[發明專利]用于千米級海洋風能無人航行器的風速風向傳感器及方法

有效

• 申請號: 202010746279.3
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN112034202B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 楊亞楠;王樹新;劉冰汐;劉崇義;張宏偉;王延輝;劉玉紅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01P13/02;G01P1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種用于千米級海洋風能無人航行器的風速風向傳感器及方法，在隨同航行器入水下潛過程中，風速風向傳感器由承壓腔體承受海水壓力作用，并通過密封圈防止密封腔體進水，使密封腔體內零部件受到保護；風速風向傳感器的密封腔體外器件均為機械式零部件，在海水中浸泡無損壞。在海洋風動無人航行器出水并漂浮在海面過程中，風速風向傳感器通過計算風杯帶動脈沖齒輪切割光電感應組件光束的頻率以實施風速測量；通過檢測光電感應組件光束穿過格雷碼盤夾縫時產生角度偏轉以實施風向測量。

技術領域

本發明屬于氣象監測儀器領域，具體涉及一種用于海洋風動無人航行器并具備千米級水深防水、耐壓能力的的風速風向傳感器。

背景技術

海洋風動無人航行器是一種可利用海表風能實現航行推進的海洋無人航行器，此種借助環境風能推進的方式可顯著降低航行器的能量消耗，增強航行器續航能力與自持力。

海洋風動無人航行器需配備風速風向傳感器，傳感器在航行過程中可獲取風速、風向信息并為航行器的風帆轉角、水舵轉角、航速設定控制提供參考數據。海洋無人航行器的航行工況環境對風速風向傳感器的防水、耐壓性能提出了更高要求，一方面，要求風速風向傳感器在航行器處于水面航行階段可暴露在海表環境下進行數據采集工作，另一方面，要求風速風向傳感器可隨航行器進行千米級深度的水下潛行。

現有各型商用風速風向傳感器(光電式、電磁式、皮托管式、熱式、超聲波式等)防水性能至多達到水下10m長時浸泡能力，其與海洋風動無人航行器的千米級深度防水、耐壓要求有顯著差距。因此，現有商用風速風向傳感器對海洋風動無人航行器并不適用，需研制一種適用于海洋風動無人航行器的具備千米級水深防水、耐壓能力的新型風速風向傳感器。

發明內容

本發明的目的是針對現有各型商用風速風向傳感器防水、耐壓性能無法滿足傳感器隨海洋風動無人航行器進行千米級水深潛行的問題，研制一種適用于海洋風動無人航行器的具備千米級水深防水、耐壓能力的新型風速風向傳感器及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于千米級海洋風能無人航行器的風速風向傳感器，包括水密插頭、底座、承壓外殼、承壓端蓋、浸水外殼、外轉軸、第一軸承、第二軸承、外擋圈、平面聯軸器外磁盤、平面聯軸器內磁盤、第三軸承、第四軸承、內轉軸、內擋圈、電路板、測量元件、傳感器組件和光電感應組件；

所述底座、承壓外殼、承壓端蓋均為回轉體結構，承壓端蓋、承壓外殼、底座沿回轉軸線豎直方向由上至下依次設置并組成風速風向傳感器的防水承壓密封腔體；所述水密插頭安裝在底座底部回轉軸線處的螺紋孔內；

所述浸水外殼為回轉體結構并沿回轉軸線豎直安裝在承壓端蓋上部，浸水外殼的回轉軸線處設有第一圓形凹槽和第二圓形凹槽，第一圓形凹槽和第二圓形凹槽內分別安裝有所述第一軸承和第二軸承，外轉軸安裝在第一軸承、第二軸承的軸承內圈中并能夠繞回轉軸線°轉動，外轉軸通過軸肩與第一軸承內圈上端面軸向接觸定位，外轉軸通過溝槽安裝有所述外擋圈，并通過外擋圈實現與第二軸承內圈下端面的軸向接觸定位；外轉軸底部插入平面聯軸器外磁盤中心孔中；外轉軸頂部安裝有測量元件；

所述平面聯軸器內磁盤、第三軸承、第四軸承、內轉軸、內擋圈、電路板沿回轉軸線豎直方向由上至下依次放置在防水承壓密封腔體內；承壓外殼中部回轉軸線處設置有第三圓形凹槽和第四圓形凹槽，第三圓形凹槽和第四圓形凹槽內分別安裝有所述第三軸承和第四軸承，內轉軸安裝在第三軸承、第四軸承的軸承內圈中并能夠繞回轉軸線°轉動，內轉軸通過軸肩與第四軸承內圈下端面軸向接觸定位，內轉軸通過溝槽安裝有所述內擋圈，并通過內擋圈實現與第三軸承內圈上端面的軸向接觸定位；內轉軸頂部插入平面聯軸器內磁盤中心孔中；內轉軸底部安裝有傳感器組件；所述電路板為圓形并安裝在底座的上端面中心處，光電感應組件焊接在電路板上并用于風速、風向測量；

所述平面聯軸器外磁盤與平面聯軸器內磁盤構成一組非接觸式磁性聯軸器；平面聯軸器外磁盤與平面聯軸器內磁盤沿軸向磁化且充磁方向相反。