CN111811777B - 一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述波浪滑翔器推进力模拟检测装置包括：机架；滑动设置在机架上的第一横杆，第一横杆上竖直设置至少两条第一滑轨，第一滑轨上滑动连接第一传感机构；滑动设置在机架上的第二横杆，第二横杆上竖直设置至少两条第二滑轨，第二滑轨上滑动连接第二传感机构；第一传感机构与所述第二传感机构相对设置；机架上端固定连接动力装置，动力装置与待测波浪滑翔器连接固定。本发明通过设置机架、多向滑动的第一传感机构、第二传感机构，将待测波浪滑翔器夹合进行推进力检测，设置动力装置与波浪滑翔器连接模拟在海浪中的运动状态，从而在场地、设备限制条件下满足波浪滑翔器的水动力检测需求。

Description

一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置

技术领域

本发明涉及波浪能推进型无人船舶技术领域，尤其涉及的是一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置及方法。

背景技术

波浪能驱动型无人船是一种吸收可再生波浪能源并将其转化为推进力的可持续工作的无人船型海洋环境观测平台。广泛应用于海洋水质监测、海洋资源勘探等领域。其中最为典型的代表之一是上下分体式的波浪滑翔机，由水面母船和水下波浪滑翔器组成。

现有技术中，对上述波浪滑翔机的水动力相关测试是在水槽中进行的，但是由于分体式的波浪滑翔机的垂直深度要求较高，而且需要配套的波浪环境模拟装置，因此对场地和设备的要求极高，造价昂贵，致使大多现有的实验装置和实验场地无法满足相关测试需求。

因此，现有技术仍有待改进和发展。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明目的在于解决现有技术中检测波浪滑翔机的水动力相关测试时，对场地和波浪环境模拟的相关设备要求高，现有实验装置无法满足需求的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述波浪滑翔器推进力模拟检测装置包括：

机架；

滑动设置在所述机架上的第一横杆，所述第一横杆上竖直设置至少两条第一滑轨，所述第一滑轨上滑动连接第一传感机构；

滑动设置在所述机架上的第二横杆，所述第二横杆上竖直设置至少两条第二滑轨，所述第二滑轨上滑动连接第二传感机构；

所述第一传感机构与所述第二传感机构相对设置；

所述机架上端固定连接动力装置，所述动力装置与待测波浪滑翔器连接固定。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述第一横杆包括设置在所述机架上端的第一上横杆，以及设置在所述机架下端的第一下横杆，所述第一上横杆与所述第一下横杆同步运动。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述第二横杆包括设置在所述机架上端的第二上横杆，以及设置在所述机架下端的第二下横杆，所述第二上横杆与所述第二下横杆同步运动。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述第一传感机构包括传感器主体和设置在所述传感器主体两侧的连接滑块，所述连接滑块卡合固定在所述传感器主体上设置的固定槽中。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述传感器主体内设置有压力传感器，所述压力传感器的一端设置感压部，所述感压部与待测波浪滑翔器的端部接触。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述传感器主体上设置所述感压部的一侧开设放置孔，所述放置孔用于放置所述待测波浪滑翔器的端部。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述放置孔内设置多个转轴，多个所述转轴布置在所述待测波浪滑翔器端部的上下两侧。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，第二传感机构与所述第一传感机构的结构相同，方向相反。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述机架上还设置有滑轮组，所述滑轮组与所述动力装置通过皮带连接同步转动，所述待测波浪滑翔器连接在所述皮带上。

所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述滑轮组包括：固定设置在所述机架上端一侧的第一滑轮；固定设置在所述机架下端，且与所述第一滑轮位置对应的第二滑轮；固定设置在所述机架下端，且与所述动力装置位置对应的第三滑轮。

本发明的技术效果：本发明通过设置机架、多向滑动的第一传感机构，多向滑动的第二传感机构，将待测波浪滑翔器夹合在其中进行推进力检测，同时，动力装置与波浪滑翔器连接，模拟在海浪中的运动状态，从而利用极小场地和简单设备即可满足波浪滑翔器的水动力检测需求。

附图说明

图1是本发明一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置的立体结构示意图；

图2是本发明一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置的第一传感机构结构拆分示意图；

在图1和图2中：100，机架；111，第一上横杆；112，第一下横杆；121，第二上横杆；122，第二下横杆；130，第一滑轨；140，第二滑轨；150，第一传感机构；151，传感器主体；152，连接滑块；153，压力传感器；154，感压部；155，放置孔；156，转轴；157，固定槽；160，第二传感机构；170，动力装置；181，第一滑轮；182，第二滑轮；183，第三滑轮；190，皮带；200，波浪滑翔器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则所述方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则所述“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

现有技术中，对上述波浪滑翔机的水动力相关测试是在水槽中进行的，但是由于分体式的波浪滑翔机的垂直深度要求较高，而且需要配套的波浪环境模拟装置，因此对场地和设备的要求极高，造价昂贵，致使大多现有的实验装置和实验场地无法满足相关测试需求。

基于现有技术的上述问题，本发明提供一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置，如图1所示，所述装置包括：机架100；滑动设置在所述机架100上的第一横杆，所述第一横杆上竖直设置至少两条第一滑轨130，所述第一滑轨130上滑动连接第一传感机构150；滑动设置在所述机架100上的第二横杆，所述第二横杆上竖直设置至少两条第二滑轨140，所述第二滑轨140上滑动连接第二传感机构160；所述第一传感机构150与所述第二传感机构160相对设置；所述机架100上端固定连接动力装置170，所述动力装置170与待测波浪滑翔器200连接固定。本发明通过设置机架100、可多向滑动的第一传感机构150，可多向滑动的第二传感机构160，将待测波浪滑翔器200夹合在其中进行推进力检测，同时，动力装置170与波浪滑翔器200连接，模拟在海浪中的运动状态，从而利用极小场地和简单设备即可满足波浪滑翔器200的水动力检测需求。

在上述实施例中，机架100包括长方体本体和下方四角共四个三角形支撑框架，其中，长方体本体的尺寸大于波浪滑翔器200的尺寸，在对波浪滑翔器200水动能进行检测的过程中，波浪滑翔器200被放置在机架100内；三角形支架能够提供机架100竖直放置所需的支撑力，在波浪滑翔器200启动后，波浪滑翔器200产生一定的动能，由于波浪滑翔器200安装在机架100中，因此机架100受到动能影响产生晃动，三角形支架为机架100提供一定的稳定性，避免发生因机架100晃动造成检测不准确的情况发生。

在本发明的另一可实施方式中，第一横杆包括设置在机架100上端的第一上横杆111，以及设置在机架100下端的第一下横杆112，其中，第一上横杆111与第一下横杆112同步运动，即根据上述实施例，在第一上横杆111和第一下横杆112实际设置的过程中，第一上横杆111与第一下横杆112之间设置多个第一滑轨130，第一滑轨130为刚性材料制成的构件，因此第一上横杆111与第一下横杆112始终位于同一竖直面内，即当操作人员沿机架100上端的水平方向移动第一上横杆111时，设置在机架100下端的第一下横杆112沿机架100下端的水平方向移动相同的距离。

与上述结构对应地，第二横杆包括设置在机架100上端的第二上横杆121，以及设置在机架100下端的第二下横杆122，其中，第二上横杆121与第二下横杆122同步运动，即根据上述实施例，在第二上横杆121和第二下横杆122实际设置的过程中，第二上横杆121与第二下横杆122之间设置多个第二滑轨140，第二滑轨140为刚性材料制成的构件，因此第二上横杆121与第二下横杆122始终位于同一竖直面内，即当操作人员沿机架100上端的水平方向移动第二上横杆121时，设置在机架100下端的第二下横杆122沿机架100下端的水平方向移动相同的距离。

在上述实施例中，操作人员通过对第一横杆和第二横杆进行水平位置的调整，从而将波浪滑翔器200的前后两端进行夹持，使波浪滑翔器200放置在机架100内部，从而进行波浪滑翔器200推进力的检测，在实际操作的过程中，第一传感机构150和第二传感机构160对波浪滑翔器200的前后两端进行夹合，操作人员通过水平移动第一横杆和第二横杆的位置，调整第一横杆和第二横杆对波浪滑翔器的夹持力度，在确定了第一传感机构150和第二传感机构160对波浪滑翔器的夹持力度后，对第一横杆和第二横杆的水平位置进行固定，即保证在对波浪互相器200检测的过程中，第一横杆和第二横杆的位置不会发生任何变化，以确保对波浪滑翔器200推进力检测的精准性。

基于上述实施例，在本发明的一个可实施方式中，如图2所示，图2是本发明一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置的第一传感机构150结构拆分示意图，在本实施例中，第一传感机构150包括传感器主体151和设置在传感器主体151两侧的连接滑块152，连接滑块152卡合固定在传感器主体151上设置的固定槽157中。在实际设置的过程中，连接滑块152上还设置有竖直贯通的连接孔，连接孔与第一滑轨130滑动连接，滑块152内部优选设置有半密封型滚珠，其作用是使滑块152在第一滑轨130上进行滑动时，将滑动摩擦力变换为滚动摩擦力，从而减小摩擦力对检测过程的影响，在连接滑块152与第一滑轨130连接完成后，将连接滑块152放置在对应传感器主体151的固定槽157中，在本实施例中，连接滑块152在传感器主体151的两侧设置有两个，分别安装在传感器主体151两侧的固定槽157中，对传感器主体151进行固定，固定后的传感器主体151在第一滑轨130上可实现垂直方向的自由移动，即当波浪滑翔器200安装在传感器主体151中时，波浪滑翔器200沿第一滑轨130的设置方向上下移动，以实现模拟海浪上下摇摆的状态。

在本发明的另一可实施方式中，传感器主体151内设置有压力传感器153，压力传感器153的一端设置感压部154，感压部154与待测波浪滑翔器200接触，在实际进行设置的过程中，感压部154为一弹性件，感压部154通过感应波浪滑翔器200对感压部154的压力状态，通过压力传感器153转化为精准的读数，从而确定波浪滑翔器200的水动力相关性能的检测。在本实施例中，压力传感器153可选扩散硅式原理的压力传感器153，这种压力传感器153通过被测介质的压力直接作用传感器的膜片上，使膜片产生与机制压力成正比的微移位，使传感器的电阻阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号；压力传感器153还可采用蓝宝石式原理的压力传感器153，这种压力传感器由表压压力传感器和变送器由双层膜构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比；在本发明的其它例中，不限于使用上述原理的压力转感器153，本领域技术人员可以根据使用需求对不同种类的压力传感器153进行置换。

在本发明的上述实施例中，动力装置170的电机驱动需要脉冲信号输入，压力传感器153的压力变送器需要输出485串口。本实施例采用了STM32单片机做为总控制器。供电可采用稳压电源或者大容量锂电池。STM32单片机通过输出不同的电平信号控制动力装置170的转向，通过输出不同频率的PWM波控制动力装置170的转速。同时，压力传感器153采集到的数据通过485串口发送到STM32单片机。期间，通过对齐时间戳的方法，得到不同运动状态之下的波浪滑翔器200的推进力。

基于上述实施例，在本发明的另一可实施方式中，传感器主体151上设置放置孔155，放置孔155设置在上述压力传感器153感压部154设置的一侧，放置孔155用于放置待测波浪滑翔器200的端部，实际设置时，将待测波浪滑翔器200的一个端部放置在放置孔155中，波浪滑翔器200的端部与压力传感器153的感压部154接触，从而对波浪滑翔器200进行测量，更加具体地，为提高对波浪滑翔器200运动过程压力监控的准确性，在放置孔155内还设置有多个转轴156，转轴156的两个连接端部均设置有轴承，转轴156均匀布置在放置孔155中与波浪滑翔器200连接的边缘，因此能够在与波浪滑翔器200连接过程中降低波浪滑翔器200与放置孔155之间的摩擦力，提高压力检测精度。

基于上述实施例，在本发明的一个可实施方式中，第二传感机构160与第一传感机构150的设置相同，且方向相反，即如图1所示，第一传感机构150与第二传感机构160相对设置，实际操纵时，操作人员将波浪滑翔器200的两端分别放置在第一传感机构150和第二传感机构160上，其中，波浪滑翔器200的两端分别对应与设置在第一传感机构150和第二传感机构160中设置的压力传感器153接触，从而进行波浪滑翔器200水动力状态的检测。

在本发明的另一可实施方式中，机架100上还设置有滑轮组，如图1所示，滑轮组具体包括：第一滑轮181、第二滑轮182和第三滑轮183，第一滑轮181固定设置在机架100上端一侧，第一滑轮181与动力装置170位于同一水平面上；第二滑轮182设置在机架100下端，且与上述第一滑轮181设置的位置对应；第三滑轮183同样设置在机架100的下端，且与上述动力装置170设置的位置对应，基于上述设置方式，动力装置170、第一滑轮181、第二滑轮182和第三滑轮183的布置形成一矩形，通过皮带190将上述动力装置170和三个滑轮进行连接，在当动力装置170进行转动时，带动第一滑轮181、第二滑轮182和第三滑轮183同步转动，在实际设置的过程中，在动力装置170和第三滑轮183之间，皮带190与待测的波浪滑翔器200连接固定，当动力装置170进行转动时，同步传输的皮带190将波浪滑翔器200同步向上或向下移动，在此过程中，即波浪滑翔器200带动第一传感机构150和第二传感机构160分别沿第一滑轨130和第二滑轨140进行滑动，从而实现了模拟波浪滑翔器200在海浪中上下摇摆的活动状态。

在上述实施例中，设置与动力装置170位置配合的第一滑轮181、第二滑轮182和第三滑轮183，使皮带190在动力装置170的带动下转动更加平稳，在皮带190与波浪滑翔器200的牵引过程中更加稳定，以实现更佳的模拟效果。

根据上述实施例,在本发明的另一可实施方式中,在不使用滑轮组的情况下同样可以实现上述模拟波浪滑翔器200在海浪中上下摇摆的活动状态。例如，操作人员将波浪滑翔器200的两端分别放置在第一传感机构150和第二传感机构160上，其中，波浪滑翔器200的两端分别对应与设置在第一传感机构150和第二传感机构160中设置的压力传感器153接触，在压力调整完成后，将动力装置170的传动轮直接与波浪滑翔器200进行连接，动力装置170与波浪滑翔器200的连接可使用皮带或绳索，其中，皮带/绳索与波浪滑翔器200上方连接的一端固定在波浪滑翔器200重心的正上方，在当动力装置170进行启动时，波浪滑翔器200随动力装置170的转动而上下运动；在本实施例中，为进一步保证波浪滑翔器200在上下运动过程中的稳定性，还在波浪滑翔器200重心的正下方设置一重物，该重物可通过皮带或绳索与波浪滑翔器200连接，在波浪滑翔器200上方与动力装置170连接，下方与重物连接的状态下，波浪滑翔器200的重心能保持相对稳定，以实现更准确的波浪滑翔器200在波浪中起伏的模拟效果。

基于上述实施例，本发明的具体使用操作过程如下：将上述模拟检装置放置于水槽中，将波浪滑翔器200与设置在动力装置170上的皮带190连接，皮带190将波浪滑翔器200吊设在动力装置170的下方，且波浪滑翔器200重心的正向方与正下方被皮带190固定，且与第一滑轮181、第二滑轮182和第三滑轮183连接，置于紧绷状态。波浪滑翔器200的两端分别放置在第一传感机构150和第二传感机构160上，其中，波浪滑翔器200的两端分别对应与设置在第一传感机构150和第二传感机构160中设置的压力传感器153接触。第一传感机构150和第二传感机构160分别与第一滑轨130和第二滑轨140滑动连接，因此当动力装置170启动时，波浪滑翔器200沿第一滑轨130和第二滑轨140的设置方向上下移动，模拟波浪滑翔器200在海浪中的运动状态。

操作人员对第一横杆和第二横杆进行调整，使第一传感机构150和第二传感机构160对波浪滑翔器200的夹合距离进行调整，从而在第一传感机构150和第二传感机构160的两个压力传感器153中显示预定读数，即为预定夹合的压力状态，最终在水槽内注入预定高度的水，并启动波浪滑翔器200和动力装置170，从而实现模拟海水活动状态的效果，其中，波浪滑翔器200的动力开启，使第一传感机构150和第二传感机构160中的压力传感器153读数发生改变，通过作差法即可获得波浪滑翔器200推进力模拟检测的实际数值，即无需大型场地和造浪设备的情况下，同样实现了对波浪滑翔器200在海洋中运动状态模拟的效果。

综上所述，本发明提供一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其中，所述波浪滑翔器推进力模拟检测装置包括：机架；滑动设置在机架上的第一横杆，第一横杆上竖直设置至少两条第一滑轨，第一滑轨上滑动连接第一传感机构；滑动设置在机架上的第二横杆，第二横杆上竖直设置至少两条第二滑轨，第二滑轨上滑动连接第二传感机构；第一传感机构与所述第二传感机构相对设置；机架上端固定连接动力装置，动力装置与待测波浪滑翔器连接固定。本发明通过设置机架、多向滑动的第一传感机构、第二传感机构，将待测波浪滑翔器夹合进行推进力检测，设置动力装置与波浪滑翔器连接模拟在海浪中的运动状态，从而在场地、设备限制条件下满足波浪滑翔器的水动力检测需求。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附属权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述波浪滑翔器推进力模拟检测装置包括：

机架；

滑动设置在所述机架上的第一横杆，所述第一横杆上竖直设置至少两条第一滑轨，所述第一滑轨上滑动连接第一传感机构；

滑动设置在所述机架上的第二横杆，所述第二横杆上竖直设置至少两条第二滑轨，所述第二滑轨上滑动连接第二传感机构；

所述第一传感机构与所述第二传感机构相对设置；

所述机架上端固定连接动力装置，所述动力装置与待测波浪滑翔器连接固定；

所述待测波浪滑翔器的两端分别对应与设置在所述第一传感机构和所述第二传感机构中设置的压力传感器接触；

所述机架上还设置有滑轮组，所述滑轮组与所述动力装置通过皮带连接同步转动，所述待测波浪滑翔器连接在所述皮带上；

所述皮带将所述波浪滑翔器吊设在所述动力装置的下方，所述波浪滑翔器的重心位置被所述皮带紧绷固定连接。

2.根据权利要求1所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述第一横杆包括设置在所述机架上端的第一上横杆，以及设置在所述机架下端的第一下横杆，所述第一上横杆与所述第一下横杆同步运动。

3.根据权利要求1所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述第二横杆包括设置在所述机架上端的第二上横杆，以及设置在所述机架下端的第二下横杆，所述第二上横杆与所述第二下横杆同步运动。

4.根据权利要求1所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述第一传感机构包括传感器主体和设置在所述传感器主体两侧的连接滑块，所述连接滑块卡合固定在所述传感器主体上设置的固定槽中。

5.根据权利要求4所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述传感器主体内设置有所述压力传感器，所述压力传感器的一端设置感压部，所述感压部与待测波浪滑翔器的端部接触。

6.根据权利要求5所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述传感器主体上设置所述感压部的一侧开设放置孔，所述放置孔用于放置所述待测波浪滑翔器的端部。

7.根据权利要求6所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述放置孔内设置多个转轴，多个所述转轴布置在所述待测波浪滑翔器端部的上下两侧。

8.根据权利要求7所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，第二传感机构与所述第一传感机构的结构相同，方向相反。

9.根据权利要求1所述的波浪滑翔器推进力模拟检测装置，其特征在于，所述滑轮组包括：固定设置在所述机架上端一侧的第一滑轮；固定设置在所述机架下端，且与所述第一滑轮位置对应的第二滑轮；固定设置在所述机架下端，且与所述动力装置位置对应的第三滑轮。