動，且所述第一旋轉軸兩端分別穿過所述支撐板和護罩；

支撐桿，其固定在所述第一旋轉軸穿過所述支撐板的一端上；以及

聲吶掃雷探測裝置，其包括換能器和探針發射器，所述換能器固定在所述支撐桿的一端，所述探針發射器可拆卸地固定在所述換能器上。

在上述技術方案的基礎上，所述無人船水下聲吶掃雷探測系統還包括提升裝置，所述提升裝置用于驅動所述第一旋轉軸上下往返運動，所述無人船上還設有控制裝置，所述換能器上還設有壓力傳感器，所述壓力傳感器發送信號至所述控制裝置，所述控制裝置根據所述信號驅動提升裝置提升所述第一旋轉軸。

在上述技術方案的基礎上，所述提升裝置包括提升桿、提升套筒和提升支架，所述提升支架固定在所述無人船上，所述提升桿的一端固定在所述提升支架上，另一端固定在所述提升套筒上，所述提升套筒與所述第一旋轉軸穿過所述護罩的一端相連，所述第一旋轉軸可相對所述提升套筒旋轉，且所述提升套筒可拆卸地固定在所述護罩上。

在上述技術方案的基礎上，所述支撐桿包括第一節桿和第二節桿，所述第一節桿固定在所述第一旋轉軸穿過所述支撐板的一端上，所述換能器固定在所述第二節桿的一端，所述第二節桿通過所述控制裝置可沿所述第一節桿伸縮，且當所述第二節桿運動到所述第一節桿端部時，所述第二節桿通過所述控制裝置可繞所述第一節桿轉動，所述無人船還設有收納艙，所述收納艙用于收納所述聲吶掃雷探測裝置。

在上述技術方案的基礎上，所述無人船還設有清洗裝置，所述清洗裝置設于所述收納艙上方，所述清洗裝置用于清洗收納于所述收納艙內的所述聲吶掃雷探測裝置。

在上述技術方案的基礎上，所述第二節桿的一端設有支撐桿法蘭，所述換能器上設有連接桿，所述連接桿的兩端均設有連接法蘭，一個所述連接法蘭與所述換能器相連，另一個所述連接法蘭通過直角角鐵與所述支撐桿法蘭相連。

在上述技術方案的基礎上，所述探針發射器的一端設有一凸部，所述換能器的一端設有固定端，所述固定端設有收容所述凸部的收容部，所述固定端的兩側設有與所述收容部連通的第一通孔，所述凸部設有第二通孔，所述固定端和凸部通過對拉螺栓可拆卸的固定在一起。

在上述技術方案的基礎上，所述探針發射器上設有單片機和探針，所述單片機和探針均與所述控制裝置相連。

在上述技術方案的基礎上，所述探針包括抵持部和探頭，所述探針發射器底部設有第三通孔，所述抵持部抵持在所述第三通孔上時可將探頭從所述第三通孔伸出。

在上述技術方案的基礎上，所述探針發射器內還設有伸縮推桿和探針更換裝置，所述伸縮推桿與所述控制裝置相連，所述探針包括夾持部，所述伸縮推桿靠近所述夾持部的一端設有收容所述夾持部的夾持手，所述夾持手為電磁鐵，所述探針更換裝置內設有多個收容孔，每個所述收容孔內均設有一個所述探針，所述探針發射器還設有與所述控制裝置相連的第二旋轉軸，所述第二旋轉軸設有與所述收容孔數量相等的旋轉檔位，所述第二旋轉軸驅動所述探針更換裝置旋轉，且所述探針更換裝置在轉到每一個旋轉檔位上時，其中一個所述收容孔位于所述伸縮推桿正下方。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

(1)本發明的無人船水下聲吶掃雷探測系統，包括聲吶掃雷探測裝置，其中于聲吶掃雷探測裝置整體固定在支撐桿的一端，當提升裝置運作后，支撐桿將會帶動聲吶掃雷探測裝置一起提升。此外，由于第一旋轉軸轉動將會帶動支撐桿轉動，進而可以帶動聲吶掃雷探測裝置以第一旋轉軸為軸做360度轉動，聲吶掃雷探測裝置一方面在做提升運動，另一方面還繞第一旋轉軸轉動，從而很好的擴大了聲吶掃雷探測裝置探測的范圍，提高了聲吶設備探測的準確性，解決了傳統無人船掃雷不準的問題。

(2)本發明的無人船水下聲吶掃雷探測系統，其探針發射器可拆卸地固定在換能器上。當需要維修探針發射器時，只需將探針發射器從換能器上拆下即可，然后對探針發射器進行單獨修理，不需要對整個換能器進行維修，降低了維修成本。

(3)本發明的無人船水下聲吶掃雷探測系統，其設有探針更換裝置和伸縮推桿，當探針損壞需要更換時，只需要旋轉探針更換裝置，在伸縮推桿的作用下即可進行整個更換操作，及時完成探頭跟換。

(4)本發明的無人船水下聲吶掃雷探測系統，其設有收納艙，收納艙用于收納聲吶掃雷探測裝置。由于聲吶掃雷探測裝置在水下進行工作，其長時間受到海水侵蝕，還要面臨掛上水草以及油污的問題。傳統方式中，通常需要工作人員潛入水下進行維修或者清理，或者等到無人船停泊后在進行處理。前者需要水下作業，風險較高，且成本也較高，而后者則不能及時對聲吶掃雷探測裝置進行維修和清洗處理，可能會導致聲吶掃雷探測裝置提前損壞。通過無人船上的控制裝置可將聲吶掃雷探測裝置收納在收納艙內，然后在收納艙內對聲吶掃雷探測裝置進行維修。此外無人船上還設置清洗裝置，清洗裝置設于收納艙上方，可利用清洗裝置清洗收納于收納艙內的聲吶掃雷探測裝置。從而即避免了水下作業，又能夠及時的對聲吶掃雷探測裝置進行維修和清理。

附圖說明

圖1為本發明中無人船水下聲吶掃雷探測系統的結構示意圖；

圖2為本發明中聲吶掃雷探測裝置的結構示意圖；

圖3為本發明中清洗裝置的結構框圖；

圖4為本發明中探針更換裝置的結構示意圖；

圖5為本發明中伸縮推桿的結構示意圖；

圖6為本發明中探針的結構示意圖。

圖中：1-無人船，11-控制裝置，12-支撐板，13-收納艙，14-清洗裝置，2-驅動機構，21-電機，211-電機座，22-蝸輪蝸桿機構，221-蝸桿軸承架，222-軸承支座，23-護罩，3-第一旋轉軸，4-支撐桿，41-第一節桿，42-第二節桿，43-支撐桿法蘭，5-提升裝置，51-提升桿，52-提升套筒，53-固定支架，54-提升支架，6-聲吶掃雷探測裝置，61-換能器，611-固定端，612-收容部，613-第一通孔，614-連接桿，615-連接法蘭，616-壓力傳感器，62-探針發射器，621-凸部，622-第二通孔，623-單片機，624-探針，624a-抵持部，624b-探頭，624c-夾持部，625-第三通孔，626-伸縮推桿，626a-夾持手，627-探針更換裝置，627a-收容孔，7-對拉螺栓，8-直角角鐵，9-第二旋轉軸。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發明提供一種無人船水下聲吶掃雷探測系統，其包括無人船1、驅動機構2、第一旋轉軸3、支撐桿4和聲吶掃雷探測裝置6。

無人船1上設有支撐板12，支撐板12可以固定在無人船1的船頭或者船尾，支撐板12主要起支撐和固定的作用。

驅動機構2固定在支撐板12上，驅動機構2包括電機21、蝸輪蝸桿機構22和護罩23。電機21的輸出軸與蝸輪蝸桿機構22聯動，電機21運行后即可驅動蝸輪蝸桿機構22傳動。電機21的下方通過電機座211與支撐板12固定，蝸輪蝸桿機構22通過蝸桿軸承架221固定在支撐板12上。護罩23罩設在電機21和蝸輪蝸桿機構22上，起到防護作用。

第一旋轉軸3設置在蝸輪蝸桿機構22的蝸輪上，其中第一旋轉軸3兩端分別穿過支撐板12和護罩23，當電機21運行后，蝸輪蝸桿機構22傳動時即可帶動第一旋轉軸3轉動。為了增加第一旋轉軸3的穩定性，在蝸輪蝸桿機構22下方所對應的支撐板12上還設有軸承支座222，第一旋轉軸3穿過軸承支座222保證轉動的穩定性。

支撐桿4位于支撐板12下方，并固定在第一旋轉軸3穿過所述支撐板12的一端上。

同時參見圖2所示，聲吶掃雷探測裝置6包括換能器61和探針發射器62，換能器61固定在支撐桿4的一端，探針發射器62可拆卸地固定在換能器61上。本發明中支撐桿4的一端設有支撐桿法蘭43，換能器61上設有連接桿614，連接桿614的兩端均設有連接法蘭615，其中一個連接法蘭615與換能器61相連，另一個連接法蘭615通過直角角鐵8與支撐桿法蘭43相連。從而將換能器61固定在支撐桿4的一端。由于聲吶掃雷探測裝置6整體固定在支撐桿4的一端，第一旋轉軸3轉動將會帶動支撐桿4轉動，進而可以帶動聲吶掃雷探測裝置6以第一旋轉軸3為軸做360度轉動，從而很好的擴大了聲吶掃雷探測裝置6探測的范圍，提高了聲吶設備探測的準確性，進而很好的提高了無人船掃雷的可靠性。

本發明中的無人船水下聲吶掃雷探測系統還包括提升裝置5，提升裝置5用于驅動第一旋轉軸3上下往返運動。本發明中的提升裝置5包括提升桿51、提升套筒52和提升支架54，提升支架54固定在無人船1上，提升桿51的一端固定在提升支架54上，另一端固定在提升套筒52上，提升套筒52與第一旋轉軸3穿過護罩23的一端相連，第一旋轉軸3可相對提升套筒52旋轉。為了保證位于第一旋轉軸3下方的結構的穩定性，本發明將提升套筒52可拆卸地固定在護罩23上，具體的，采用固定支架53將提升套筒52可拆卸地固定在護罩23上，固定支架53固定在護罩23上，固定支架53包括相對設置的兩個部分，每個部分上設有一個弧形的卡環，當兩個卡環合攏時即可卡箍在提升套筒52上，然后通過螺絲鎖緊卡環即可將提升套筒52固定在護罩23上。此外，隨著提升桿51的提升，固定支架53也可以伸長來進行配合。

無人船1上還設有控制裝置11，換能器61上還設有壓力傳感器616，設置壓力傳感器616后可以感應到換能器61所處的水深，具體的，本發明中的壓力傳感器616為投入式液位變送器。壓力傳感器616發送信號至控制裝置11，控制裝置11根據信號驅動提升裝置5提升所述第一旋轉軸3，即可對換能器61所處水深適時調整到最佳位置。最佳位置具體由海況特性和船型特性確定，海況特性主要指海浪所帶來的影響，即探針發射器62需要置于海浪之下，來規避風浪劇烈影響，需要根據實驗確定對應深度關系。船型特性指的是聲吶掃雷探測裝置6是安裝在船頭還是船尾，安裝位置不同，所考慮的因素也不同。如果安裝在靠近無人船船頭的地方，則要考慮當無人船往前快速前進時，船頭翹起，將探針發射器62帶出水面的問題，同樣船頭的抬高量也需根據實驗確定對應船型的抬高情況。如果是安裝在靠近無人船尾段，則要考慮船尾噴泵或螺旋槳的水擾動和噪音影響，此時也可以通過實驗確定可行的深度，比如可以通過模型試驗和現場測試而得。

由于聲吶掃雷探測裝置6在水下進行工作，其長時間受到海水侵蝕，還要面臨掛上水草以及油污的問題，因此需要對聲吶掃雷探測裝置6定期進行檢修和清理。傳統方式中，通常需要工作人員潛入水下進行維修或者清理，或者等到無人船停泊后在進行處理。前者需要水下作業，風險較高，且成本也較高，而后者則不能及時對聲吶掃雷探測裝置6進行維修和清洗處理，可能會導致聲吶掃雷探測裝置6提前損壞。本發明為了克服上述問題，采取的方式是在無人船1上設有收納艙13，收納艙13用于收納聲吶掃雷探測裝置6。同時對上支撐桿4做出改進，其中上支撐桿4包括第一節桿41和第二節桿42，第一節桿41固定在第一旋轉軸3穿過支撐板12的一端上，換能器61固定在第二節桿42的一端，第二節桿42通過控制裝置11可沿第一節桿41伸縮，且當第二節桿42運動到第一節桿41端部時，第二節桿42通過控制裝置11可繞第一節桿41轉動。通過第二節桿42轉動將聲吶掃雷探測裝置6置入收納艙13內。這樣通過無人船1上的控制裝置11可將聲吶掃雷探測裝置6收納在收納艙13內，然后在收納艙13內對聲吶掃雷探測裝置6進行維修，避免了水下作業。此外還可以在無人船1上設置清洗裝置14，清洗裝置14設于收納艙13上方，參見圖3所示，清洗裝置14主要包括噴頭、刷輥和清水循環系統，噴頭負責用水對聲吶掃雷探測裝置6進行噴淋沖洗，并用刷輥對掃雷探測裝置6進行刷洗，從而達到清洗聲吶掃雷探測裝置6的目的。

本發明中的探針發射器62采用可拆卸地方式固定在換能器61上，具體的，在探針發射器62的一端設有一凸部621，在換能器61的一端設有固定端611，其中固定端611設有收容凸部621的收容部612。當需要將探針發射器62固定在換能器61上時，只需要將凸部621卡入收容部612即可。為了讓探針發射器62與換能器61固定的更為牢固，在固定端611的兩側設有與收容部612連通的第一通孔613，在凸部621設有第二通孔622，固定端611和凸部621通過利用對拉螺栓7穿過第一通孔613和第二通孔622即可將固定端611和凸部621固定在一起。采用這樣的結構后，當需要更換探針發射器62時，只需將探針發射器62從換能器61上拆下即可，然后對探針發射器62進行單獨修理，不需要對整個換能器61進行維修，降低了維修成本。

參見圖4至圖6所示，探針發射器62內設有單片機623和探針624。單片機623和探針624均與控制裝置11相連。其中探針624包括抵持部624a和探頭624b，探針發射器62底部設有第三通孔625，抵持部624a抵持在第三通孔625上時可將探頭624b從所述第三通孔625伸出。換能器61通過探針624將聲吶的聲波信號發射到水底，同時還通過探針624接收反饋的聲波信號。探針624還將接收到的反饋的聲波信號傳輸給單片機623。單片機623分析和處理探針624發送的信號，反饋給控制裝置11，通過這種方式即可使無人船1能夠探測附近是否存在水雷。

當探針624損壞需要更換時，為了避免在進行水下工作。本發明中的無人船水下聲吶掃雷探測系統可以自動對損壞的探針進行更換。具體的，在探針發射器62內還設有伸縮推桿626和探針更換裝置627，伸縮推桿626與控制裝置11相連，探針624包括夾持部624c，伸縮推桿626靠近夾持部624c的一端設有收容夾持部624c的夾持手626a，夾持手626a為電磁鐵，探針更換裝置627內設有多個收容孔627a，每個收容孔627a內均設有一個探針624，探針發射器62還設有與控制裝置11相連的第二旋轉軸9，第二旋轉軸9設有與收容孔627a數量相等的旋轉檔位，第二旋轉軸9驅動探針更換裝置627旋轉，且探針更換裝置627在轉到每一個旋轉檔位上時，其中一個收容孔627a位于所述伸縮推桿626正下方。

從而，當控制裝置11收不到信號或者信號異常時，可認為探針624損壞，此時，控制裝置11驅動伸縮推桿626向下運動，利用夾持手626a夾持住夾持部624c，在電磁鐵的作用下，保持二者之間的固定。然后伸縮推桿626向上運動，當伸縮推桿626完全從收容孔627a退出后，第二旋轉軸9驅動探針更換裝置627旋轉到另一旋轉檔位，從而將替換的探針624置于伸縮推桿626下方，然后伸縮推桿626再次向下運動，推動替換的探針624一起下下運動，完成對探針624的更換。

利用本發明中的無人船水下聲吶掃雷探測系統進行掃雷探測的具體方式如下：首先控制裝置11驅動第二節桿42繞所述第一節桿41轉動，將聲吶掃雷探測裝置6從收納艙13伸出，換能器61上的壓力傳感器616發送信號至控制裝置11，控制裝置11根據信號驅動提升裝置5提升第一旋轉軸3，具體的，松開固定支架53對提升套筒52的固定，提升桿51對提升套筒52進行提升，同時帶動第一旋轉軸3一起運動。從而可以對聲吶掃雷探測裝置6所處水深進行調整，使其處于最佳水深位置。然后通過固定支架53將提升套筒52進行固定，啟動驅動機構2，使第一旋轉軸3開始旋轉，從而帶動聲吶掃雷探測裝置6做360度旋轉探測，聲吶掃雷探測裝置6上的換能器61通過探針624將聲吶的聲波信號發射到水底，同時還通過探針624接收反饋的聲波信號。探針624還將接收到的反饋的聲波信號傳輸給單片機623。單片機623分析和處理探針624發送的信號，反饋給控制裝置11，通過這種方式即可使無人船1能夠探測附近是否存在水雷。然后即可進行后續的掃雷處理。

本發明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。