智能化海豚动力电源设计

摘要：为解决对海洋探测和海洋环境污染实时监测的电源问题，通过把微型水力发电机系于海豚身上，随着海豚运动时海水的反作用力驱动水力机转动发电，经整流滤波稳压后给锂电池板充电，从而海洋探测和海洋环境污染监测时可以使仪器获得稳定的电源。利用压力传感器、单片机、电磁控制和无线传输网络，增加该智能化海豚动力电源的可靠性和实用性，实现对仪器的回收和避免仪器对海洋环境的污染。
关键词：海豚；微型水力发电机；压力传感器；电源设计

人们一直都在不断地探索海底世界，保护海洋珍稀动物和人类赖以生存的海洋环境。由潜水员携带摄像潜入水下对海底世界进行拍摄。但潜水员在水下的活动时间和深度非常有限，对极为丰富的海豚和辽阔的海底世界获取的资料是微不足道的。另外由于海洋面积占地球面积的79％，开发利用海洋为人类经济建设服务，使海洋的经济开发利用和保护海洋动物与海洋环境和谐发展，必须对海洋环境参数进行实时监测，仪器的长期供电成为一个极大的难题。把监测仪器与海豚动力电源集成于一体，一同系于海洋动物身上，利用海豚的运动和海水的反作用力，使系在海豚身上的微型发电机转动发电，经DC—AC转换和给电池板BH充电，获得稳恒直流电源。实现了对海洋环境参数进行实时监测，对加强保护海豚动物和海洋环境，对海洋的持续开发利用都具有极其重大意义。

1 海豚动力电源
1．1 海豚动力电源的组成
为了使海豚原地不动时，发电系统能照样有电能供给仪器进行实时监测，而不遗漏关键数据和关键的图片采集。因此，海豚动力发电系统是由水力机、发电机、开关电源、充电器、电池板和防水附件等组成，其组成框图，如图1所示。

1．2 海豚动力水力发电机组的结构
由于发电机组是系在海豚身上，利用它们的运动，由海水的反作用力驱动水轮机转动，水力机再驱动发电机转动发电。由于海豚的运动速度范围为0～70 km，没有固定速度值，而发电机不得超过额定值工作。因此发电机上安装有一个限速电路，保证发电机安全运行；由于海豚的运动范围离水面为0～450 m。因此，防水密封的性能要求比较高，必须增加防海水渗漏，以免产生绕组线圈短路烧毁电机。为了使运载电源的海豚一感受到有外加重物系于它身上，产生不适的负担，增加一平衡舱，通过调节其体积，使浮力等于重力。整个海豚动力水力发电机组的结构示意图，如图2所示。

1．3 水力机工作基本原理
该研究的水力机不同于传统的水轮机，也不同于轮船上的螺旋桨，而是象风力发电的风机。传统的风机是依靠风力推动风机转动，该水力机是利用海水产生的相对运动，使水力机获得海水的反作用力而转动的。设带水力机的海豚前进速率为v(单位：ms-1)，水力机叶片的长为L，距水力机一定距离的上游相对海水流速为V1(单位：ms-1)，距水力机远处的下游海水相对速度为V2(单位：ms-1)，海水通过水力机水轮时的实际相对速度为V(单位：ms-1)，由文献的方法推导得，作用在水轮上的力和提供的功率分别为：

式中：ρ为海水密度(单位：kg／m3)；V=(V1+V2)／2。