CN116202440B - 基于柔性水密的深水dic测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于柔性水密的深水DIC测试系统，包括耐压壳体、观测装置、信号传输装置、水密装置、相机夹持装置、壳体固定装置、T型架、DIC相机和控制台，所述T型架上部固定设置壳体固定装置，所述壳体固定装置上部设置耐压壳体，所述耐压壳体内部设置相机夹持装置，所述相机夹持装置固定夹持DIC相机，所述耐压壳体前端设置观测装置，所述耐压壳体后端设置信号传输装置和水密装置，所述DIC相机通过数据线与控制台连接。本发明为DIC系统提供了在深海1500m环境下的安全工作环境，使用了柔性水密装置为相机防护装置的水密性提供保障，针对DIC系统在标定时所需的相机旋转自由度问题，相机防护装置提供了两个自由度的旋转，充分解决了DIC系统的标定问题。
Description
技术领域
本发明涉及DIC系统水下防护技术领域，更具体地说，涉及一种基于柔性水密的深水DIC测试系统。
背景技术
为加快探索深海的步伐，深水结构的发展迫在眉睫，因此对于深水结构的力学特性的研究成了研究重点，DIC测试系统因其在应变测量方面的高精度和图像高清晰度而被视作未来研究深水结构力学特性的可行优选。然而，现有成熟的DIC测试系统应用场景主要集中在浅水区域和空气域中，其并未配套有能抵御深水区域高压环境的防护装置，DIC测试系统在深水区域会遭受巨大的压力而发生破坏，故需要设计一款能为DIC系统提供深海区域安全工作环境的水下防护装置，形成一套深水DIC测试系统。
实现深海环境下的DIC测量需将DIC相机置于水下环境中，仅仅依靠DIC相机本身的耐压及防水能力不足以抵御极端环境的破坏，所以本发明旨在为DIC相机营造满足其正常工作的环境。具体而言，目前通用的水下防护装置基本只能适用于浅水区的工作环境，其防护的侧重点是保持较低压强(比大气压略高)环境下装置的密闭性，故而其通用的水密方式为螺纹密封。然而，通用的防护装置没有考虑深水区域高压环境对DIC相机防护密闭性的挑战，即螺纹密封方法在超高压的深水环境下不能实现防护装置的完全水密，这会导致DIC相机的损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于柔性水密的深水DIC测试系统，其结构合理、可承受15MPa水下高压(1500米深海区域)并且保持结构水密，同时满足DIC系统标定流程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于柔性水密的深水DIC测试系统，包括耐压壳体、观测装置、信号传输装置、水密装置、相机夹持装置、壳体固定装置、T型架、DIC相机和控制台，所述T型架上部固定设置壳体固定装置，所述壳体固定装置上部设置耐压壳体，所述耐压壳体内部设置相机夹持装置，所述相机夹持装置固定夹持DIC相机，所述耐压壳体前端设置观测装置，所述耐压壳体后端设置信号传输装置和水密装置，所述DIC相机通过数据线与控制台连接。
按上述方案，所述耐压壳体的前端开口，所述耐压壳体的后端封闭且后端中心开设有用于通过信号传输装置的第一圆孔。
按上述方案，所述观测装置包括前盖板、观测玻璃和铜垫圈，所述前盖板内侧开设有圆形凹槽，所述观测玻璃设置在圆形凹槽内，所述前盖板与观测玻璃之间设置铜垫圈，所述前盖板和耐压壳体端面均匀设置螺纹孔，所述观测装置与耐压壳体螺栓连接。
按上述方案，所述观测玻璃为实现DIC相机的观测功能的透明玻璃，所述观测玻璃材石英玻璃。
按上述方案，所述铜垫圈为紫铜。
按上述方案，所述信号传输装置为钢质薄壁圆管结构，所述信号传输装置的外表面与耐压壳体后端第一圆孔内径贴合固定；所述信号传输装置内侧与耐压壳体内侧平齐并实现耐压壳体内部与外部的连通，进而用于数据传输线的通过，实现DIC相机与控制台的信息交互。
按上述方案，所述水密装置包括第一弹簧、金属垫块、橡胶层和固定环，所述水密装置设置在信号传输装置内侧，所述固定环固定设置在与耐压壳体后端，所述固定环内均匀分布四根第一弹簧，所述第一弹簧一端固定连接固定环另外一段固定连接金属垫块，所述第一弹簧设置四根且均匀分布于固定环内表面，所述金属垫块内侧设置环状的橡胶层，所述橡胶层中间开设直径小于信号传输装置内径的第二圆孔，所第二圆孔与信号传输装置为同心圆
按上述方案，所述相机夹持装置包括第二弹簧、弹簧滑轨和夹持架，所述夹持架包括设置在前端的夹持头、两侧的纵臂和底端的横臂，所述夹持架为C型夹具，所述夹持头固定设置在耐压壳体的内表面，所述纵臂内设置弹簧滑轨，
所述横臂内对称设置两个弹簧滑轨，所述弹簧滑轨内放置第二弹簧。
按上述方案，所述壳体固定装置包括连接杆、滚动轴承和支架；所述连接杆为环状薄壁结构，所述支架通过连接杆与耐压壳体连接，所述连接杆上端固定设置在耐压壳体的下表面，所述连接杆下端部通过滚动轴承实现与支架的适配，所述连接杆均匀开设有螺栓孔，所述支架上端焊接有第二固定螺栓，所述第二固定螺栓与连接杆螺栓孔位于同一高度。
按上述方案，所述T型架的底部固定设置于测试场地上，所述T型架的上端横杆与支架固定连接，所述T型架的上端横杆直径小于支架的内径。
实施本发明的基于柔性水密的深水DIC测试系统，具有以下有益效果：
1、本发明结构合理，具有在深海1500m的环境下进行应变测试的能力；
2、本发明相机防护装置的设计为DIC系统的水下工作环境提供了耐压、防水方面的保障；
3、本发明针对深海环境下螺纹水密失效的问题，提出了柔性水密的结构，柔性水密装置的使用加大了结构在1500m水深环境下的水密保障；
4、本发明壳体固定装置的使用实现了DIC测试系统在标定流程中需要多个自由度旋转的需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的基于柔性水密的深水DIC测试系统的立体结构示意图；
图2是本发明的整体侧视结构示意图；
图3是本发明的相机防护装置正视结构示意图；
图4是本发明的观测装置半剖面结构示意图；
图5是本发明的信号传输装置侧视结构示意图；
图6是本发明的水密装置正视结构示意图；
图7是本发明的相机夹持装置正视结构示意图；
图8是本发明的壳体固定装置后视结构示意图；
图中：1、耐压壳体，2、观测装置，3、信号传输装置，4、水密装置，5、相机夹持装置，6、壳体固定装置，7、T型架，8、DIC相机，9、控制台，22、前盖板，23、观测玻璃，24、铜垫圈，31、数据传输线，41、高强弹簧，42、金属垫块，43、橡胶层，44、固定环，51、夹持头，52、弹簧，53、弹簧滑轨，54、夹持架，55、纵臂，56、横臂，61、连接杆，62、第一固定螺栓，63、螺栓孔，64、滚动轴承，65、支架，66、第二固定螺栓。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-7所示，本发明的基于柔性水密的深水DIC测试系统，包括耐压壳体1、观测装置2、信号传输装置3、水密装置4、相机夹持装置5、壳体固定装置6、T型架7、DIC相机8和控制台9。T型架7上部固定设置壳体固定装置6，壳体固定装置6上部设置耐压壳体1，耐压壳体1内部设置相机夹持装置5，相机夹持装置5固定夹持DIC相机8，耐压壳体1前端设置观测装置2，耐压壳体1后端设置信号传输装置3和水密装置4，DIC相机8通过数据线与控制台9连接。耐压壳体1前端与观测装置2通过螺栓固定，耐压壳体1的前部增加了环向壁厚。耐压壳体1的前端开口，耐压壳体1的后端封闭且后端中心开设有用于通过信号传输装置3的第一圆孔。
观测装置2包括前盖板22、观测玻璃23和铜垫圈24。前盖板22、铜垫圈24为圆环状，观测玻璃23为盘状。前盖板22内侧开设有圆形凹槽，圆形凹槽的直径等于观测玻璃23和铜垫圈24的外径，观测玻璃23设置在圆形凹槽内，前盖板22与观测玻璃23之间设置铜垫圈24，前盖板22和耐压壳体1端面均匀设置螺纹孔，观测装置2与耐压壳体1螺栓连接固定。观测玻璃23的前面板贴紧于铜垫圈24，两者正好嵌入前盖板22的圆形凹槽中。前盖板22和耐压壳体1端面相对应位置均匀分布有螺纹孔，并通过螺栓实现观测装置2与耐压壳体1的连接。观测玻璃23颜色必须透明，以实现DIC相机8的观测功能，观测玻璃23的材质需为抗压强度较好的石英玻璃，可以满足高压环境下抗压能力要求。铜垫圈24采用紫铜作为材料，其具有较好的延展性，在受到巨大垂向压载作用下会发生挤压变形而不破坏，能保证观测玻璃23与前盖板22间良好的水密性。
信号传输装置3为钢质薄壁圆管结构，信号传输装置3的外表面与耐压壳体1后端第一圆孔内径贴合固定。信号传输装置3内侧与耐压壳体1内侧平齐并实现耐压壳体1内部与外部的连通，进而用于数据传输31线的通过，实现DIC相机8与控制台9的信息交互。
水密装置4包括第一弹簧41、金属垫块42、橡胶层43和固定环44，水密装置4设置在信号传输装置3内侧，水密装置4的端部贴紧耐压壳体1内表面。固定环44焊接固定设置在耐压壳体1后端，固定环44内均匀分布四根第一弹簧41，第一弹簧41一端固定连接固定环44，第一弹簧41另外一段固定连接金属垫块42，第一弹簧41设置四根且均匀分布于固定环44内表面，金属垫块42内侧设置环状的橡胶层43，橡胶层43中间开设直径小于信号传输装置3内径的第二圆孔，第二圆孔与信号传输装置3为同心圆。数据传输31线通过信号传输装置3和水密装置4联通防护装置内外时，水密装置4开始作业。数据传输31线直径大于水密装置4预留直径，导致高强弹簧处于压缩变形状态，产生较大的压力使得橡胶层43紧密的贴合于数据传输31线外径。橡胶层43具有良好的变形性能，其遭受弹簧压力时发生大变形，完全堵塞信号传输装置3的孔洞，形成良好的水密环境。
相机夹持装置5包括第二弹簧52、弹簧滑轨53和夹持架54，用于实现DIC相机8的夹持与固定。夹持架54包括设置在前端的夹持头51、两侧的纵臂55和底端的横臂56，夹持架54为C型夹具，夹持头51焊接在纵臂55前端，夹持头51焊接固定设置在耐压壳体1的内表面，纵臂55内设置弹簧滑轨53，横臂56内对称设置两个弹簧滑轨53，弹簧滑轨53内放置第二弹簧52，弹簧滑轨53具有可伸缩性。夹持架54通过夹持架54的两侧纵臂55与底部的横臂56内的弹簧滑轨53两外侧固定连接，夹持头51与两侧纵臂55的弹簧滑轨53上端部固定。侧臂弹簧下端部保持固定，底部横臂56弹簧内侧保持固定，通过垂向拉动夹持头51和纵向拉动夹持架54两侧臂可以分别改变夹持装置的垂向和纵向夹持范围，从而实现夹持不同尺寸DIC相机8的功能。
壳体固定装置6包括连接杆61、滚动轴承64和支架65。连接杆61为环状薄壁结构，支架65通过连接杆61与耐压壳体1连接，连接杆61上端焊接固定设置在耐压壳体1的下表面，连接杆61下端部通过滚动轴承64实现与支架65的适配，连接杆61按照一定角度均匀开设有螺栓孔63，支架65上端焊接有第二固定螺栓66，第二固定螺栓66与连接杆61的螺栓孔63位于同一高度。连接杆61可以通过滚动轴承64实现与支架65间的角度变化，以此改变DIC相机8的拍摄角度，来完成DIC系统的标定。连接杆61完成拍摄角度的选择后，可以通过旋紧固定螺栓实现连接杆61的固定。
T型架7的底部固定设置于测试场地上，T型架7的上端横杆与支架65固定连接，T型架7的上端横杆直径小于支架65的内径，通过旋紧第一固定螺栓62实现支架65与T型架7的固定。DIC相机8位于耐压壳体1内部，通过相机夹持装置5夹持固定。DIC相机8尾部设有数据传输31线，数据传输31线依次通过水密装置4、信号传输装置3与外界的控制台9连接，进行数据交互。控制台9位于常压干燥环境下，通过数据传输31线与DIC相机8相连，用于接收并处理结构应变数据。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，包括耐压壳体、观测装置、信号传输装置、水密装置、相机夹持装置、壳体固定装置、T型架、DIC相机和控制台，所述T型架上部固定设置壳体固定装置，所述壳体固定装置上部设置耐压壳体，所述耐压壳体内部设置相机夹持装置，所述相机夹持装置固定夹持DIC相机，所述耐压壳体前端设置观测装置，所述耐压壳体后端设置信号传输装置和水密装置，所述DIC相机通过数据线与控制台连接；
所述观测装置包括前盖板、观测玻璃和铜垫圈，所述前盖板内侧开设有圆形凹槽，所述观测玻璃设置在圆形凹槽内，所述前盖板与观测玻璃之间设置铜垫圈，所述前盖板和耐压壳体端面均匀设置螺纹孔，所述观测装置与耐压壳体螺栓连接；
所述水密装置包括第一弹簧、金属垫块、橡胶层和固定环，所述水密装置设置在信号传输装置内侧，所述固定环固定设置在与耐压壳体后端，所述固定环内均匀分布四根第一弹簧，所述第一弹簧一端固定连接固定环另外一段固定连接金属垫块，所述第一弹簧设置四根且均匀分布于固定环内表面，所述金属垫块内侧设置环状的橡胶层，所述橡胶层中间开设直径小于信号传输装置内径的第二圆孔，所第二圆孔与信号传输装置为同心圆；
所述相机夹持装置包括第二弹簧、弹簧滑轨和夹持架，所述夹持架包括设置在前端的夹持头、两侧的纵臂和底端的横臂，所述夹持架为C型夹具，所述夹持头固定设置在耐压壳体的内表面，所述纵臂内设置弹簧滑轨，所述横臂内对称设置两个弹簧滑轨，所述弹簧滑轨内放置第二弹簧；
所述壳体固定装置包括连接杆、滚动轴承和支架；所述连接杆为环状薄壁结构，所述支架通过连接杆与耐压壳体连接，所述连接杆上端固定设置在耐压壳体的下表面，所述连接杆下端部通过滚动轴承实现与支架的适配，所述连接杆均匀开设有螺栓孔，所述支架上端焊接有第二固定螺栓，所述第二固定螺栓与连接杆螺栓孔位于同一高度。
2.根据权利要求1所述的基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，所述耐压壳体的前端开口，所述耐压壳体的后端封闭且后端中心开设有用于通过信号传输装置的第一圆孔。
3.根据权利要求1所述的基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，所述观测玻璃为实现DIC相机的观测功能的透明玻璃，所述观测玻璃材石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，所述铜垫圈为紫铜。
5.根据权利要求2所述的基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，所述信号传输装置为钢质薄壁圆管结构，所述信号传输装置的外表面与耐压壳体后端第一圆孔内径贴合固定；所述信号传输装置内侧与耐压壳体内侧平齐并实现耐压壳体内部与外部的连通，进而用于数据传输线的通过，实现DIC相机与控制台的信息交互。
6.根据权利要求1所述的基于柔性水密的深水DIC测试系统，其特征在于，所述T型架的底部固定设置于测试场地上，所述T型架的上端横杆与支架固定连接，所述T型架的上端横杆直径小于支架的内径。
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