智能化海豚動(dòng)力電源設計

摘要：為解決對海洋探測和海洋環(huán)境污染實(shí)時(shí)監測的電源問(wèn)題，通過(guò)把微型水力發(fā)電機系于海豚身上，隨著(zhù)海豚運動(dòng)時(shí)海水的反作用力驅動(dòng)水力機轉動(dòng)發(fā)電，經(jīng)整流濾波穩壓后給鋰電池板充電，從而海洋探測和海洋環(huán)境污染監測時(shí)可以使儀器獲得穩定的電源。利用壓力傳感器、單片機、電磁控制和無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，增加該智能化海豚動(dòng)力電源的可靠性和實(shí)用性，實(shí)現對儀器的回收和避免儀器對海洋環(huán)境的污染。
關(guān)鍵詞：海豚；微型水力發(fā)電機；壓力傳感器；電源設計

人們一直都在不斷地探索海底世界，保護海洋珍稀動(dòng)物和人類(lèi)賴(lài)以生存的海洋環(huán)境。由潛水員攜帶攝像潛入水下對海底世界進(jìn)行拍攝。但潛水員在水下的活動(dòng)時(shí)間和深度非常有限，對極為豐富的海豚和遼闊的海底世界獲取的資料是微不足道的。另外由于海洋面積占地球面積的79％，開(kāi)發(fā)利用海洋為人類(lèi)經(jīng)濟建設服務(wù)，使海洋的經(jīng)濟開(kāi)發(fā)利用和保護海洋動(dòng)物與海洋環(huán)境和諧發(fā)展，必須對海洋環(huán)境參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，儀器的長(cháng)期供電成為一個(gè)極大的難題。把監測儀器與海豚動(dòng)力電源集成于一體，一同系于海洋動(dòng)物身上，利用海豚的運動(dòng)和海水的反作用力，使系在海豚身上的微型發(fā)電機轉動(dòng)發(fā)電，經(jīng)DC—AC轉換和給電池板BH充電，獲得穩恒直流電源。實(shí)現了對海洋環(huán)境參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，對加強保護海豚動(dòng)物和海洋環(huán)境，對海洋的持續開(kāi)發(fā)利用都具有極其重大意義。

1 海豚動(dòng)力電源
1．1 海豚動(dòng)力電源的組成
為了使海豚原地不動(dòng)時(shí)，發(fā)電系統能照樣有電能供給儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，而不遺漏關(guān)鍵數據和關(guān)鍵的圖片采集。因此，海豚動(dòng)力發(fā)電系統是由水力機、發(fā)電機、開(kāi)關(guān)電源、充電器、電池板和防水附件等組成，其組成框圖，如圖1所示。

1．2 海豚動(dòng)力水力發(fā)電機組的結構
由于發(fā)電機組是系在海豚身上，利用它們的運動(dòng)，由海水的反作用力驅動(dòng)水輪機轉動(dòng)，水力機再驅動(dòng)發(fā)電機轉動(dòng)發(fā)電。由于海豚的運動(dòng)速度范圍為0～70 km，沒(méi)有固定速度值，而發(fā)電機不得超過(guò)額定值工作。因此發(fā)電機上安裝有一個(gè)限速電路，保證發(fā)電機安全運行；由于海豚的運動(dòng)范圍離水面為0～450 m。因此，防水密封的性能要求比較高，必須增加防海水滲漏，以免產(chǎn)生繞組線(xiàn)圈短路燒毀電機。為了使運載電源的海豚一感受到有外加重物系于它身上，產(chǎn)生不適的負擔，增加一平衡艙，通過(guò)調節其體積，使浮力等于重力。整個(gè)海豚動(dòng)力水力發(fā)電機組的結構示意圖，如圖2所示。

1．3 水力機工作基本原理
該研究的水力機不同于傳統的水輪機，也不同于輪船上的螺旋槳，而是象風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機。傳統的風(fēng)機是依靠風(fēng)力推動(dòng)風(fēng)機轉動(dòng)，該水力機是利用海水產(chǎn)生的相對運動(dòng)，使水力機獲得海水的反作用力而轉動(dòng)的。設帶水力機的海豚前進(jìn)速率為v(單位：ms-1)，水力機葉片的長(cháng)為L(cháng)，距水力機一定距離的上游相對海水流速為V1(單位：ms-1)，距水力機遠處的下游海水相對速度為V2(單位：ms-1)，海水通過(guò)水力機水輪時(shí)的實(shí)際相對速度為V(單位：ms-1)，由文獻的方法推導得，作用在水輪上的力和提供的功率分別為：

式中：ρ為海水密度(單位：kg／m3)；V=(V1+V2)／2。