试验环境模拟装置及试验环境模拟方法与流程

专利2022-05-09  5


本发明涉及模拟试验领域,具体而言,涉及一种试验环境模拟装置及试验环境模拟方法。



背景技术:

在做水下探测、环境检测或者水下调查时,例如在海洋探测、钻探、监测时,通常需要利用水下机器人、水下拖曳系统进行。而水下机器人、水下拖曳系统在水下作业时,通常需要利用深海光电复合缆作为水下机器人、水下拖曳系统与母船的连接介质,以实现水下机器人、水下拖曳系统与母船之间的连接、通信、控制。

以rov用光电复合缆为例,由于其使用环境和使用要求的特殊性,光电复合缆铠装层在与承重头进行机械固定后,缆芯内电力单元和控制单元分离,分离后会在一个充满液压油或变压器油的终端盒中与rov的推进器、机械手、传感器、摄像头等用电设备相连,终端盒以及内部的液压油或变压器油起到保持内外压力平衡的作用。因此这就需要光电复合缆缆芯具备阻止液压油或变压器油在rov工作水深下过度渗入缆芯的能力。随着rov工作水深的增加,海水压力也会不断增加,例如在6000米水深环境下工作时,光电复合缆需要承受大约60mpa的水压,如果光电复合缆无法承受水压在使用长度上有任意一点发生破损,则海水会瞬间沿破损点进入缆芯以及用电设备,造成缆芯内光电部件失效以及用电设备短路,造成严重的影响和后果。

而在相关技术中,并没有针对水下工作环境的模拟装置和模拟方案,通常是利用纵向水密试验对深海光电复合缆进行密封或者耐静水压的单独试验检测,而水密试验中的液压远远达不到深海环境的压力,密封测试中还容易出现复合缆端部滑出试验装置导致试验失败的情况,同时,水密试验并能不模拟出整个工作系统在深海环境下进行压力补偿的情形。在水密试验无法实际模拟出真实的水下环境的情况下,对于复合缆的压力测试也无法满足要求,那么将复合缆和工作系统投入到实际工作中会存在很大的风险。

针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种试验环境模拟装置及试验环境模拟方法,以至少解决无法模拟试验环境导致的模拟试验结果与实际应用差异大的技术问题。

根据本发明实施例的一方面,还提供了一种试验环境模拟装置,包括:包括密封容器和模拟组件;上述密封容器为腔壁配置有夹层的腔体;上述密封容器的内腔填充第一液体,上述第一液体是用于模拟试验环境的液体;上述密封容器的内腔连通有压力泵,上述压力泵作用于调控上述第一液体的压力;上述密封容器的上述夹层内设置有温控管,上述温控管用于调控上述第一液体的温度;上述密封容器配置有控制器,上述控制器用于对上述密封容器中填充的上述第一液体的属性参数进行调控,上述属性参数包括上述第一液体的压力参数和上述第一液体的温度参数;上述模拟组件,浸置在上述密封容器的上述第一液体中,以在上述第一液体中完成模拟试验。

根据本发明实施例的另一个方面,提供了一种试验环境模拟方法,包括:将密封容器内的第一液体的属性参数调整至与目标试验环境匹配的范围内,其中,上述目标试验环境是在环境参数上与待执行的目标任务所在的真实环境一致的模拟环境。

在本发明实施例中,采用在密封容器内通过填充第一液体,并调整第一液体的属性参数,利用第一液体模拟试验环境的方式,通过将模拟组件完全浸置在第一液体中进行模拟试验,达到了在模拟组件整体处于模拟环境中的情况下进行模拟试验以获取模拟试验结果的目的,从而实现了模拟的试验环境与真实环境匹配度高,模拟试验结果准确的技术效果,进而解决了无法模拟试验环境导致的模拟试验结果与实际应用差异大的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据本发明实施例的一种可选的试验环境模拟装置的结构示意图;

图2是根据本发明实施例的一种可选的模拟组件的结构示意图;

图3是根据本发明实施例的一种可选的密封结构的结构示意图;

图4是根据本发明实施例的一种可选的试验环境模拟方法的流程示意图;

图5是根据本发明实施例的一种可选的试验环境模拟方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例的一个方面,提供了一种试验环境模拟装置,可选地,上述试验环境模拟装置可以但不限于应用于如图1所示。试验环境模拟装置包括密封容器110和模拟组件120。密封容器110是中空密封的腔体结构。密封容器110中空的内腔中填充第一液体,第一液体是用于模拟试验环境的液体。第一液体的类型和组分在此不做限制,可以是根据所要模拟的试验环境确定的液体。在模拟的是深海环境的情况下,第一液体可以是海水,且在成分上可以进行调整,以使得组分与深海环境的海水更接近。

模拟组件120完全浸置在密封容器110的第一液体中,以实现模拟组件120整体置于第一液体构造的试验环境中完成模拟试验。从而使得模拟试验的试验环境与真实试验环境达到相同或较高相似度的拟合,以提高模拟组件120的模拟试验结果的准确性。

密封容器110配置有控制器112,控制器112用于对密封容器110中填充的第一液体的属性参数进行调控。第一液体的属性参数可以但不限于包括第一液体的压力参数、第一液体的温度参数、第一液体的流速参数、第一液体的填充量。第一液体的属性参数可以是第一液体本身的参数,也可以利用密封容器110的内腔环境的属性参数进行代表。为保证模拟组件120全部浸置在第一液体中,通常利用第一液体填满密封容器110的内腔。

密封容器110的内腔连通压力管101,压力管101的另一端连接有压力泵102,压力泵102作用于调控第一液体的压力。压力管101是体积固定的管道,其中也填充有第一液体。第一液体在压力管101中的填充体积不做限定。压力泵102配置有控制阀门(图中未标示),控制阀门用于对密封容器110内部进行增压控制或减压控制。可选地,可以在压力管101上设置用于监测管内压力的压力表,利用压力表的显示数据代表第一液体的压力参数。具体地,密封容器110和压力管101的内部总容积固定,包含的第一液体的总量固定。压力泵102通过调整控制阀门,向压力管101内压入气体,从而利用气体压缩第一液体的占用体积,以增加第一液体的压力,通过控制压入气体的体积,控制第一液体增压的程度。同样地,通过调整控制阀门,将压力管101内的气体排出,从而增大第一液体的占有体积,以减少第一液体的压力,通过控制排出气体的体积,控制第一液体减压的程度。需要说明的是,压力泵102压入的气体是与第一液体无化学反应的气体。

密封容器110在腔壁中配置有夹层111。夹层111内设置有温控管(图中未标示),温控管用于调控第一液体的温度。可选地,温控管包括升温管和降温管,其中,升温管中用于提升密封容器的内腔的温度,以提升第一液体的温度,降温管用于降低密封容器的内腔的温度,以降低第一液体的温度。升温管可以但不限于是电热管、水热管,降温管可以但不限于是氮气管、液冷管。可选地,在密封容器110中设置温度感应器,从而监测第一液体的液体温度。

密封容器110的内腔中设置有搅拌部件103,搅拌部件103作用于调控第一液体的流速。可选地,搅拌部件103可以选用压力泵,通过在不同高度设置多个压力泵的形式,形成第一液体的流动,从而通过控制压力泵的工作而控制第一液体的流速。搅拌部件103还可以选用搅拌扇叶结构,通过电机带动搅拌扇叶的转动,从而控制第一液体的流速,同样可以在内腔的不同位置设置多个搅拌部件103,由此使得保证对第一液体的流速的控制精准度,也保证内腔中的第一液体的流速保持一致。

上述模拟组件可以但不限于应用于如图2所示。模拟组件包括压力补偿组件和试验缆12。试验缆12的一端连接压力补偿组件,另一端使用通过第二硫化接头14进行端部密封。压力补偿组件用于隔离第一液体与试验缆12的端部,同时保持试验缆12的两端处于压力的动态平衡状态。

试验缆12是待测的缆线,可以是需要工作在所模拟的试验环境对应的真实环境中的缆线,例如,在模拟的试验环境是深海环境时,试验缆可以是工作在深海环境中的光电复合缆。

压力补偿组件包括压力补偿器8、终端盒11和连通压力补偿器8和终端盒11的导流管10。试验缆12连接压力补偿组件的一端密封固定在终端盒11内。导流管10和终端盒11内填充有第二液体,试验缆12固定在终端盒11内的端部浸置在第二液体中。第二液体是可以保持试验缆12性能的液体,第二液体对试验缆12本身的性能没有影响,对于第二液体的组分不做其他限定。

压力补偿器8可以是中空的腔体结构,包括连通导流管10的出液口7、供第一液体进入的进液口1和将压力补偿器8的内腔分隔的活塞5。活塞5将压力补偿器8的内腔分隔为第一液体腔2和第二液体腔6。密封容器内腔中填充的第一液体可以通过进液口1进入第一液体腔2中,导流管11中的第二液体可以通过出液口7进入第二液体腔6。活塞5一侧固定连接有活塞轴4,活塞轴4滑动安装在压力补偿器8上,活塞5与活塞轴4联动,根据第一液体和第二液体之间的压力差在压力补偿器8的内腔中进行滑动。压力补偿器8通过滑动的活塞5保持第一液体与第二液体之间的压力处于动态平衡中,从而保证处于终端盒11中的试验缆12的端部与位于第一液体中的试验缆12的其余部分在压力上保持一致,避免因试验缆12本身受到的压力不均衡产生的形变,控制在模拟试验中试验缆形变因素的唯一性,保证模拟试验的准确性。

活塞轴4外套设有弹簧3,弹簧3的两侧分别固定连接压力补偿器8内墙壁和活塞5。弹簧3始终处于压缩状态。活塞5在压力平衡时可以表示为:

p第二液体·a=p第一液体·a fk(1)

其中,a为活塞5的表面积,fk为弹簧3的作用力。

由上述公式(1)可以得出,在压力平衡时,第一液体与第二液体的压力差δp可以表示为:

δp=p第二液体-p第一液体=fk(2)

由上述公式(2)可以得出,在活塞5保持压力平衡的状态下,由于弹簧3的作用力,第二液体的压力稍大于第一液体的压力,使得第二液体所在的液体环境的密封性更好,从而保证了活塞5可以隔离第一液体与试验缆12位于终端盒11中的端部,避免第一液体从试验缆12的端部进入试验缆12中,对试验缆12的性能造成影响。需要说明的是,试验缆本身外表面设置有用于保持试验缆性能稳定结构或者材料,但是,端面会存在曝露内部结构的可能性,因此需要通过沉浸在保护性液体中以避免模拟试验过程中第一液体可能对试验缆造成的影响。

试验缆12通过密封结构13,将试验缆12的端部密封固定在终端盒11内。密封结构13可以但不限于如图3所示。密封结构13包括用于固定试验缆12的工件15和第一硫化接头17,工件15与试验缆12在第一硫化接头17中固接,通过第一硫化接头17固定在终端盒11上,保持终端盒11与试验缆12的固定,同时保证终端盒11的密封性,避免第一液体进入终端盒11内。工件15可以由头部和主体两部分构成。头部和主体可以通过螺纹连接,并且在与试验缆12的接触部位涂覆有环氧胶16,以保证工件15与试验缆12的固定牢固性和密封性。第一硫化接头17呈三角状,尖部处于终端盒11的内部,进一步保证终端盒11的密封性。

如图2所示,压力补偿器8的外壳9采用透明材质制成,外壳9带有能显示液面高度的刻度表18,在试验过程的开始时刻可以通过外壳9上的刻度表18来读取压力补偿器8中第二液体的液面初始高度值,并在试验过程的结束时刻同样通过外壳9上的刻度表18来读取压力补偿器8中第二液体的液面终止高度值,并基于液面初始高度值和液面终止高度值计算得到第二液体的液面高度变化值。

因为第一液体和第二液体通过活塞隔离,因此第一液体的液面高度变化数值与第二液体的液面高度变化数值以及活塞高度变化数值保持一致。在一段时间内,液体高度变化数值小于预设阈值,确定压力补偿器8内第一液体和第二液体的压力达到平衡状态,从而确定试验缆12处于压力平衡状态。

在试验缆12处于压力平衡状态的情况下,保持试验缆12浸置在密封容器110中进行模拟试验。在试验过程中,第二液体会通过试验缆12在终端盒11的端部进入试验缆12中,进入试验缆12中的第二液体的剂量可以通过压力补偿器8中第二液体的液面高度变化值计算得到,也可以通过在试验结束后,对试验缆12进行解剖得到。为保护试验缆12以及便于与真实环境状态中进行比对,通常利用第二液体的液面高度变化值作为模拟结果。由于,压力补偿器8中第二液体的液面高度变化值与第一液体的液面高度变化值保持一致,因此,也可将第一液体的液面高度变化数值作为模拟试验结果,但在实际海试中通常观察第二液体的液面高度变化值作为判断标准,为进一步保证试验结果的准确性,将第二液体的液面高度变化作为模拟实验结果。

使用模试验环境模拟装置进行模拟试验得到的模拟试验结果的参考价值以下列具体试验数据与真实环境中数据结果进行对比说明:

1)模拟试验中第一液体的液体压力为5.5mpa,得到第二液体在压力补偿器中的液面高度变化值为6.5mm;真实海试中海水深度502m,换算水压为5mpa,得到海水在压力补偿器中的液面高度变化值为7.3mm。在液体压力存在10%误差的情况下,试验结果与真实海试结果误差为11.0%。

2)模拟试验中第一液体的液体压力为21.5mpa,得到第二液体在压力补偿器中的液面高度变化值为23.8mm;真实海试中海水深度2006m,换算水压为20mpa,得到海水在压力补偿器中的液面高度变化值为26.8mm。在液体压力存在7.5%误差的情况下,试验结果与真实海试结果误差为11.2%。

3)模拟试验中第一液体的液体压力为32.5mpa,得到第二液体在压力补偿器中的液面高度变化值为34.7mm;真实海试中海水深度3211m,换算水压为32mpa,得到海水在压力补偿器中的液面高度变化值为39.5mm。在液体压力存在1.6%误差的情况下,试验结果与真实海试结果误差为12.2%。

4)模拟试验中第一液体的液体压力为45.5mpa,得到第二液体在压力补偿器中的液面高度变化值为41.6mm;真实海试中海水深度4500m,换算水压为45mpa,得到海水在压力补偿器中的液面高度变化值为48.5mm。在液体压力存在1.1%误差的情况下,试验结果与真实海试结果误差为14.2%。

由上述四组试验数据与真实海试数据对比的结果可以得出,试验结果与真实海试数据误差较小,说明试验环境模拟装置得到的试验结果具备参考价值。

在本申请实施例中,利用密封容器中填充第一液体,并调控第一液体的属性参数,以使得第一液体达到与真实环境一致的状态,利用第一液体构建真实环境的模拟试验环境,并将模拟组件完全浸置在第一液体中,实现对模拟组件进行整体的模拟试验,相较于将模拟组件包含的部件进行单独的模拟试验,整体性试验提高了模拟试验结果与真实环境工作状态的一致性,从而提高模拟试验结果的准确性。在模拟组件中包含压力补偿组件,利用压力补偿器中的第二液体,实现将试验缆的端部与可能造成试验缆属性不稳定的第一液体进行隔离,避免第一液体本身对试验结果的影响,同时保证了试验缆整体承受压力的动态平衡,避免了试验缆本身压力不均衡导致的形变因素,进一步提高试验结果的准确性,从而提高模拟试验结果与真实工作的一致性。

根据本发明实施例的一个方面,提供了使用试验环境模拟装置实现的一种试验环境模拟方法,作为一种可选的实施方式,如图4所示,上述试验环境模拟方法包括:

s402,将密封容器内的第一液体的属性参数调整至与目标试验环境匹配的范围内,其中,目标试验环境是在环境参数上与待执行的目标任务所在的真实环境一致的模拟环境;

s404,在试验缆浸置在所述第一液体中,且所述试验缆处于压力平衡状态的时长达到目标时长的情况下,对所述试验缆进行性能测试;

s406,获取第一液体在压力补偿器中的液面高度变化数值。

可选地,目标任务可以是试验缆在正常状态下可以执行的任务,不限于是传输任务。传输任务不限于是:液体传输、信号传输、电量传输等。试验环境模拟是用于确定试验缆在目标试验环境中是否正常工作。

可选地,目标试验环境是通过调整第一液体的属性参数得到的与真实环境在属性上一致的模拟环境,模拟环境位于密封容器内,是第一液体构造的环境。

可选地,试验缆的试验状态可以但不限于处于压力平衡状态、工作环境状态。工作环境状态用于指示试验缆本身处于的试验环境,表示试验缆处于能够执行任务的环境中。例如,试验缆的端部与第一液体通过压力补偿器形成隔离状态,试验缆两端完整,试验缆内部结构未被试验环境侵染。压力平衡状态是指试验缆本身处于压力均衡状态,即试验缆的两端压力均衡。

作为一种可选地实施例,如图5所示,上述将密封容器内的第一液体的属性参数调整至与目标试验环境匹配的范围内包括:

s502,调控第一液体的压力参数至与目标试验环境匹配的压力范围内;

s504,调控第一液体的温度参数至与目标试验环境匹配的温度范围内;

s506,调控第一液体的流速参数至与目标试验环境匹配的流速范围内。

可选地,第一液体的属性参数包括压力参数,温度参数,流速参数。第一液体的压力参数可以但不限于是通过密封容器配置的控制器进行调控。通过调控第一液体的压力参数、温度参数、流速参数使得第一液体与目标试验环境的属性参数在允许范围内保持一致,实现第一液体对真实环境的模拟。

需要说明的是,密封容器、试验缆等与上述一致,在此不做赘述。

在本申请实施例中,利用密封容器中填充第一液体,并调控第一液体的属性参数,以使得第一液体达到与真实环境一致的状态,利用第一液体构建真实环境的目标试验环境,并将试验缆浸置在第一液体中,实现对试验缆进行整体的模拟试验,相较于单独的模拟试验,整体性试验提高了模拟试验结果与真实环境工作状态的一致性,从而提高模拟试验结果的准确性。

需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的客户端,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

转载请注明原文地址: https://doc.8miu.com/read-150207.html

最新回复(0)