自适应鸭式波能装置浮态的转角测量装置的设计

　　当今世界，能源问题愈发引起人们的关注，能源短缺是世界各国所面临的一个非常严峻的问题，煤、石油和天然气等常规能源已经日趋枯竭，而且这些常规能源的利用也带来了严重的环境问题，这些都迫使人类必须要开发新的无污染的可再生的能源。海洋波浪能是一种清洁、无污染的可再生能源，其能流密度大、分布范围广[1]，因此开发波浪能，研究波浪能发电装置具有十分重要的战略意义。波能技术多种多样，但大体上都分为两个部分: 第一部分为采集系统，主要是俘获波浪能; 第二部分是能量转换系统，作用是把俘获来的波浪能转化为电能[2]。根据采集系统的不同，波浪能装置可分为振荡浮子式、鸭式、摆式、筏式、收缩波道式、振荡水柱式等[3]。其中鸭式装置，因其一级转换效率高，而成为波浪能装置研究的热点。

　　鸭式波能装置是一种在波浪作用下绕轴往复转动，纵剖面近似为鸭蛋型的漂浮式波浪能装置[4]。装置在波能作用下的转动角度的大小是判断波浪能做功能力的重要参数，行进波浪近似为正弦运动，相应地鸭体在波浪作用下转动的角度也近似为正弦，根据测得的角度启动对应数量的负载，可实现能量转换效率的最优化。因此准确测量鸭式装置转角，判断波浪大小，事关装置能量转换效率的高低。漂浮鸭式波能装置的浮态是靠调节重力和浮力的大小和分布来实现的，漂浮式波浪能装置长时间工作在海洋中，由于部分密封件失效或提供浮力的构件 ( 如气囊) 的大小和分布随时间推移会有所改变，进而装置的浮态也会有所改变，浮态的变化，使转角测量装置的零点发生改变，会直接导致转角测量的误差。波浪能装置投入到海洋中后就持续受波浪作用，装置一直处于运动状态，很难出现装置静止不动的情况，这样转角测量也无法寻找静态时机完成清零调整，浮态变化产生的测量误差也就无法消除。为准确测量鸭体的旋转角度，消除鸭体浮态变化产生的误差，作者提出了一种能自动消除浮态变化产生的误差，较为准确测量鸭体旋转角度的装置。

　　1 技术分析

　　1. 1 装置组成

　　转角测量装置主要是由机械部分和电子部分组成。机械部分主要根据鸭式波能装置的浮态变化检测鸭式装置鸭体运动幅度的大小并放大，电子部分利用传感器检测鸭式装置运动幅度，通过控制系统将检测的角度值作为控制负载的标准。机械部分的结构如图1所示，该机械部分通过主轴与鸭式装置的壳体连接。

　　1. 2 工作原理

　　转角测量装置主轴与鸭式装置固定连接，二者运动具有一致性，鸭式装置随着波浪作周期性往复运动。因此，转角测量装置的运动具有周期性，可以划分为以下 4 个步骤: