一种海洋装备工程材料表面的探测系统

技术领域

本发明涉及工程材料表面机械性能测试领域，特别是涉及一种海洋装备工程材料表面的探测系统。

背景技术

海洋生物污损是困扰海洋装备的一个严重问题，海洋生物污损是指与海水接触的装备或结构表面上经常会吸附一些微生物或宏观生物，给海洋装备造成了严重的影响。比如说：船舰方面，会造成能耗增加，航速降低，船体腐蚀，维护成本增加等。海洋仪器方面：导致机构失灵，信号失真，可靠性降低，还可能带来安全隐患；军事方面，影响武器精度，甚至失效；海水养殖方面：造成网箱容积减小，负重增加，网眼面积减小，影响海水对流，营养交换，降低水产品质量。

现在的研究主要通过控制表面微观结构，制备多元纳米复合材料来防止污损。然而，对制备的样品进行防污和机械性能测试也成为进一步研究的难题，比如说直接放进海水中挂片，需要很高的人力物力的成本，并且无法精确控制一些影响因素，如流速，温度等。

基于此，本发明设计一种用于海洋装备工程材料表面的探测系统，此系统可模拟不同海洋深度环境下(海面，浅海，中深海)，流体对海洋装备工程材料表面进行液体喷/滴测试，浸泡测试以及冲刷测试(纯海水及海水和泥沙混合物)。此系统可用于关于海洋装备的进一步研究，例如海洋环境中的流体与表面微纳结构作用机理和海水冲刷对材料防污损腐蚀性能的影响等，具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋装备工程材料表面的探测系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种海洋装备工程材料表面的探测系统，包括顶部设有开口的壳体，所述壳体的顶口处通过合页固定有机盖，所述壳体内设有冲刷流体循环系统，所述冲刷流体循环系统通过进水软管连通有纯海水储存过滤系统，所述冲刷流体循环系统通过进水软管连通有喷滴和水浸密封装置，所述喷滴和水浸密封装置的底部设有六自由度并联工程材料装夹平台，所述喷滴和水浸密封装置通过出水软管与所述纯海水储存过滤系统连通；

所述六自由度并联工程材料装夹平台包括若干个周向排列的减速直线电机，所述减速直线电机上的升降筒通过螺栓连接有联轴，所述联轴的顶部设有装夹平台，所述装夹平台的底面上通过螺栓周向连接有若干个所述联轴，位于上下两端的所述联轴之间连接有连杆，所述装夹平台的顶面上周向设有若干个伸缩卡扣，若干个伸缩卡扣之间可拆卸连接有工程材料试件；

所述喷滴和水浸密封装置包括盖体，所述盖体与所述装夹平台可拆卸连接，所述盖体内腔的尺寸大于所述工程材料试件的尺寸。

优选的，所述壳体包括机架和若干个安装板，所述安装板通过螺栓固定在所述机架上。

优选的，所述冲刷流体循环系统包括蠕动泵，所述纯海水储存过滤系统包括储水水桶，所述储水水桶的底部开设有排水口和出水口，所述出水口与所述蠕动泵的进口之间通过所述进水软管连通，所述排水口与所述安装板连通，所述排水口上可拆卸连接有排水口盖。

优选的，所述盖体的顶部连通有腔体，所述腔体内设有加热器、水温传感器，所述腔体通过所述进水软管与所述蠕动泵的出口连通，所述腔体与所述进水软管的连接处设有水速水压传感器，所述腔体的顶部设有高速相机。

优选的，所述储水水桶的顶口处盖有水桶盖，所述腔体通过所述出水软管伸入所述水桶盖并与所述储水水桶连通，所述储水水桶内设有过滤连接器，所述过滤连接器内可拆卸连接有过滤网，所述出水软管的出口位于所述过滤网的顶部，所述安装板上开设有进水口，所述进水口与所述储水水桶连通，所述进水口上可拆卸连接有进水口盖。

优选的，所述蠕动泵电性连接有智能控制系统，所述减速直线电机电性连接有STM32，所述STM32的蓝牙端与所述智能控制系统通讯连接。

优选的，所述智能控制系统为上位机。

优选的，所述上位机与所述水速水压传感器电性连接，所述上位机与所述高速相机电性连接，所述上位机与所述蠕动泵电性连接，所述STM32的蓝牙端与所述上位机通讯连接，所述上位机与所述加热器电性连接，所述上位机与所述水温传感器电性连接。

本发明公开了以下技术效果：本发明海洋装备工程材料表面的探测系统的喷滴和水浸密封装置里安装了水速水压传感器以及加热器来模拟不同深度的海水环境，对本系统进行机械性能的测试，并且再对其疏水性和防污性进行评估。

本系统可对不同大小和形状的工程材料的各粗糙度表面进行流体的喷/滴、浸泡、冲刷试验来获得工程材料表面微纳结构的变化以及对表面附着物的影响；各工程材料的表面可用激光熔覆3D打印技术来制备具有自净化表面附着物微纳米复合材料的物理结构，其具有表面疏水性和较好的机械性能，并能在海水冲刷后具有一定的防污性能。

高校实验室和企业研究院可使用本系统对工程材料不同表面微纳结构在模拟不同深度海水环境下进行其相关的测试来获得相应的实验数据，更好的揭示出在不同类型的冲刷方式在不同工程材料表面对微生物吸附的影响机制，从而采用相应的工程表面改性工艺来获得具有疏水性和较好的机械性能，并能在海水冲刷后仍具有一定防污性能微纳米复合材料的物理结构的材料表面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明海洋装备工程材料表面的探测系统的轴测图；

图2为本发明海洋装备工程材料表面的探测系统内部结构示意图；

图3为本发明海洋装备工程材料表面的探测系统的后视图；

图4为本发明喷滴和水浸密封装置以及六自由度并联工程材料装夹平台的结构示意图；

图5为本发明纯海水储存过滤系统的结构示意图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为本发明六自由度并联工程材料装夹平台的结构示意图；

图8为本发明喷滴和水浸密封装置的结构示意图；

其中，机盖1、φ8螺栓2、右侧板3、合页4、前板5、左内板6、支撑角钢7、φ12进水软管8、蠕动泵9、右内板10、左侧板11、进水口盖12、开关13、排水口盖14、数据USB口15、上底板16、水速水压传感器17、φ10软管18、高速相机19、盖体20、φ12出水软管21、水桶盖22、过滤连接器23、过滤网24、储水水桶25、工程材料试件26、伸缩卡扣27、装夹平台28、升降筒29、连杆30、联轴31、φ2螺栓32、减速直线电机33、下底板34、后板35，腔体36。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-8，本发明提供一种海洋装备工程材料表面的探测系统，包括顶部设有开口的壳体，所述壳体的顶口处通过合页4固定有机盖1，所述壳体内设有冲刷流体循环系统，所述冲刷流体循环系统通过进水软管连通有纯海水储存过滤系统，所述冲刷流体循环系统与纯海水储存过滤系统之间通过φ12进水软管8相连，所述冲刷流体循环系统通过进水软管连通有喷滴和水浸密封装置，冲刷流体循环系统与喷滴和水浸密封装置之间采用φ10软管18连接，所述喷滴和水浸密封装置的底部设有六自由度并联工程材料装夹平台，所述喷滴和水浸密封装置通过出水软管与所述纯海水储存过滤系统连通，出水软管选用φ12出水软管21；

所述六自由度并联工程材料装夹平台包括若干个周向排列的减速直线电机33，减速直线电机33的数量为6个，所述减速直线电机33上的升降筒29通过螺栓连接有联轴31，所述联轴31的顶部设有装夹平台28，装夹平台28的底面上通过螺栓周向连接有6个所述联轴31，上下两端的联轴31之间连接有连杆30，所述装夹平台28的顶面上周向设有若干个伸缩卡扣27，若干个伸缩卡扣27之间可拆卸连接有工程材料试件26，伸缩卡扣27的数量优选为4个，4个伸缩卡扣27用来夹持不同形状和大小的工程材料试件26，6个减速直线电机33通过STM32控制其升降运动以实现平台六个自由度的运动，六自由度并联工程材料装夹平台采用的螺栓为φ2螺栓32；

所述喷滴和水浸密封装置包括盖体20，所述盖体20与所述装夹平台28可拆卸连接，所述盖体20内腔的尺寸大于所述工程材料试件26的尺寸。

进一步优化方案，所述壳体包括机架和若干个安装板，所述安装板通过螺栓固定在所述机架上，机架由四根支撑角钢7做支撑，安装板为2mm铝板，若干个安装板分为左侧板11、右侧板3、前板5、后板35、下底板34、上底板16，左侧板11、右侧板3、前板5、后板35均通过φ8螺栓2分别连接在支撑角钢7上，冲刷流体循环系统和纯海水储存过滤系统均位于下底板34上，上底板16放置有六自由度并联工程材料装夹平台、喷滴和水浸密封装置、水速水压传感器17和高速摄相机19，上底板16通过两侧的左内板6和右内板10架设在壳体内。

进一步优化方案，所述冲刷流体循环系统包括蠕动泵9，蠕动泵9的电源电性连接有开关13，开关13设置在壳体外侧，所述冲刷流体循环系统由蠕动泵9提供动力使得本系统内的流体能够源源不断地循环流动，持续对工程材料试件26表面进行冲击试验。

所述纯海水储存过滤系统包括储水水桶25，储水水桶25容量优选为2L，所述储水水桶25的底部开设有排水口和出水口，所述出水口与所述蠕动泵9的进口之间通过所述进水软管连通，所述排水口与所述安装板连通，所述排水口上可拆卸连接有排水口盖14，排水口利用排水口盖14封堵在右侧板3处，当流体需要更换时旋出排水口盖14就可排出2L储水水桶25的流体，以便于测试流体的装入。

进一步优化方案，所述盖体20的顶部连通有腔体36，所述腔体36内设有加热器、水温传感器，所述腔体36通过所述进水软管与所述蠕动泵9的出口连通，所述腔体36与所述进水软管的连接处设有水速水压传感器17，所述腔体36的顶部设有高速相机19。

喷滴和水浸密封装置位于六自由度并联工程材料装夹平台的上方，盖体20与装夹平台28对应扣接，将工程材料试件26覆盖在盖体20内，对装夹好的工程材料试件26进行密封和喷/滴、浸泡、冲刷试验；蠕动泵9将2L储水水桶25中的流体送入腔体36进入口中，并在进入口处设置了水速水压传感器17可随时监测流体进入腔体36中的流体的压力和流速，水速水压传感器17用来模仿不同海水环境，进行喷/滴、浸泡、冲刷试验后的流体通过φ12出水软管21与水桶盖22的循环入水口相连接来达到试验流体的循环使用。

进一步优化方案，所述储水水桶25的顶口处盖有水桶盖22，所述腔体36通过所述出水软管伸入所述水桶盖22并与所述储水水桶25连通，水桶盖22的循环进水口通过φ12出水软管21与腔体36相连接，所述储水水桶25内设有过滤连接器23，所述过滤连接器23内可拆卸连接有过滤网24，过滤网24与过滤网连接器23相连接后装在2L储水水桶25上然后盖上水桶盖22放在下底板34处，所述出水软管的出口位于所述过滤网24的顶部，在使用纯海水冲刷时可对浑浊海水进行过滤净化，若使用其他流体可将过滤网24拆除，使得纯海水储存过滤系统更加方便流体的循环、装入和排出，所述安装板上开设有进水口，所述进水口与所述储水水桶25连通，所述进水口上可拆卸连接有进水口盖12，水桶盖22的外部进水口利用进水口盖12封堵在后板35处，可在外部进水口向2L储水水桶25输入试验流体。

所述蠕动泵9电性连接有智能控制系统，所述减速直线电机33电性连接有STM32，6个减速直线电机33通过STM32控制其升降运动以实现平台六个自由度的运动，所述STM32的蓝牙端与所述智能控制系统通讯连接。

进一步优化方案，所述智能控制系统为上位机，所述上位机与所述水速水压传感器17电性连接，所述上位机与所述高速相机19电性连接，所述上位机与所述蠕动泵9电性连接，所述STM32的蓝牙端与所述上位机通讯连接，所述上位机与所述加热器电性连接，所述上位机与所述水温传感器电性连接，智能化控制系统由上位机与数据USB口15相连接控制蠕动泵9输出一定压力和流速的流体进入喷滴和水浸密封装置并在在喷滴和水浸密封装置流体进入口处设置了水速水压传感器17来反馈进水口流体的水速和水压给上位机来调节蠕动泵9输出流体的水速和水压；六自由度并联工程材料装夹平台通过STM32的蓝牙端与上位机进行通讯来控制装夹平台28的空间位置并在上位机上显示出其空间位置和倾斜度；2L储水水桶25中还设置有水位监测装置可以把储水水桶25内的水位实时的传送给上位机并在屏幕中显示；在喷滴和水浸密封装置上还设置有高速相机19可对正在实验的工程材料表面进行拍照来获取实时的实验材料和数据，获得的实验材料和数据传输给上位机进行储存。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。