温深探头自动投弃组合控制箱及温深探头自动投弃装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及温深探头自动投弃组合控制箱及温深探头自动投弃装置。所涉及的温深探头自动投弃用组合控制箱包括机箱，机箱内并列安装有多根推杆，且各推杆与各探头投放孔对应；每个推杆的端部活动式安装有连接杆，各连接杆上安装有挡板，通过推杆的水平往复运动带动挡板上下运动，从而实现投放孔的关闭和打开；同时机箱内安装有多根探头，且各探头对应各探头投放孔，探头投放孔打开时，探头经投放孔投放。所涉及的温深探头自动投弃装置包括：PC机、组合控制箱、支架、GPS模块和数据采集箱。通过PC机设置多探头多投放点参数，设置在经纬度坐标值、探头间隔距离、探头间隔时间的工作状态时，系统按照自动控制流程及设定投放点自动完成投放操作。
【专利说明】温深探头自动投弃组合控制箱及温深探头自动投弃装置
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋环境信息监测【技术领域】，具体涉及一种能在海洋舰船上自动控制投放温深传感器及快速获取海水温深剖面数据的装置。
【背景技术】
[0002]针对海洋勘探、气象监测、船舶导航、水面乃至水下航行器的任务保障等各方面事业的发展，需要加强对海洋相关区域进行及时、精准、长期的海深所对应的温度参数测量，进而获得水文、水声等物理环境参数，为各类导航、探测等设备的使用提供海水深度对应的温度技术参数保障，获取海洋中海水的温深剖面数据。目前最常使用的是“抛弃式温深探测系统XBT ”来测量。
[0003]“抛弃式温深探测系统XBT”该系统的检测探头为一次性使用器件，可随机在船舶走航的条件下使用。既可在正规海洋调查船上使用，也可在随机商船(志愿船)上使用，具有很高的灵活性，并获得最大的经济效益。由于成本低、使用灵活，可以在诸多海域使用，因此它也是对浮标、潜标、UUV、AUV等水下探测手段的一种重要补充。但现有的“抛弃式温深探测系统XBT”投放装置存在以下问题:
[0004](I)投弃装置为人工投放:现有的“抛弃式温深探测系统XBT”投放装置是种手持式投放枪，由操作人员手持投放枪站在船边沿人工操作投放检测探头，整个装置的系统操作需要两人以上才能操作完成每次的探测。
[0005](2)投弃装置不具备自动投放功能:现有的“抛弃式温深探测系统XBT”投弃装置具有数据采集、数据处理及检测控制等采集电路，能够顺利完成温深剖面数据检测及处理。但投放装置的探头投放的操作是由人工进行操作的，所以投弃装置不具备自动控制投放探头的功能。
[0006](3)投弃装置不具备多预设投放点自动投放的功能:现有的“抛弃式温深探测系统XBT”投放装置，不具备自动控制配备的多探头的机械结构装置部分及自动控制电路部分，每次投放操作都是由操作人员根据到达所需的投放点后，由人工操作投放。不具备预先设定多个探头的投放点，到达预设投放点系统自动进行探头投放，完成多个探头按照设定投放点控制投放的功能。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种温深探头自动投弃用组合控制箱。
[0008]所提供的组合控制箱包括机箱，所述机箱的一侧壁上开设有多个探头投放孔；
[0009]所述机箱内并列安装有多根推杆，且一根推杆对应一个探头投放孔，同时推杆位于探头投放孔的下方；每个推杆的靠近探头投放孔的端部活动式安装有连接杆，各连接杆上安装有挡板，推杆朝向探头投放孔运动时，推动连接杆逐渐靠近机箱侧壁，同时挡板在连接杆的推动下沿与推杆运动方向的垂直的方向且朝向探头投放孔运动，直至遮挡住探头投放孔；推杆远离探头投放孔运动时，带动连接杆逐渐远离机箱侧壁，同时挡板在连接杆的带动下沿与推杆运动方向的垂直的方向且远离探头投放孔运动，直至打开探头投放孔；
[0010]所述机箱内安装有多根探头，且多根探头位于多根推杆上方，所述探头投放孔打开时，探头经探头投放孔投放。
[0011]进一步，所述每个挡板的上方均安装有一刀片，在挡板遮挡探头投放孔的过程中，利用刀片与挡板的作用将探头的导线切断。
[0012]进一步，所述温深探头自动投弃用组合控制箱还包括一探头锁紧机构，该探头锁紧机构包括承载板、滑杆、丝杠和活动块，所述滑杆安装于承载板上，所述活动块活动式安装在滑杆上，所述活动块的一侧面上安装有多个绝缘板，每个绝缘板上安装有一探头，所述丝杠转动时驱动活动块在滑杆上活动，从而带动探头往复运动。
[0013]针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的之二是提供一种温深探头自动投弃
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[0014]为此，本发明提供的温深探头自动投弃装置包括PC机、支架、组合控制箱、GPS模块和数据采集箱；
[0015]所述组合控制箱为上述的一种温深探头自动投弃用组合控制箱；
[0016]所述支架用于将 组合控制箱固定在船边，调节组合控制箱投放探头的倾角；
[0017]所述GPS模块为温深探头自动投弃装置GPS定位；
[0018]所述数据采集箱用于采集温深探头检测数据并将所采集数据传输给PC机，同时用于所述组合控制箱中的探头与PC机以及GPS模块与PC机间的通讯转换连接。
[0019]进一步，所述的温深探头自动投弃装置还包括一控制盒，该控制盒中安装有控制电路，该控制电路包括单片机、多路探头控制电路、多路推杆控制电路、探头状态监测电路和显不电路；
[0020](I)所述多路探头控制电路控制多个探头之间独立工作，一路探头控制电路控制一探头工作；每路探头控制电路包括依次串联的缓冲器、光电隔离器、驱动器和继电器，继电器与探头连接，多路探头控制电路通过第一三八移码器与单片机连接；单片机控制第一三八移码器的输出，从而控制不同路的探头控制电路工作；
[0021](2)所述多路推杆控制电路控制多根推杆之间独立工作，一路推杆控制电路控制一推杆进行正向和反向工作；每路推杆控制电路包括一正向控制电路和一反向控制电路，
[0022]所述正向控制电路包括正向缓冲器、正向光电隔离器、两个正向功率驱动器；
[0023]所述反向控制电路包括反向缓冲器、反向光电隔离器、两个反向功率驱动器；
[0024]多路推杆控制电路中的多路正向控制电路通过第二三八移码器与单片机连接；单片机控制第二三八移码器的输出，从而控制不同路的正向控制电路工作；
[0025]多路推杆控制电路中的多路反向控制电路通过第三三八移码器与单片机连接；单片机控制第三三八移码器的输出，从而控制不同路的反向控制电路工作；
[0026]所述正向指:推杆朝向探头投放孔运动；所述反向指:推杆远离探头投放孔运动；
[0027](3)所述探头状态监测电路在单片机的控制下检测探头安装是否短路；
[0028](4)所述显示电路在单片机的控制下显示探头状态监测电路的检测结果。
[0029]优选的，所述控制盒安装在所述组合控制箱中。
[0030]优选的，所述数据采集箱包括:数据采集板、第一 RS-232转USB模块、第二 RS-232转USB模块、第三RS-232转USB模块和USB四转一模块；
[0031 ] 所述数据采集板用于采集探头检测的数据；
[0032]所述第一 RS-232转USB模块用于转接所述数据采集板
[0033]所述第二 RS-232转USB模块用于转接所述GPS模块；
[0034]所述第三RS-232转USB模块用于转接所述组合控制箱；
[0035]所述第一 RS-232转USB模块、第二 RS-232转USB模块和第三RS-232转USB模块通过所述USB四转一模块与所述PC机连接。
[0036]本发明与现有技术相比，具有以下的优点、特点和效果；
[0037](I)探头投放自动控制程度高:主要是通过操作人员使用PC计算机进行人机界面实现控制操作，操作人员将探头安装完成后，设置完成设定项及投放点，系统自动控制后续各编号探头的投放、开启和关闭投放盖板、剪切导线等的机械动作的完成，不需要人工参与;
[0038](2)系统具有控制投多个探头的功能:自动投弃装置每次可装多个探头，分别先后按照各自设定投放方式及投放点进行独立控制投放。系统装置配置有GPS模块，能够很精确地实现将探头准确的投放到投放点；
[0039](3)通过界面实现随机手动操作及自动控制操作:手动操作是由操作人员通过操作PC主控机界面随机进行探头投放操作，由系统自动控制探头的投放、剪线等动作。在自动控制操作方式时，按照经纬度、间隔时间、间隔距离三种中一种工作模式设定，系统按照设定的工作模式及设定参数，进行控制完成各自探头的投放及剪线动作；
[0040](4)数据采集实时性好:数据采集电路在设计中采用了 DSP模块实现了快速实时数据采集，在模拟电路中采用了高速运算放大器器件和24位快速AD转换器件，这些措施在保障精度的前提下提高了数据采集实时性；
[0041](5)具有独立的六套投放及剪线机构:自动投弃装置在组合控制箱中配置有独立的6套投放及剪线机械结构，由各自的控制电路控制机械结构件作线性运动完成探头投放、关闭盖板及剪线机械动作；
[0042](6)具有探头锁紧机构:自动投弃装置在组合控制箱中配置有探头锁紧机构，一次可锁紧六个探头，将探头触点连接后与控制电路相连接；
[0043](7)具有固定系统装置的系统支架:自动投弃装置配置一套系统支架，装置使用时，用于将系统装置可靠安装固定在船舷边的栏杆上，系统支架采用三角式固定方式，可以将装置牢固地固定在栏杆上，配置有调节组合控制箱投放倾角的配件；
[0044](8)具有将六个探头安装固定在一起的夹具:自动投弃装置配置有紧固六个探头的简易夹具，可将六个探头固定在一起装入组合控制箱中，该简易夹具能够将六个探头固定到安装位置、整体放置到组合控制箱中；
[0045](9)具有随机操作投放及多种自动投放工作模式:自动投弃装置具有由操作人员在PC计算机界面上，在任意时间及场所由操作人员操作投放。装置还具有定时投放、定距投放和定点投放工作模式，操作人员通过功能及参数设定后，系统按照设定功能及参数自动投放。
[0046](10)探头及各种功能机械动作机构整合成一体放置在箱体内:组合控制箱分上下两层，下层安装多套相同的投放机构和电器控制盒，上层平铺安装多个探头及一套探头锁紧机构，组合控制箱箱体为防水箱体，能够有效地保护探头、电器控制盒及各种机械传动机构；
[0047](11)装置的PC主控计算机与系统电气连接简单:装置的系统电气硬件电路将几路串行通信电路，经串行通信转换硬件电路组合后，将GPS模块、数据采集模块和装置控制电路等几路的串行通信口通过一路USB 口与PC主控计算机连接，完成双向传递信息的功能，PC主控计算机与装置系统连接很简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]以下结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步解释说明。
[0049]图1为本发明的温深探头自动投弃装置结构示意图；
[0050]图2为本发明的温深探头自动投弃组合控制箱结构示意图；
[0051]图3为本发明的组合控制箱中锁紧机构的结构参考示意图；
[0052]图4为本发明的组合控制箱的底部结构参考示意图；
[0053]图5为本发明的数据采集箱电原理方框图；
[0054]图6为本发明的控制盒电原理方框图；
[0055]图7为本发明的多路探头控制电路原理方框图；
[0056]图8为本发明的多路推杆控制电路原理方框图。
[0057]附图中标记说明:
[0058]1、探头2、组合控制箱
[0059]3、控制盒4、PC机
[0060]5、数据采集箱6、支架
[0061]7、组合控制箱壳体 8、锁紧机构
[0062]9、探头投放及剪线机构 8-1、丝杠
[0063]8-2、探头8-3、活动块
[0064]8-4、绝缘板8-5、承载板
[0065]8-6、滑杆9-1、挡板
[0066]9-2、连接杆9-3、推杆
【具体实施方式】
[0067]本发明的支架为本领域常用的支架，一般包括船栏固定件、伸缩杆和仰角支撑构件，组合控制箱安装在仰角支撑构件上。
[0068]本发明使用的单片机可选用51系列的89C52单片机芯片，该单片机具有4组8位I/O 口，8K的E2RAM程序存储区。
[0069]以下是发明人提供的实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
[0070]实施例1:
[0071]如图2所示，该实施例的组合控制箱主要包含有锁紧机构8、包括多根推杆和刀片的探头投放及剪线机构9和机箱7。
[0072]如图3为自动投弃装置的锁紧机构，其包括承载板8-5、滑杆8-6、丝杠8_1和活动块 8-3。[0073]锁紧机构应用了丝杠旋转转换直线运动技术，可同时锁紧六个探头8-2，每个探头有三个外引触点，探头锁紧机构先将每个探头触点装在一块绝缘板8-4上，并在每一个触点后端连接一根导线与控制电路相连接，再将六个绝缘板8-4安装在活动块上，中间加装一弹簧起到力的缓冲作用。
[0074]操作丝杠8-1顺、逆时针转动时,丝杠带动活动块作前、后方向的直线运动,活动块上六套探头触点随着活动块作前、后方向的直线运动。当活动块向前作直线运动时，探头触点插入探头后部的端头连接上探头外引的接触片上，通过锁紧机构的连接线将探头传感器连接到控制电路上，实现检测电路进行实时测量。
[0075]如图4所示，包括多根推杆和刀片的探头投放及剪线机构9主要包括挡板9-1、连接杆9-2、电动推杆9-3和刀片。
[0076]投放及剪线机构采用电动推杆直线运动转换为垂直运动的工作原理，探头投放采用开启、关闭挡板来实现探头投放及剪线的功能，每套探头投放传动机构是由挡板、连接杆、推杆和刀片组成，连接杆两端分别与挡板和推杆连接，其工作原理是将电动推杆的水平运动转换为垂直向上或向下的运动，当电动推杆通电作向前、向后水平直线运动时，带动连接杆及挡板作向上或向下的垂直运动，用来实现开启或关闭探头投放挡板，由于挡板上端为一平面，在机箱顶端即挡板上方挡板限位处安装有一尖形的刀片，挡板向上运动时，挡板上端平面与刀片相碰时将导线剪断。
[0077]实施例2:
[0078]如图1所示自动投弃装置主要分为舱内及舱外两部分，舱内部分主要包含有PC机
4、数据采集箱5及连接电缆。舱外部分主要包含有探头1、组合控制箱2、控制盒3、支架6和连接电缆等。
[0079]PC机通过USB通信线与数据采集箱连接，数据采集箱通过USB四转一模块、USB转RS-232、USB转RS-485等电路转换，分别与组合控制箱、数据采集板、GPS模块连接，进行串行通信双向传递信息。数据采集箱通过RS-485串行通信口与舱外部分的控制电路连接，进行双向串行通信信息传递。
[0080]数据采集箱主要完成探头检测数据采集、通讯转换及通讯转换连接、装置GPS定位、提供直流稳压电源等。
[0081]组合控制箱主要完成探头状态检测、投放及剪线等机械动作及控制，通过探头锁紧机械结构、投放及剪线机械结构、六组合探头等机械结构来完成探头装载、探头锁紧、探头投放等各功能动作。
[0082]系统支架用于将组合控制箱固定在船边，调节组合控制箱投放探头的倾角。
[0083]自动投弃装置电连接参见图1，PC主控机通过一路USB通讯口与数据采集箱连接，用于同数据采集箱、GPS模块、组合控制箱的三路通讯连接。通过数据采集箱与组合控制箱一根连接电缆，为组合控制箱提供直流供电电源、连接PC主控机与组合控制箱的通讯。数据采集箱外引一 GPS天线，提供GPS模块采集经纬度等信息。
[0084]自动投弃装置的电气控制原理:由设备操作人员在PC主控计算机的操作界面上设置手动或自动投放工作模式。手动模式时，由操作人员在任选的地点及时间在计算机界面上操作投放。主控计算机通过USB串行通信口经转换成RS-485通信模式，将投放指令传输到组合控制箱的控制电路。组合控制箱控制电路接收到指令后，控制电动推杆作后退的直线运动，带动挡板作向下的运动，挡板开启后探头自由落体，完成探头投放控制过程。系统检测完成后，主控计算机自动向组合控制箱控制电路发出关闭及剪线指令，控制电路控制电动推杆向前作直线运动，带动挡板作向上的运动，挡板关闭及挡板关闭的同时挤压导线，并将导线切断，完成整个探头投放、检测及关闭切线完整过程。
[0085]自动工作模式时，系统可设定为定点、定时、定距等工作方式，在任一设定工作方式下，系统均将实时接收的坐标参数与系统设定的参数相比较，达到与设定参数相等时，系统主控计算机自动向组合控制箱控制电路发出指令，组合控制箱控制电路接收到指令后，控制电路控制操作动作同上述手动操作控制方式相同不重复繁述。
[0086]图5为自动投弃装置的数据采集箱电原理方框图，其中由GPS模块、数据采集板、稳压电源、通讯转换模块。其中通讯转换模块有RS-232转USB电路、RS-485转USB电路和USB四转一电路。GPS模块用于定位系统装置。均为现有的成熟技术，
[0087]该实施例中，使用多块USB转换模块参见图5，通过合理的组合将三路串行通讯转换成一路外引通讯口与PC机连接，其中一个RS-485转USB模块与组合控制箱的RS-485通讯口线连接，一个RS-232转USB模块与GPS模块的RS-232通讯口连接，另一个RS-232转USB模块与数据采集板的RS-232通讯口连接，三个USB转换模块分别与USB四转一模块的三个输入口连接，其中的输出口外引与PC机的USB 口连接，用于实现将三路串行通讯口转换为一路输出外引，简少了占用PC机串行通讯口线。
[0088]如图6为自动投弃装置的控制盒中的控制电路的电原理方框图，其主要由单片机电路、移码电路、多路驱动电路、多路转换控制电路、多路传感器转换电路、移码转换电路、多路极性控制电路、多路电机驱动电路、探头(状态)检测电路、RS-232转RS-485电路。其中:
[0089]控制电路主要用于实现多路探头传感器转换、多路电动推杆前或后线性运动的控制、探头状态及剪线检测电路。单片机的串行口转换成RS-485通过数据采集箱中转与PC主控机通讯,接收主控机的指令。
[0090]该实施例中，参见图7所示，多路探头控制电路是为实现多路探头传感器的转换控制电路。电路主要是由单片机I/o 口、三八移码器(第一三八移码器)、多路缓冲器、多路光电隔离器、多路驱动器、多个继电器经转换控制完成，其工作原理是由单片机I/o 口控制移码器的输出，移码器的输出经光电隔离后，导通该路三极管来驱动各自路的继电器，利用多路继电器的触点与多路探头传感器连接，经过继电器开关触点将各路探头的传感器引出线转接到端口输出。单片机根据不同指令I/o输出不同的控制码到移码器的控制端，移码器改变不同的输出来控制不同路的继电器工作，继电器的开关触点连接不同的探头传感器的引出线到输出端口。
[0091]该实施例中，参考图8所示，多路推杆控制电路是为实现多路电动推杆线性运动的控制电路。电路主要是由单片机I/o 口、互锁控制器、正向三八移码器(第二三八移码器)、反向三八移码器(第三三八移码器)、多路缓冲器、多路光电隔离器、多路功率驱动器、多路电动推杆电机转换控完成，其工作原理是由单片机的I/o 口控制正、反相两个互锁移码器的输出，两个互锁移码器通过缓冲器及光电隔离后，分别控制正、反相各路的模式管，每路由四个模式管组成，由一上一下两个模式管组成正相导电通路，另一上一下两个模式管组成反相导电通路，由模式管驱动改变电动推杆电机的转动方向，驱动电动推杆作向前 或向后的线性运动。
【权利要求】
1.一种温深探头自动投弃用组合控制箱，包括机箱，其特征在于， 所述机箱的一侧壁上开设有多个探头投放孔； 所述机箱内并列安装有多根推杆，且一根推杆对应一个探头投放孔，同时推杆位于探头投放孔的下方；每个推杆的靠近探头投放孔的端部活动式安装有连接杆，各连接杆上安装有挡板，推杆朝向探头投放孔运动时，推动连接杆逐渐靠近机箱侧壁，同时挡板在连接杆的推动下沿与推杆运动方向的垂直的方向且朝向探头投放孔运动，直至遮挡住探头投放孔；推杆远离探头投放孔运动时，带动连接杆逐渐远离机箱侧壁，同时挡板在连接杆的带动下沿与推杆运动方向的垂直的方向且远离探头投放孔运动，直至打开探头投放孔； 所述机箱内安装有多根探头，且多根探头位于多根推杆上方，所述探头投放孔打开时，探头经探头投放孔投放。
2.如权利要求1所述的温深探头自动投弃用组合控制箱，其特征在于，所述每个挡板的上方均安装有一刀片，在挡板遮挡探头投放孔的过程中，利用刀片与挡板的作用将探头的导线切断。
3.如权利要求1所述的温深探头自动投弃用组合控制箱，其特征在于，所述温深探头自动投弃用组合控制箱还包括一探头锁紧机构，该探头锁紧机构包括承载板、滑杆、丝杠和活动块，所述滑杆安装于承载板上，所述活动块活动式安装在滑杆上，所述活动块的一侧面上安装有多个绝缘板，每个绝缘板上安装有一探头，所述丝杠转动时驱动活动块在滑杆上活动，从而带动探头往复运动。
4.一种温深探头自动投弃装置，其特征在于，包括PC机、支架、组合控制箱、GPS模块和数据采集箱； 所述组合控制箱为权利要求1、2或3所述的温深探头自动投弃用组合控制箱； 所述支架用于将组合控制箱固定在船边，调节组合控制箱投放探头的倾角； 所述GPS模块为温深探头自动投弃装置GPS定位； 所述数据采集箱用于采集温深探头检测数据并将所采集数据传输给PC机，同时用于所述组合控制箱中的探头与PC机以及GPS模块与PC机间的通讯转换连接。
5.如权利要求4所述的温深探头自动投弃装置，其特征在于，所述的温深探头自动投弃装置还包括一控制盒，该控制盒中安装有控制电路，该控制电路包括单片机、多路探头控制电路、多路推杆控制电路、探头状态监测电路和显示电路； (1)所述多路探头控制电路控制多个探头之间独立工作，一路探头控制电路控制一探头工作；每路探头控制电路包括依次串联的缓冲器、光电隔离器、驱动器和继电器，继电器与探头连接，多路探头控制电路通过第一三八移码器与单片机连接；单片机控制第一三八移码器的输出，从而控制不同路的探头控制电路工作； (2)所述多路推杆控制电路控制多根推杆之间独立工作，一路推杆控制电路控制一推杆进行正向和反向工作；每路推杆控制电路包括一正向控制电路和一反向控制电路， 所述正向控制电路包括正向缓冲器、正向光电隔离器、两个正向功率驱动器； 所述反向控制电路包括反向缓冲器、反向光电隔离器、两个反向功率驱动器； 多路推杆控制电路中的多路正向控制电路通过第二三八移码器与单片机连接；单片机控制第二三八移码器的输出，从而控制不同路的正向控制电路工作； 多路推杆控制电路中的多路反向控制电路通过第三三八移码器与单片机连接；单片机控制第三三八移码器的输出，从而控制不同路的反向控制电路工作； 所述正向指:推杆朝向探头投放孔运动；所述反向指:推杆远离探头投放孔运动； (3)所述探头状态监测电路在单片机的控制下检测探头安装是否短路； (4)所述显示电路在单片机的控制下显示探头状态监测电路的检测结果。
6.如权利要求5所述的温深探头自动投弃装置，其特征在于，所述控制盒安装在所述组合控制箱中。
7.如权利要求4所述的温深探头自动投弃装置，其特征在于，所述数据采集箱包括:数据采集板、第一 RS-232转USB模块、第二 RS-232转USB模块、第三RS-232转USB模块和USB四转一模块； 所述数据采集板用于采集探头检测的数据； 所述第一 RS-232转USB模块用于转接所述数据采集板； 所述第二 RS-232转USB模块用于转接所述GPS模块； 所述第三RS-232转USB模块用于转接所述组合控制箱； 所述第一 RS-232转USB模块、第二 RS-232转USB模块和第三RS-232转USB模块通过所述USB四转一 模块与所述PC机连接。
【文档编号】G05B19/042GK104035367SQ201410267813
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】祝朝卿, 陈建峰, 魏芳, 冀娜娜, 李凯, 郝宗杰 申请人:西安天和防务技术股份有限公司