一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置

本发明属于水下光纤微缆收放设备，具体是一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置。

背景技术：

1、海洋覆盖了70.8％的地球表面，为了更好地利用开发海洋资源，海洋探测已成为世界各国的研究热点。光纤微缆是海洋勘探水下机器人与母船的连接件之一，是连接操作平台和水下探测设备的“中枢神经”，是深潜探测技术系统的关键组成部分。光纤微缆主要为系统提供良好的数据传输通道，可承载光纤通信、遥控指令传递、视频影像传输、水下机器人收放承载等综合功能，光纤传输抗电磁干扰的优势使其可广泛应用于鱼雷、深潜器、水下机器人等水下工具，以及远距离水下监视平台等，还可用于海洋调查、打捞、采矿、监测海底电缆管道等。

2、水下作业设备(hov载人潜水器、rov无人潜水器等)是目前应用海洋领域中最前沿的有效手段。水下作业设备需要通过承重缆将潜水器或者连同其中继器吊放至一定水下深度，并通过承重缆向潜水器传输动力和建立通讯联系。随着作业深度的增加，承重缆长度可达几千米甚至上万米，回收承重缆的水面绞车需要缠绕多达数十层。受到大的缆绳张力影响，在绞车回收带缆的过程中，经常出现乱缆(空槽、咬缆、背缆)、夹缆等不良现象，会直接影响到整个绞车和水下设备的正常运行及工作人员的安全。因此，为了满足用户水下可反复收放并实现整齐收缆的使用要求，对水下恒张力收放光纤装置展开研制。

3、在已有的技术中，专利公布号为cn105800491a的发明中，公开了一种绞车的排缆装置，执行单元为步进电机，通过编码器，传感器等设备对卷扬机和绞车的实时状态进行采集与传递，再利用plc的自动化控制功能，对排缆机构进行闭环控制，可以同时实现收缆与排缆功能。该发明其控制器通过三个传感器能实时获取缆绳和卷筒的实时位置，一是导缆轮在丝桥导杆两个极限位置所装有的行程开关，主要用于保证排缆机构运动到两个极限位置时能进行准确换向。二是与卷筒相连的旋转绝对值编码器。三是与卷筒平行的位移传感器，三者协同反馈卷筒和缆绳的实际位置，控制步进电机的脉冲，从而使缆线整齐的排列在卷筒上。该发明排缆机构采用了过多的传感器，一定程度上增加了控制的复杂性，并且大多数行程开关在水下环境尤其是深海环境中并不可靠，无法实现在深水环境中的整齐排缆。

4、专利公布号为cn101799577b的中国发明专利，公开了一种深海光纤细缆收放绞车，其特征包括机架、液压控制系统、动力机构、卷筒机构、排缆机构、输送机构及出缆装置，光纤微缆穿过出缆口，顺序绕过输送机构的主动轮及排缆机构的排缆滚轮，卷绕在卷筒上。该发明利用液压马达作为动力源，通过两套同步带传动机构分别驱动卷筒机构、排缆机构及输送机构，并通过输送机构的超越离合器实现光纤细缆的收缆及放缆，并且设有切割机构，当光纤细缆在水中与其它障碍物发生缠绕时，切割机构可切断细缆，保护深海空间站和人员的安全。该发明结构紧凑，省去了手动操作收揽作业，且可在水下环境使用，但是未加入张力检测单元，不能实现恒张力控制收放缆，收揽时易造成夹缆，乱缆等现象。

技术实现思路

1、为了克服现有光纤微缆收放装置存在的收揽时易造成夹缆，乱缆等现象，以及在深水环境下工作的不可靠性，本发明提出了一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，主要包括储缆机构、排缆机构、张力检测机构、出缆机构、控制器、平台。

4、所述储缆机构、所述排缆机构、所述张力检测机构、所述出缆机构、所述控制器均位于所述平台上侧，且固定连接，所述平台为收放装置提供基础支撑。所述储缆机构、所述排缆机构、所述张力检测机构、所述出缆机构均与控制器连通，所述控制器用于接收信号并发出控制信号，以达到收放装置输出恒张力光纤微缆的目标。

5、所述储缆机构位于收放装置的后端，所述出缆机构位于收放装置的前端。光纤微缆的一端与所述储缆机构相连接，光纤微缆缠绕在所述储缆机构上，依次绕过所述排缆机构、所述张力检测机构、所述出缆机构，至水下机器人或工作平台。所述出缆机构、所述张力检测机构、所述排缆机构自收放装置前端开始，依次排列。所述排缆机构位于所述储缆机构的下侧。

6、所述储缆机构用于光纤微缆的存储，所述排缆机构用于光纤微缆由所述储缆机构至所述张力检测机构的连接，所述张力检测机构用于对光纤微缆的张力进行检测，所述出缆机构用于光纤微缆的输出。

7、所述张力检测机构，包括底座、位移传感器支架、前导引轮支座、后导引轮支座、磁致伸缩位移传感器、张力检测轮滑轨、限位挡块、张力检测滑块、磁环、压缩弹簧、张力检测轮、后导引轮、前导引轮、信号线、后导引轮轴、张力检测轮轴、前导引轮轴。

8、由所述排缆机构至所述出缆机构的光纤微缆，依次绕过所述后导引轮、所述张力检测轮、所述前导引轮。所述后导引轮、所述张力检测轮、所述前导引轮位于同一垂直平面内。所述后导引轮的中心线与所述前导引轮的中心线平行且位于同一水平面上。

9、所述底座位于所述平台上侧，与所述平台固定连接。所述位移传感器支架、所述前导引轮支座、所述后导引轮支座均位于所述底座上侧，且固定连接。所述前导引轮支座、所述位移传感器支架、所述后导引轮支座自收放装置前端至收放装置后端依次排列。

10、所述前导引轮通过所述前导引轮轴与所述前导引轮支座相连接，所述后导引轮通过所述后导引轮轴与所述后导引轮支座相连接。所述张力检测轮通过所述张力检测轮轴与所述张力检测滑块相连接，所述张力检测滑块与所述张力检测轮滑轨相接，可沿所述张力检测轮滑轨在竖直方向移动。所述张力检测轮滑轨位于所述位移传感器支架的内侧，与所述位移传感器支架固定连接，2个张力检测轮滑轨在所述位移传感器支架内对称设置，张力检测轮滑轨的两端设置有所述限位挡块，所述限位挡块与所述位移传感器支架固定连接，所述限位挡块用于限定所述张力检测滑块的最低或最高位置。

11、所述压缩弹簧位于所述张力检测滑块与所述底座之间，两端分别与所述张力检测滑块、所述底座相接。

12、所述磁致伸缩位移传感器通过螺母与所述位移传感器支架固定，所述磁致伸缩位移传感器通过所述信号线与所述控制器连通。

13、所述磁环位于所述张力检测滑块上侧，与所述张力检测滑块固定连接，所述磁致伸缩位移传感器的测量杆穿过所述磁环、所述张力检测滑块的通孔、所述压缩弹簧上端内部。

14、所述控制器接收所述磁致伸缩位移传感器信号，调整所述储缆机构、所述排缆机构、所述出缆机构，实现光纤微缆恒张力。

15、上述的用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，所述磁致伸缩位移传感器承受的水压深度为1000m。

16、上述的用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，所述储缆机构，包括卷筒、卷筒电机、卷筒电机编码器、卷筒电机座、卷筒轴承座、卷筒轴、联轴器。

17、所述卷筒电机座、所述卷筒轴承座分别与所述平台固定连接。

18、所述卷筒电机安装在所述卷筒电机座上侧，所述卷筒电机编码器与所述卷筒电机、所述控制器相连通，所述卷筒电机的卷筒电机轴、所述联轴器、所述卷筒轴、所述卷筒轴承座依次连接，所述卷筒与所述卷筒轴固定连接，所述卷筒用于储存光纤微缆。

19、所述控制器通过所述卷筒电机编码器控制所述卷筒电机的转速，实现光纤微缆恒张力。

20、上述的用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，所述排缆机构，包括排缆轮支座、丝杠滑台底座、排缆电机、排缆电机编码器、丝杠、排缆滑轨、滑轨支座、排缆滑台、排缆轮。

21、所述丝杠滑台底座安装在所述平台上侧，所述滑轨支座位于所述丝杠滑台底座上侧，与所述丝杠滑台底座固定连接，所述排缆滑轨的两端安装在所述滑轨支座上，所述排缆滑轨设置2个，位于同一水平面内，平行排列，所述排缆滑轨与所述卷筒轴向平行，所述排缆滑台与所述排缆滑轨相接，所述排缆滑台可以沿所述排缆滑轨移动，所述排缆滑台与所述丝杠连接。

22、所述排缆电机安装在所述丝杠滑台底座上，与所述丝杠固定连接，所述排缆电机通过所述丝杠驱动所述排缆滑台沿所述排缆滑轨移动。

23、所述排缆轮通过所述排缆轮支座固定在所述排缆滑台上侧，所述排缆轮安装在所述排缆轮支座上，可以自由转动，光纤微缆绕过所述排缆轮。

24、所述排缆电机编码器与所述排缆电机、所述控制器连通，所述排缆电机编码器为带有掉电记忆功能的多圈绝对值编码器，在所述控制器的指令下，控制所述排缆电机，实现精确排缆。

25、上述的用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，所述出缆机构，包括摩擦轮电机、摩擦轮电机编码器、扭矩保持器、摩擦轮轴、摩擦轮电机座、摩擦轮、摩擦轮轴承座。

26、所述摩擦轮电机座、所述摩擦轮轴承座安装在所述平台上侧。所述摩擦轮电机安装在所述摩擦轮电机座上，与所述摩擦轮电机座固定连接。所述摩擦轮电机的摩擦轮电机轴、所述扭矩保持器、所述摩擦轮轴依次固定连接，所述摩擦轮轴的一端安装在所述摩擦轮轴承座上。光纤微缆绕过所述摩擦轮，所述摩擦轮与所述摩擦轮轴固定连接。所述摩擦轮上侧设置压紧轮，所述压紧轮对所述摩擦轮的旋转产生摩擦阻力。

27、所述摩擦轮电机编码器与所述摩擦轮电机、所述控制器连通，所述摩擦轮电机编码器在所述控制器的指令下，控制所述摩擦轮电机的转动，实现出缆光纤微缆恒张力。

28、本发明的有益效果是：

29、一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，通过在出缆和排缆机构间增设张力检测机构，增加张力反馈闭环控制，有效解决在收揽卷筒上乱缆，夹缆等不良现象出现的问题。通过使用适用于深海环境的位移传感器来代替当前普遍使用的应变片式张力传感器。避免了深海环境中水压给应变片式张力传感器带来的不利影响。本发明张力传感器经过事先标定后，可检测出弹簧竖直方向的位移量，进而换算出光纤微缆的张力。

30、一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，通过使用带有掉电记忆功能的多圈绝对值编码器，实时检测排缆引导轮和储缆卷筒的实际位置，精细排缆的同时替代原有的行程开关具有的换向功能，达到精准换向的效果。并能存储掉电前卷筒电机和排缆电机的转向，在重新上电后根据新的收缆或放缆指令来判断出当前需要的转向。

31、一种用于水下光纤微缆的恒张力收放装置，通过在出缆摩擦轮和电机轴间使用扭矩保持器和联轴器连接，当出缆端张力突然增大时，确保光纤微缆能迅速放出且不损伤光纤和电机，同时突变的张力也能被张力检测机构所检测，进而及时调整控制策略，减小突变张力对系统排缆的影响。