一种拖曳线列阵消扭装置和方法与流程

1.本发明涉及电子设备的声纳领域，主要是一种拖曳线列阵消扭装置和方法。


背景技术：

2.拖曳线列阵声纳具有基阵孔径较少受平台空间制约、工作频率低和远离拖曳平台噪声源等优点，广泛用于水面舰和潜艇等水下目标的探测和跟踪任务。
3.拖曳线列阵基阵孔径通常为数百米，母船装备绞车用于拖曳线列阵的释放、拖曳、回收和储存。拖曳线列阵使用时，首先由绞车从母船尾部将拖曳线列阵放出；使用完毕后，由绞车将拖曳线列阵从母船尾部回收并存储在绞车卷盘中。
4.拖曳线列阵在拖曳使用过程中，因基阵较长，在外部水流等作用下发生绕轴线转动，使拖曳线列阵内部存在扭转情况。拖曳线列阵使用完毕，绞车回收拖曳线列阵时，拖曳线列阵的扭转使得排缆易出现缝隙，进而发生嵌缆等严重影响排缆整齐性和存储寿命的情况。


技术实现要素：

5.本发明针对拖曳线列阵回收过程中，拖曳线列阵的扭转影响排缆整齐性和存储寿命的问题，提出了一种拖曳线列阵消扭装置和方法，可有效降低或消除绞车卷盘上拖曳线列阵的扭转力，有利于提高排缆整齐性和延长存储寿命。
6.本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种拖曳线列阵消扭装置，包括测量模块和消扭模块，所述测量模块包括光源、图像采集设备和处理器，光源和图像采集设备均与处理器连接，其中光源用于在处理器控制下发射光波照亮拖曳线列阵，图像采集设备用于采集拖曳线列阵图像并传输至处理器；所述消扭模块包括电机驱动、电机、传动机构和消扭机构，处理器用于对图像进行处理，提取拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵扭转情况，从而得出电机需要的转向和转速；处理器通过电机驱动控制电机按照需要的转向和转速转动，通过传动机构带动消扭机构转动，消扭机构夹持拖曳线列阵，使其随消扭机构同步转动，从而实现对拖曳线列阵扭转的消除。
7.所述的消扭机构包括底座、前外壳、后外壳、外壳螺丝、外壳螺母、外框、多个滑轮组件和滑轮组件固定螺丝，滑轮组件通过滑轮组件固定螺丝固定于外框；外框在电机驱动下顺时针或者逆时针方向转动，通过滑轮组件对拖曳线列阵的夹持，使能拖曳线列阵随外框同步转动。消扭机构可以自动适应不同直径的拖曳线列阵，并对拖曳线列阵施加径向压力，利用摩擦力带动拖曳线列阵绕其轴线转动。
8.所述的滑轮组件包括底座、下弹簧、支架、上弹簧、盖板、盖板固定螺丝、滑轮、轴杆和轴杆固定螺母，滑轮能随拖曳线列阵的运动而转动，下弹簧和上弹簧配合使得支架可以上下移动，从而带动滑轮上下移动，从而使得消扭机构自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。
9.所述的光源和图像采集设备分别位于拖曳线列阵左右两侧，并且三者所在平面与
水平面平行。
10.所述的拖曳线列阵包括护套、两条承力绳a和承力绳b。
11.所述的电机包含电机主体、电机轴和销，电机与传动机构通过销连接，使得传动机构随电机转动，从而带动外框顺时针或逆时针转动。
12.所述的传动机构为齿轮或齿轮组。
13.所述的滑轮可随拖曳线列阵的运动而转动，滑轮与拖曳线列阵接触面采用摩擦系数较大的材料，可选橡胶。
14.所述的滑轮表面开槽，增加外框转动时滑轮和拖曳线列阵表面之间的摩擦力。
15.本发明同时提出了一种拖曳线列阵消扭方法，光源的出射光照亮或穿透拖曳线列阵，图像采集设备接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器；处理器对图像进行处理，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并将扭转角度与预设角度进行比较，得到电机需要的转动方向和转速；处理器通过电机驱动控制电机的转速和转向，再通过传动机构带动外框转动，滑轮夹持拖曳线列阵，使其随外框共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。
16.本发明的有益效果为：本发明针对拖曳线列阵回收过程中，拖曳线列阵的扭转影响排缆整齐性和存储寿命的问题，提出了一种新装置和新方法。该装置无需对现有绞车结构设计进行修改，仅需将该装置放置在拖曳线列阵回收通道上，通过实时捕获拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵的扭转角度，并通过消扭机构对扭转进行纠正，并且，该装置可以自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。该装置和方法可有效降低或消除绞车卷盘上拖曳线列阵的扭转力，有利于提高排缆整齐性和延长存储寿命。
附图说明
17.图1是装置连接图；
18.图2是装置效果图；
19.图3是装置工作原理图；
20.图4是装置外壳及电机连接方式效果前视图；
21.图5是装置外壳及电机连接方式效果后视图；
22.图6是电机效果图；
23.图7是滑轮组件效果图；
24.图8是滑轮组件爆炸效果图；
25.图9是滑轮组件安装方式效果图；
26.图10是拖曳线列阵存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系；
27.图11是拖曳线列阵存在扭转时图像采集设备捕获图像；
28.图12是扭转角度测量原理图；
29.图13是拖曳线列阵不存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系；
30.图14是拖曳线列阵不存在扭转时图像采集设备捕获图像。
具体实施方式
31.为了令本发明的目的、特征、优点更加明显易懂，下面以包含四个滑轮组件的消扭
机构对具有两条承力绳的拖曳线列阵的消扭过程为例，结合附图中涉及的具体实施方式对本发明的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本发明保护的范围。
32.如图1所示为装置连接图，展示了消扭装置各部件连接关系。光源11和图像采集设备12均与处理器13连接，光源11在处理器控制下发射光波照亮拖曳线列阵，图像采集设备12采集拖曳线列阵图像，传输至处理器13；处理器13对图像进行处理，提取拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵扭转情况，从而得出电机22需要的转向和转速；处理器13通过电机驱动21控制电机22按照需要的转向和转速转动，通过传动机构23带动消扭机构24转动，消扭机构24夹持拖曳线列阵，使其随消扭机构24同步转动，从而实现对拖曳线列阵扭转的消除。
33.如图2所示为装置效果图，光源11和图像采集设备12分别位于拖曳线列阵3左右两侧，并且三者所在平面与水平面平行。拖曳线列阵3结构可简化为护套33和两条承力绳a31和承力绳b32；消扭机构24包括底座241、前外壳242、后外壳243、外壳螺丝244、外壳螺母245、外框246、多个滑轮组件247和滑轮组件固定螺丝248。滑轮组件247通过滑轮组件固定螺丝248固定于外框246；外框246在电机22驱动下顺时针或者逆时针方向转动，通过滑轮组件对拖曳线列阵的夹持，使得拖曳线列阵可以随外框246同步转动。
34.如图3所示，展示了装置工作原理图。电机22包含电机主体221、电机轴222和销223，电机22与传动机构23通过销223连接，使得传动机构23随电机22转动，从而带动外框246顺时针或逆时针转动；滑轮组件包含两组弹簧，分别为上弹簧2474和下弹簧2472，通过合理设计弹簧长度和弹性模量，可以使得滑轮组件可以自动适应并夹持不同直径的拖曳线列阵。
35.如图4和图5所示，展示了装置外壳及电机连接方式效果图。前外壳242的凸起242a与外框246的凹槽246a配合，两者之间通过润滑油或轴承减小外框转动时的摩擦力；后外壳243的凸起243b与外框246的凹槽246b配合，两者之间通过润滑油或轴承减小外框转动时的摩擦力；电机轴222穿过后外壳开孔243c，通过销223与传动机构23连接；前外壳242与后外壳243通过外壳螺丝244和外壳螺母245固定。
36.如图6所示为电机效果图，电机包括电机主体221、电机轴222和销223。
37.如图7和图8所示分别为滑轮组件效果图和爆炸效果图，滑轮组件包括底座2471、下弹簧2472、支架2473、上弹簧2474、盖板2475、盖板固定螺丝2476、滑轮2477、轴杆2478和轴杆固定螺母2479。下弹簧2472和上弹簧2474配合使得支架2473可以上下移动，从而带动滑轮2477上下移动，从而使得消扭机构自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。
38.如图9所示为滑轮组件安装方式效果图，滑轮组件的底座2471上有开孔2471d，与外框246上的螺纹孔246d配合，通过滑轮组件固定螺丝248固定。
39.如图10所示为拖曳线列阵存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系，此时拖曳线列阵3的两条承力绳a31和承力绳b32所在平面不水平，图像采集设备12采集到的图像如图11所示，两条承力绳所成图像不重合，两者中心线距离为d。
40.如图12所示，拖曳线列阵与水平面角度为θ＝arcsin(d/d)，其中d为两条承力绳之
间的距离；将角度θ与预设角度θ0＝0对比，得到此时拖曳线列阵需要顺时针转动，因此电机需要逆时针转动。
41.如图13所示为拖曳线列阵不存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系，此时拖曳线列阵3的两条承力绳a31和承力绳b32所在平面水平，图像采集设备12采集到的图像如图14所示，两条承力绳所成图像重合。
42.本发明的原理过程如下：
43.光源11的出射光照亮或穿透拖曳线列阵，图像采集设备12接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器13；处理器13对图像进行处理，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并将扭转角度与预设角度进行比较，得到电机22需要的转动方向和转速；处理器13通过电机驱动21控制电机22的转速和转向，再通过传动机构23带动外框246转动，滑轮2477夹持拖曳线列阵，使其随外框246共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。
44.实施例：
45.以包含四个滑轮组件247的消扭机构对具有两条承力绳的拖曳线列阵的消扭过程为例，说明本装置使用方法和有益效果。
46.将光源11和图像采集设备12分别布置在拖曳线列阵3两侧，并且三者所在平面水平，拖曳线列阵3回收预设角度为两条承力绳所在平面水平。当如图10所示细拖曳线列阵存在扭转现象时，图像采集设备捕获图像如图11所示，两条承力绳图像分离。通过电机带动外框顺时针转动，滑轮夹持拖曳线列阵，并利用摩擦力带动其随外框同步沿顺时针转动，直到图像采集设备捕获图像如图12所示，此时两条承力绳图像重合，表示此时两条承力绳所在平面水平，如图13所示，实现对拖曳线列阵的消扭操作。
47.上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。