基本信息
- 项目名称：
- 水密舱渗漏及工况报警系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品设计并研制了包含温度测量、温度测量，渗漏监测、电源监测和系统控制、数据存储、键盘显示及串口通信在内的一套高性能的水密舱渗漏及工况监测报警系统，实现了对水密舱渗漏及工况的实时综合监测和报警，为潜艇、UUV、水下机器人及鱼雷水雷等水下装备的试航实验提供了一套有效的环境安全监测分析系统，提高了水下装备的环境性能保障评估能力和自救能力。
- 详细介绍：
- 21世纪是海洋开发的新世纪，广袤的海洋中蕴藏着丰富的资源。围绕着海洋开发将产生一系列新的问题，如深海开发，深海资源勘探，以及领海保护等诸多问题都要用到水下装备，它们在工作时都需要一个良好密封的内部环境（水密舱），否则整个系统可能崩溃。同时，舱内器件的工况也将影响其完成任务的能力。因此，在这些装备的研制过程中需要一整套完整的设备对其密封以及工况进行实时监测，并将检测到的数据进行存储，向主机报警，以便主机实时做出反应进行处理甚至自救。其采集到的数据将会成为该装备进行正式投产时的重要参考，具有至关重要的意义。 本作品设计并研制了包含温度测量、温度测量，渗漏监测、电源监测和系统控制、数据存储、键盘显示及串口通信在内的一套高性能的水密舱渗漏及工况监测报警系统，实现了对水密舱渗漏及工况的实时综合监测和报警，为潜艇、UUV、水下机器人及鱼雷水雷等水下装备的试航实验提供了一套有效的环境安全监测分析系统，提高了水下装备的环境性能保障评估能力和自救能力。整机功能完善，性能优越：温度在0~60°范围测量误差小于1℃，湿度在30%~95%RH范围测量误差小于5%，供电电压范围为DC6~24V，整机工作电流小于2mA。 创新点： 1）设计并研制了包含温度测量、湿度测量，渗漏监测、电源监测，和系统控制、数据存储、键盘显示及串口通信在内的整套硬件系统，实现了对水密舱渗漏及工况的实时综合监测和报警。 2）编写了测湿、测温、渗漏监测、电压监测、键盘显示、串口通信、高温报警、高湿报警、过压欠压报警、渗漏报警和信息发送等功能软件和主控软件，实现了对温度、湿度的实时检测及存储、判决功能，可靠性高。 3）整机功能完善，性能优越：温度在0～60°C范围测量误差小于1°C，湿度在30%～95%RH范围测量误差小于5%；供电电压范围为DC 6-24V,整机工作电流小于2mA。 4）以本项目为依托，撰写并公开发表了高质量研究论文6篇，总结了项目研究成果，并申报发明专利一项。 为总结研究成果，提高理论研究水平，本团队以项目为依托撰写并公开发表了高质量研究论文6篇，其中国际会议1篇（EI、ISTP索引）、核心期刊5篇。论文研究内容涉及测量、控制、电子电路、元器件、仿真、建模等学科领域，全面论述了水密舱渗漏监测报警系统和高精度温度测量算法的设计依据，总结了项目研究成果，是该项目的技术结晶。 1) 超低功耗的水密舱工况综合监测报警系统，测控技术，2010.6； 2) 低功耗的水密舱渗漏监测报警系统，船舶工程，2010.8； 3) 基于uPD78F1166单片机的水密舱工况监测系统，计算机测量与控制，2010.9； 4) 基于HDP-07的水密舱渗漏及工况报警系统，电子设计工程，2010.10； 5) 基于PT1000的高精度温度测量系统，电子设计工程，2010.10； 6) Parameter Estimation under Discrete Gaussian Distribution Additive Noise, ICFIEA2010-734.
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 水下装备在工作时需要一个密封良好的内部环境（水密舱），否则整个系统可能崩溃，同时舱内器件的工况也将影响其完成任务的能力。本系统可对水密舱的密封性能以及工况进行实时监测，将检测到的数据进行存储，向主机报警，以便主机实时处理、及时自救，并根据采集到的工况数据为该装备正式投产时制定重要参考。 基本思路： 以超低功耗单片机作为核心，利用高灵敏度温度、湿度传感器作为数据采集前端，经过高增益、低噪声放大与处理电路，在单片机内部处理、存储并判决，实时对密封舱内的温湿度、馈电状况等工况进行实时监控、报警。 创新点： 1）实现了对水密舱渗漏及工况的实时综合监测和报警。 2）编写了采集、测量等功能软件和主控软件，实现实时监测及存储、判决功能，可靠性高。 3）整机功能完善，性能优越。 技术关键： 1）选取高灵敏度的温度湿度传感器，配合低噪声供电系统，设计高精度的预处理放大电路。 2）根据精度需求选取具有内置A/D且其采样位数及通道数合适的单片机，以及大容量低功耗存储器等部件。 3）结合各传感器的温漂及噪声性能，设计一套合适的数据处理算法，提高系统的测量精度和稳定性。 技术指标： 1)供电电压：DC 6-24V； 2)供电电流：<2mA； 3)检测精度：湿度±5%RH，温度±1℃，电压±0.5V，工作温度范围0～60℃； 4)工作环境：温度0～60℃，湿度30%RH～100%RH； 5)报警系统向上位机发送温湿度，以及电池电量报警信号，自动输出声光报警信号；
科学性、先进性
- 作品的先进性与科学性： 本作品实现了对水密舱温度、湿度、渗漏及供电状况的实时监测和超温报警、超湿报警、超压报警、渗漏报警及采集数据发送等功能，工作稳定，功能齐全，而且功耗较低，性价比高。 检测数据表明，在全温度、湿度、供电环境变化条件下，整机最大工作电流≤1.65mA，最大功耗≤17.5mW；正常工作供电电压范围为DC6-24V，监测精度为±0.1V，可超压报警；温度监测范围为0-60°C，误差≤1.7%，可超温报警；湿度监测范围为30%-98%RH，误差≤4.3%，可超湿报警；渗漏报警判决门限为93%±2.5%RH，而且各通道检测报警一致性很好。 本作品首次实现了水密舱工况的综合监测报警，性能参数优于国内外同类产品水平。
获奖情况及鉴定结果
- 为总结研究成果，提高理论研究水平，本团队以项目为依托撰写并公开发表了高质量研究论文6篇，其中国际会议1篇（EI、ISTP索引）、核心期刊5篇。论文研究内容涉及测量、控制、电子电路、元器件、仿真、建模等学科领域，全面论述了水密舱渗漏监测报警系统和高精度温度测量算法的设计依据，总结了项目研究成果，是该项目的技术结晶。 1)超低功耗的水密舱工况综合监测报警系统，测控技术，2010.6； 2)低功耗的水密舱渗漏监测报警系统，船舶工程，2010.8； 3)基于uPD78F1166单片机的水密舱工况监测系统，计算机测量与控制，2010.9； 4)基于PT1000的高精度温度测量系统，电子设计工程，2010.10； 5)Parameter Estimation under Discrete Gaussian Distribution Additive Noise, ICFIEA2010-734.
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 功能说明： 系统可对显示模式、报警门限等进行设定，上位机实时显示当前温湿度、电压及报警信息，并持续监测。 技术特点： 本系统能够进行水密舱的实时综合检测、智能判决和自动报警，且本监测系统功耗低(电源电流≤1.65mA)，适合于在低功耗场合进行监测。 技术优势： 本系统能够进行多点数据采集，采用了高灵敏度、高精度、高稳定度传感器和超低噪声芯片作为预处理芯片，同时配置了高精密稳压电路以减少干扰，并采用低功耗高速的NEC单片机作为控制核心，在提高性能的同时保证系统的功耗较低。 使用范围和市场分析： 对水下装备的渗漏(凝露、湿度)、温度等参数实时监测、存储、报警，同时记录系统的工作状态，为水下装备产品的研制、优化、定型、投产提供重要的依据。 经济效益预测： 本系统研制成本约在20000元/套；批量生产后成本可控制在3000元/套；销售价格大约在2-5万元/套。 目前我国市场上没有完整功能的水密舱渗漏报警系统成品，该作品作为集成化的综合性监测统填补了国内空白，经济效益较为可观。
同类课题研究水平概述
- 水下机器人自救技术，前苏联及美国起步较早，而且已经实用。国内，1000米探索者号水下机器人，6000米水下机器人上的自救系统，采用的是俄罗斯系统，上海交大曾经在863项目资助下，研制了一个实验室系统，但没见应用报道。总装备部下达的“军用智能机器人”的研究项目，在“八五”及“九五”研制中，均没装自救系统，这使它的试验深度受到了很大限制。“十五”期间，已立项研制并准备装备一套自救系统，这套系统传感器配置不多，智能程度不高，由人工通过独立的水声或光纤通信系统下达抛载命令，其深度达到300米。同时建立一个研究平台，为“十一•五”研制智能自救系统打基础。 据有关资料估计，民用需要方面，2010年，我国在水下探测、监视和工程作业等方面将需要近百艘水下机器人；到2030年，将需要近千艘水下作业机器人。2030年以后，水下作业机器人的需求量将以每年10%的速度递增，从而形成一个具有相当规模的产业。军用方面，2020年左右，将会有成建制的智能机器人装备海军。随着海洋开发的发展，智能自救系统正越来越受到重视，需求量也将越来越大。 水密舱渗漏及工况监测报警系统是水下机器人自救系统的重要组成部分，本作品的设计对这一研究具有很大实际意义，为水下机器人自救系统的设计、开发和应用打下了基础。
