具有实时通信功能的新型海洋观测浮标的结构优化与控制系统研究

论文摘要

海洋观测浮标系统又称中性漂流浮标系统,是海洋环境监测的重要设备之一,是一种人们用来了解海洋、开发海洋的有用工具。海洋观测浮标标作为一种海洋监测仪器的通用搭载平台,可以根据科学研究需要携带各种水文观测传感器,如温度、盐度、深度、压力传感器等,然后将在水下采集到的数据通过水声通讯发送给科考船上的接受装置。本文首先对海洋观测浮标的发展状况进行了概述,然后介绍了本课题具有实时通信功能新型浮标制作的研究目的与意义。然后介绍了观测浮标耐压壳体的设计过程,包括如何选择壳体的外形结构与壳体材料,以及如何对浮标的结构尺寸进行确定。接下来介绍了利用ANSYS分析软件对所设计出的不同结构尺寸的耐压壳体模型进行极限工作水深压力下的模拟分析,并通过应力及变形的分析结果对几种不同结构尺寸耐压壳体进行筛选及优化的过程。本文还介绍了如何基于串口通信原理,利用VB编程软件编写上位机浮标监控程序,包括监控程序的主要功能模块介绍,界面设计,关键程序代码实现方法和上下位机之间的通信协议。本文对监测浮标的重要驱动部件浮标液压驱动系统的机械结构组成,整体布局,整个液压系统的工作过程及功能实现情况进行了完整描述,并对浮标的安全保护设备抛载装置的工作原理及机械结构也进行了详细的介绍。最后,本文介绍了耐压壳体外水压力试验的过程及结果,验证了利用ANSYS软件对耐压壳体模型进行模拟分析优化筛选的合理性与可行性,对抛载结构试验方法与数据结果也都做了详细介绍。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 海洋观测浮标的发展概况
• 1.3 本课题的研究意义与内容
• 1.3.1 本课题研究意义
• 1.3.2 本论文研究的内容
• 第二章 耐压壳体结构设计与优化
• 2.1 浮标耐压壳体设计优化的目的与意义
• 2.2 耐压壳体结构设计与选材
• 2.2.1 水下观测浮标耐压壳体形状的选择
• 2.2.2 耐压壳体材料的选择
• 2.3 耐压壳体结构的尺寸确定与优化比较
• 2.3.1 浮标耐压壳体结构的尺寸设计程序
• 2.3.2 浮标耐压壳体结构的尺寸参数确定
• 2.3.3 四种耐压壳体结构的优化比较
• 2.3.4 模型四的结构尺寸优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 上位机主控程序
• 3.1 引言
• 3.2 程序界面设计
• 3.3 功能模块分析与工作流程
• 3.3.1 上位机主控程序功能模块
• 3.3.2 各功能模块工作流程分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 观测浮标液压系统及抛载机构结构设计
• 4.1 观测浮标液压系统设计
• 4.1.1 液压系统设计引言
• 4.1.2 液压系统整体布局
• 4.1.3 液压系统内部结构组成
• 4.1.4 液压系统效率分析
• 4.1.5 液压系统完整工作过程
• 4.2 抛载机构结构设计
• 4.2.1 抛载装置设计引言
• 4.2.2 抛载机构设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验
• 5.1 电解熔断抛载试验
• 5.1.1 试验设备
• 5.1.2 实验过程与数据结果
• 5.1.3 实验结果分析
• 5.1.4 抛载实验结论
• 5.2 耐压壳外水压力测试
• 5.2.1 外水压力测试基本步骤
• 5.2.2 测试结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结及工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参与科研情况说明
• 致谢