專利名稱：一種用于水下拋載的方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下拋載技術(shù)，具體地說是一種水下設(shè)備使用的拋載方法 及控制裝置。
背景技術(shù)：
目前常見水下設(shè)備的水下拋載方式有如下幾種。
機械式拋載通常利用電機或電磁鐵作為動力部件，以產(chǎn)生機械拋載 動作。這種裝置的缺點是體積較大，成本高，而且機械動作容易失效，由 于使用電機、電磁鐵等較大功率器件，導(dǎo)致這種裝置的功耗很大；同時在
海洋環(huán)境中使用時，該裝置也容易受到電化學(xué)腐蝕及生物污染的干擾。
電化學(xué)腐蝕拋載是利用海水的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)將懸掛壓載的"腐蝕 線"慢慢腐蝕斷。這種裝置的成本較低，但是腐蝕速度較慢。生物污染也 會使裝置與海水絕緣，從而阻止有效腐蝕。這種裝置只能掛較輕的壓載， 要掛較重的壓載就要加粗"腐蝕線"，這就增加了腐蝕的難度；該方法還有
個局限性就是在淡水中難以使用。
爆炸螺栓式拋載利用引爆裝置切斷用來固定壓載的螺栓以產(chǎn)生拋載 動作。這種裝置適用于從幾百千克到幾百噸的超大質(zhì)量壓載的釋放，成本 高，爆炸沖擊大，不適合用于水下機器人等這樣的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于釆用一種能實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠地拋載的水下設(shè) 備使用的拋載方法及控制裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下用于水下拋載方法基 于電熱原理的拋載控制方式，采用電阻絲材料為拋載用掛接物、電容為儲 能元件，所述儲能元件自接收到拋載信號后將事先存儲在其中的電量在微 秒級的時間內(nèi)釋放，以熔斷電阻絲的方式實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠地拋載；
為了安全起見，當(dāng)儲能元件中有剩余電量時，設(shè)立釋放通道；所述電 阻絲材料為鎳鉻合金絲；電阻絲材料阻值在5mQ 10mQ的范圍內(nèi)。
控制裝置包括動作控制系統(tǒng)，儲能元件，電熱合金絲，所述動作控 制系統(tǒng)經(jīng)儲能元件與安裝在電熱合金絲固定座上的電熱合金絲相連；
所述動作控制系統(tǒng)可由電池供電，以單片機為核心器件，還包括UART 串口，充電開關(guān)，放電開關(guān)，余電釋放開關(guān)，升壓模塊，消耗電阻，單片機接收接受外部拋載指令，分別經(jīng)充電開關(guān)，放電開關(guān)，余電釋放開關(guān)與 升壓模塊，與安裝在電熱合金絲固定座上的電熱合金絲及能量消耗電阻相 連；升壓模塊將所升高的電池電壓送至儲能元件，對儲能元件充電；所述
能量消耗電阻接地，用于消耗掉儲能元件上的剩余電量；壓載掛接到電熱 合金絲上；所述儲能元件釆用至少一個電容，電容個數(shù)為2個以上時并聯(lián) 連接；接到放電開關(guān)上的電熱合金絲固定座中的第一螺栓和第二螺栓之間
的中心距離為5mm-15mm。
本發(fā)明裝置中動作控制系統(tǒng)通過UART串行接口接收外部傳來的拋載 指令信號。 一旦接收到拋載指令信號，動作控制系統(tǒng)就開始控制充電開關(guān)、 放電開關(guān)、余電釋放開關(guān)，產(chǎn)生充電-放電-釋放剩余電量等一系列動作。動 作控制系統(tǒng)釆用單片機進行控制。儲能元件自接收到拋載信號后開始充電， 在延遲一定時間后，對電熱合金絲進行瞬間放電，使其熔斷。電熱合金絲 固定座的作用為擰緊、固定電熱合金絲，使電熱合金絲能夠掛接一定質(zhì)量 的壓載，并且能夠在需要的時候方便地更換電熱合金絲。
本發(fā)明具有如下有益效果
1. 與現(xiàn)有技術(shù)中的機械拋載裝置相比，本發(fā)明具有成本較低，結(jié)構(gòu)簡 單的特點，并回避了容易受到電化學(xué)腐蝕及生物污染的干擾的不足。
2. 由于拋載動作在瞬間完成，本發(fā)明更具有動作迅速的特點。
3. 由于沒有電機、電磁鐵等較大功率器件，也不需要常通電流以維持 系載，因此本發(fā)明還具有節(jié)省電能的特點。
4. 由于動作不容易收到海洋生物污染干擾，在海水及淡水中均可使用， 因此本發(fā)明具有動作可靠，應(yīng)用范圍寬的特點。
5. 由于鎳鉻合金絲具有較大的抗拉強度，因此本發(fā)明具有能夠承受較 大壓載質(zhì)量的特點。


圖l為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為動作控制系統(tǒng)原理圖。
圖3為儲能元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為電熱合金絲固定座結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明拋載動作流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一 步詳細(xì)說明。 本發(fā)明用于水下拋載的方法基于電熱原理的拋載控制方式，釆用具 有5mQ 10mn阻值的電阻絲材料為拋載用掛接物，使用電容為儲能元件， 所述儲能元件自接收到拋載信號后將事先存儲在其中的電量在微秒級的時
4間內(nèi)釋放，以熔斷電阻絲的方式實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠地拋載。所述電阻 絲材料為鎳鉻合金絲。
如圖l所示，本發(fā)明用于水下拋載的裝置包括動作控制系統(tǒng)l,儲能
元件2，電熱合金絲35，所述動作控制系統(tǒng)1經(jīng)儲能元件2與安裝在電熱 合金絲固定座3上的電熱合金絲35相連。
圖2所示動作控制系統(tǒng)1可由電池供電，產(chǎn)生的電壓是VBat 11，本 實施例為5V。動作控制系統(tǒng)1的核心器件是一個單片機MCU,存有拋載 動作程序；還包括UART串口 13，充電開關(guān)14,放電開關(guān)15,余電釋放 開關(guān)16,升壓模塊17,消耗電阻R19，單片機MCU接收接受外部拋載指 令，分別經(jīng)充電開關(guān)14,放電開關(guān)15,余電釋放開關(guān)16與升壓模塊17， 安裝在電熱合金絲固定座3上的電熱合金絲及能量消耗電阻R19相連；升 壓模塊17將所升高的電池電壓送至儲能元件2，對儲能元件充電；放電開 關(guān)15連接到電熱合金絲，用于在瞬間將電熱合金絲熔斷；所述能量消耗電 阻R19接地，用于消耗掉儲能元件上的剩余電量；壓載36掛接到電熱合金 絲35上。
參見圖3，儲能元件2釆用大容量電容C21。電容C21的關(guān)鍵參數(shù)是其 耐壓值和容量值，耐壓值越高，容量越大，則拋載時瞬間釋放的能量越大。 電容的個數(shù)可以隨意擴展，并聯(lián)連接，最少電容個數(shù)要根據(jù)拋載所用的電 熱合金絲的熔斷電量需求確定。
參見圖4，電熱合金絲固定座3中的第一螺栓31和第二螺栓32是兩根 固定用螺栓，它們接到放電開關(guān)15上。在第一螺栓31和第二螺栓32上開 設(shè)第一孔33和第二孔34，電熱合金絲35的兩端分別穿過這兩個孔，最終 檸緊固定。第一螺栓31和第二螺栓32之間的中心距離要小于15mm,本實 施例選擇10mm。壓載36通過一根絕緣線37掛接到電熱合金絲35上。本 實施例選用的電熱合金絲能夠承受的壓載重量約為18kg。電熱合金絲能夠 承受的壓載質(zhì)量與其橫截面積成正比，因此電熱合金絲越粗，能夠承受的 壓載質(zhì)量越大。同樣，要想將其熔斷，消耗的熱量就越多(熔斷難度越大)。
佘電釋放開關(guān)16作為釋放通道，用以實現(xiàn)安全動作。所述電熱合金絲 是一種具有一定阻抗的電阻，最常見的是電熱爐中的熱電阻絲。本實施例
釆用的電熱合金絲是一種鎳鉻合金絲，當(dāng)然也可以使用其他具有合適阻抗 及抗拉強度的電熱合金絲。 工作原理如下
拋載的基本原理是利用電流通過電阻時發(fā)熱的現(xiàn)象，當(dāng)通過電熱合金 絲的電流達到一定值時，電熱合金絲產(chǎn)生的熱量可使其達到自身熔點從而 熔斷。本發(fā)明整個動作控制系統(tǒng)通過UART串口 13接受外部拋載指令。 一旦 接收到外部拋載指令，單片機MCU將開啟充電開關(guān)14，通過升壓模塊17 將電池電壓VBat 11升高到一個足夠高的值VRel 18,這個電壓連接到 儲能元件2，對儲能元件充電。當(dāng)儲能元件充電完成后，單片機MCU將開 啟放電開關(guān)15，該開關(guān)連接到電熱合金絲固定座3，在瞬間將電熱合金絲 熔斷。當(dāng)電熱合金絲熔斷后，儲能元件2 —般會有剩余電量，這時為了安 全起見，單片機MCU要開啟余電釋放開關(guān)16，通過能量消耗電阻R19消 耗掉儲能元件上的電能(剩佘電量)。
參見圖5，拋載動作流程為動作控制系統(tǒng)接收到拋載指令信號后啟動 充電開關(guān)進行充電，經(jīng)過一段延時充電完成，之后啟動放電開關(guān)進行瞬間 放電，最后啟動余電釋放開關(guān)釋放剩余電量，作一次充電-放電-釋放剩余電 量循環(huán)動作。之后返回有無拋載指令的判斷，如無拋載指令，則處于等待 狀態(tài)。
權(quán)利要求
1. 一種用于水下拋載方法，其特征在于基于電熱原理的拋載控制方式，采用電阻絲材料為拋載用掛接物、電容為儲能元件，所述儲能元件自接收到拋載信號后將事先存儲在其中的電量在微秒級的時間內(nèi)釋放，以熔斷電阻絲的方式實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠地拋載。為了安全起見，當(dāng)儲能元件中有剩余電量時，設(shè)立釋放通道。
2. 按照權(quán)利要求l所述用于水下拋載的控制裝置，其特征在于所述 電阻絲材料為鎳鉻合金絲。
3. 按照權(quán)利要求l所述用于水下拋載的控制裝置，其特征在于電阻 絲材料阻值在5mQ-10mQ的范圍內(nèi)。
4. 一種按照權(quán)利要求l所述用于水下拋載方法的控制裝置，其特征在 于包括動作控制系統(tǒng)(l),儲能元件(2)，電熱合金絲(35),所述動作 控制系統(tǒng)(1)經(jīng)儲能元件(2)與安裝在電熱合金絲固定座(3)上的電熱 合金絲(35)相連。
5. 按照權(quán)利要求4所述用于水下拋載的控制裝置，其特征在于所述 動作控制系統(tǒng)(1)可由電池供電，以單片機(MCU)為核心器件，還包括 UART串口 (13),充電開關(guān)(14),放電開關(guān)(15)，余電釋放開關(guān)(16)， 升壓模塊(17),消耗電阻(R19),單片機(MCU)接收接受外部拋載指 令，分別經(jīng)充電開關(guān)(14),放電開關(guān)(15),余電釋放開關(guān)(16)與升壓 模塊(17),與安裝在電熱合金絲固定座(3)上的電熱合金絲及能量消耗 電阻(R19 )相連；升壓模塊(17 )將所升高的電池電壓送至儲能元件(2 )， 對儲能元件充電；所述能量消耗電阻(R19)接地，用于消耗掉儲能元件上 的剩余電量；壓載(36)掛接到電熱合金絲(35)上。
6. 按照權(quán)利要求4所述用于水下拋載的控制裝置，其特征在于所述 儲能元件(2 )釆用至少 一個電容(C21 ),電容個數(shù)為2個以上時并聯(lián)連接。
7. 按照權(quán)利要求4所述用于水下拋載的控制裝置，其特征在于接到 放電開關(guān)(15)上的電熱合金絲固定座(3)中的第一螺栓(31)和第二螺 栓(32)之間的中心距離為5mm-15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及水下拋載技術(shù)，具體地說是一種用于水下拋載的方法及控制裝置。其拋載方法基于電熱原理的拋載控制方式，采用電阻絲材料為拋載用掛接物、電容為儲能元件，所述儲能元件自接收到拋載信號后將事先存儲在其中的電量在微秒級的時間內(nèi)釋放，以熔斷電阻絲的方式實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠地拋載。
文檔編號H02J15/00GK101417698SQ20071015771
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者俞建成, 公丕亮, 張艾群 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所