本發(fā)明涉及海洋工程裝備，具體涉及一種深海環(huán)境斯特林發(fā)電機功率輸出與監(jiān)測平臺。

背景技術(shù)：

1、斯特林發(fā)電機是一種利用溫差來產(chǎn)生機械功并轉(zhuǎn)換為電能的熱力發(fā)動機，其原理基于斯特林循環(huán)。由于其高效、低噪音和長壽命等特點，斯特林發(fā)電機在分布式能源、廢熱利用和可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

2、由于斯特林發(fā)電機具有可靠穩(wěn)定和長壽命的特點，因此可將其應(yīng)用于深海長期無人值守的工作環(huán)境中，同時，斯特林發(fā)電機運行噪音低，對深海環(huán)境和海洋生物的干擾較小，也適合用于海洋潛器和水下機器人等需要安靜運行的場景。然而，斯特林發(fā)電機在深海環(huán)境中應(yīng)用也會面臨一些挑戰(zhàn)：

3、1、目前斯特林發(fā)電機在深海環(huán)境中為負載提供穩(wěn)定的功率輸出并沒有成熟的方案，深海環(huán)境中的高壓對斯特林發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和輸出電路提出了極高的要求；

4、2、斯特林發(fā)電機在深海環(huán)境中啟動時需要瞬時激勵電流，還需要實時監(jiān)測發(fā)電機本體周圍的溫度，這樣的功率輸出方式需要復雜的電力管理系統(tǒng)，且會使電器元件的集成變得復雜；

5、3、斯特林發(fā)電機在工作過程中需要持續(xù)穩(wěn)定的熱輸入，這對熱源的穩(wěn)定性提出了極高要求，無論是測試階段使用的模擬熱源，還是應(yīng)用階段使用同位素熱源，針對不同熱源設(shè)計不同的功率輸出方式和監(jiān)測平臺都很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

2、一種深海環(huán)境斯特林發(fā)電機功率輸出與監(jiān)測平臺，包括耐壓殼、斯特林發(fā)電機、集成電器元件、耐壓蓋、發(fā)光載荷、耐壓燈、水下攝像頭、剛性框架和光電分離器，所述耐壓殼內(nèi)壁帶有兩個凸臺，斯特林發(fā)電機和集成電器元件分別與凸臺通過螺栓軸向固定；所述耐壓蓋安裝在耐壓殼端部，二者為耐壓殼內(nèi)部提供了耐壓和密封保護，耐壓蓋上穿過五組水密接插件，用于耐壓罐體內(nèi)外部的供電和通信；所述耐壓殼、斯特林發(fā)電機、集成電器元件和耐壓蓋組成的罐體安裝在剛性框架底層中心；所述發(fā)光載荷安裝在剛性框架的第二層，發(fā)光載荷內(nèi)部有多組電驅(qū)動發(fā)光體，頂部為透明石英玻璃；所述耐壓燈和水下攝像頭固定在剛性框架頂層下方，且正對發(fā)光載荷，用于實時監(jiān)測發(fā)光載荷的內(nèi)部狀態(tài)；所述光電分離器固定在剛性框架的第二層，背面引入來自海面的光電復合纜，正面分別引出通信光纖和供電電纜。

3、較佳的，所述耐壓殼內(nèi)壁面主要包括上凸臺、下凸臺和導熱區(qū)，所述斯特林發(fā)電機主要包括熱源、導熱銅塊、安裝板和輸出電極，其中：

4、所述上凸臺和下凸臺在耐壓殼內(nèi)壁為扇形結(jié)構(gòu)，中間留空區(qū)域便于斯特林發(fā)電機安裝，上凸臺和下凸臺上均開有通孔，下凸臺可與安裝板通過螺栓連接，導熱區(qū)與導熱銅塊緊密貼合；

5、所述熱源在測試階段為電熱棒模擬熱源，并通過直流低壓供電，實際應(yīng)用階段可替換為帶有防護殼的同位素熱源，無需供電；

6、所述輸出電極在斯特林發(fā)電機工作過程中輸出低壓交流電。

7、較佳的，所述集成電器元件包括分壓模塊、網(wǎng)口繼電器、光電模塊、串口服務(wù)器、整流模塊和固定板，其中：

8、所述網(wǎng)口繼電器和光電模塊通過銅柱螺栓固定在分壓模塊上，串口服務(wù)器和整流模塊通過卡扣與分壓模塊固定；

9、所述固定板與分壓模塊通過螺栓固定后，使整個集成電器元件小于耐壓殼內(nèi)徑，固定板與耐壓殼內(nèi)壁的上凸臺通過螺栓軸向連接。

10、較佳的，所述耐壓蓋上穿過五組水密接插件，分別包括高壓直流接插件、光纖接插件、燈光接插件、攝像頭接插件和低壓直流接插件，其中：

11、所述高壓直流接插件用于將外部高壓直流電引入集成電器元件的分壓模塊；

12、所述光纖接插件用于將外部光纖引入集成電器元件的光電模塊；

13、所述燈光接插件用于將集成電器元件的網(wǎng)口繼電器輸出電流引出到外部的耐壓燈；

14、所述攝像頭接插件用于將外部水下攝像頭的信號引入集成電器元件的光電模塊；

15、所述低壓直流接插件用于將集成電器元件的整流模塊輸出的低壓直流電引出到外部負載。

16、一種深海環(huán)境斯特林發(fā)電機功率輸出與監(jiān)測平臺，包括以下功率輸出與監(jiān)測步驟：

17、s1，來自海面母船并帶有高壓直流和光信號的光電復合纜通過水密接插件a1端口進入光電分離器，并在光電分離器中被分成供電電纜和通信光纖，其中供電電纜通過a2端口引出，通信光纖通過a3端口引出；

18、s2，從a2端口引出的供電電纜通過高壓直流接插件的b1端口進入耐壓罐體，在分壓模塊中被降為低壓直流電，然后輸出到網(wǎng)口繼電器；

19、s3，從a3端口引出的通信光纖通過光纖接插件的b2端口進入耐壓罐體，在光電模塊中分別與網(wǎng)口繼電器和串口服務(wù)器通信；

20、s4，從網(wǎng)口繼電器進入的低壓直流電被分成三路，并分別通過c1、c2、c3端口輸出；光電模塊的控制信號用于實時控制c1、c2、c3端口的通斷；

21、s5，網(wǎng)口繼電器的c1端口接入斯特林發(fā)電機的e1端口，該端口為斯特林發(fā)電機在啟動階段提供瞬時的低壓直流激勵；

22、s6，網(wǎng)口繼電器的c2端口接入斯特林發(fā)電機的e2端口，該端口在斯特林發(fā)電機的測試階段為斯特林發(fā)電機的模擬熱源提供低壓直流電；

23、s7，網(wǎng)口繼電器的c3端口通過燈光接插件的b4端口引出到耐壓罐體外部，并為耐壓燈提供低壓直流電源；

24、s8，水下攝像頭的信號通過攝像頭接插件的b3端口進入耐壓罐體，并與光電模塊連通后實時通信；

25、s9，斯特林發(fā)電機周圍的溫度傳感器通過自身端口e3輸出數(shù)字信號，該信號由串口服務(wù)器的d1端口進入，并與光電模塊實時通信；

26、s10，斯特林發(fā)電機的輸出電極通過e4端口輸出低壓交流電，該交流電進入整流模塊的f1端口后被整流為低壓直流電，并通過低壓直流接插件的b5端口輸出到耐壓罐體外部的發(fā)光載荷中；

27、s11，發(fā)光載荷內(nèi)部的發(fā)光體發(fā)出的明暗交替光被水下攝像頭實時記錄并通過光電模塊和光電分離器傳至海面母船，該變化光用于監(jiān)測斯特林發(fā)電機的輸出功率情況。

28、一種深海環(huán)境斯特林發(fā)電機功率輸出與監(jiān)測平臺，在應(yīng)用于載人或無人深潛器時，模擬熱源替換為同位素熱源，包括以下功率輸出與監(jiān)測步驟：

29、t1，深潛器中的激勵電池通過端口h1輸出瞬時低壓直流電，該電流依次通過端口b6和e1為斯特林發(fā)電機提供脈沖激勵，使其啟動；

30、t2，斯特林發(fā)電機周圍的溫度傳感器通過自身端口e3輸出數(shù)字信號，該信號依次通過b8和k1端口后進入深潛器的監(jiān)測平臺；

31、t3，斯特林發(fā)電機在同位素熱源的持續(xù)供熱下完成熱量交換，并從輸出電極的e4端口輸出交流電，該交流電進入整流模塊的f2端口后被整流為直流電，并依次通過b7和j1端口輸入到深潛器的各類型負載。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于，

33、1、本發(fā)明中，模擬熱源供能的斯特林發(fā)電機和集成電器元件密封于耐壓罐中，斯特林發(fā)電機的功率輸出效果及罐內(nèi)溫度變化可通過光電復合纜實時被海面的母船獲取，便于及時調(diào)整和維護。

34、2、本發(fā)明中，斯特林發(fā)電機的激勵輸入、溫度輸出和功率輸出通過分壓模塊、網(wǎng)口繼電器、光電模塊、串口服務(wù)器和整流模塊來實現(xiàn)，并集成于耐壓罐體內(nèi)部，緊湊的功率輸出結(jié)構(gòu)減少了系統(tǒng)的體積和重量，便于深海設(shè)備的運輸和部署。

35、3、本發(fā)明中，可將模擬熱源替換成同位素熱源作為斯特林發(fā)電機的供能熱源并應(yīng)用于深海潛器中，由于同位素熱源釋放的熱能相對恒定，且不受環(huán)境變化影響，因此可保證為載人或無人潛器長期穩(wěn)定供電，擴大潛器作業(yè)時長和作業(yè)范圍。