CN102642600B - 探底折返式深海潜标系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探底折返式深海潜标系统，包括球形耐压舱和触发动作机构，在潜标体球形耐压舱底部设置触发动作机构，使垂直下潜到海底的潜标体在触底的瞬间启动触发动作机构，完成海底采样和释放抛载重物并上浮，以完成深潜剖面浮标获取从海面至海底的海水水柱的垂直剖面信息。球形耐压舱由上下两个半球形端盖通过螺栓连接而成，触发动作机构包括注射器式采样机构、抛载机构和探底触发机构。球形耐压舱的半球形上端盖顶部安装有温盐深测量传感器，半球形下端盖周向均布的摄像孔内部安装摄像头。本发明所涉及的探底折返式深海潜标系统结构简单、成本低廉、工作可靠，可记录海水表面至海洋底部的完整的水柱图像和水质信息，并可实现海底的物质采样，为深潜剖面浮标在海洋环境监测中的应用开拓新的前景。

Description

探底折返式深海潜标系统

技术领域

本发明涉及海洋测量装置，特别是涉及深海潜标剖面测量装置。

背景技术

目前，深潜剖面浮标作为不断发展中的海洋剖面测量装置，已成为海洋环境监测的重要技术手段之一。深潜剖面浮标的潜标体设置测量传感器、数据记录装置和通讯装置，潜标体内配置浮力泵，浮力泵调节潜标体水下排水量以调整体其水下浮力。潜标体靠自身的重量从海面下潜，下潜到一定深度后，在浮力泵调整的浮力作用下上升。潜标体下潜和上升的过程中，测量和记录海水水柱的温度、盐度和深度的海洋环境的垂直剖面信息。潜标体上浮至海面后，通讯装置向岸上发送测量数据，然后整个深潜剖面浮标被回收。

现有深潜剖面浮标采用浮力泵调整潜标体水下浮力以实现其剖面运动，但是，剖面运动范围有限，一般往返于海水表面和2000米深度处，不能实现深海和海底的测量。而且，浮力泵及其浮力调整体机构较复杂，任何浮力调整的微小差异都会使深潜剖面浮标的水下测量受到影响。

发明内容

针对现有技术的深潜剖面浮标采用浮力泵调整水下浮力实现其剖面运动所存在的问题，本发明推出探底折返式深海潜标系统，其目的在于，在潜标体球形耐压舱上设置触发动作机构，使垂直下潜到海底的潜标体在触底的瞬间启动触发动作机构，完成海底采样和释放抛载重物并上浮，以完成深潜剖面浮标获取从海面至海底的海水水柱的垂直剖面信息。

本发明所涉及的探底折返式深海潜标系统包括球形耐压舱和触发动作机构，触发动作机构固定设置在作为潜标体的球形耐压舱底部，球形耐压舱由上下两个半球形端盖通过螺栓连接而成，触发动作机构包括注射器式采样机构、抛载机构和探底触发机构。

球形耐压舱的半球形上端盖顶部安装有温盐深测量传感器、GPS与无线通讯集成天线。球形耐压舱的半球形上端盖顶部中心位置设置吊钩，用于吊放球形耐压舱。球形耐压舱的半球形上端盖周向均布三个荧光孔，荧光孔内部安装红色和黄色荧光灯。半球形下端盖周向间隔均布三个照明孔和三个摄像孔，照明孔内部安装照明灯，摄像孔内部安装摄像头。

球形耐压舱内部固定安装有电器托盘，电器托盘的上部固定安装视频信号处理单元、GPS和无线通讯处理单元、电源管理及系统控制电路、数据存取硬盘，电器托盘下部固定安装电池包，以保证潜标系统的重心在浮心下方，电器托盘开有走线孔，方便上部电器与下部电池包之间的电器接线。电源管理及系统控制电路通过相应接口分别与荧光灯、照明灯、温盐深测量传感器、视频信号处理单元、GPS和无线通讯处理单元、数据存取硬盘、电池包连接，视频信号处理单元与三个摄像头相连，GPS和无线通讯单元与GPS和无线通讯集成天线相连。

触发动作机构的注射器式采样机构、抛载机构和探底触发机构固定设置在球形耐压舱半球形下端盖底部。

注射器式采样机构通过法兰与半球形下端盖固定连接，包括活塞缸、活塞、拉簧、采样软绳和橡胶球。活塞缸上端部固定在半球形下端盖上，活塞、拉簧设置在活塞缸内部，拉簧一端由销钉固定在活塞缸上端，拉簧另一端与活塞固定连接。活塞的凸起端头固定连接采样软绳，采样软绳上固定设置橡胶球，从橡胶球到活塞端头的采样软绳长度小于拉簧的收缩行程，橡胶球的直径大于活塞缸顶端端口的内径。

探底触发机构包括探底钩竿和触发支架。触发支架为“∏”型构件，上部与半球形下端盖固定连接，下部伸出长短不同的两竖直件，短竖直件的端部有软绳过孔，长竖直件上有两个竖直滑动导向孔。探底钩竿为带有弯钩的竖直杆，竖直杆插在触发支架长竖直件的两个竖直滑动导向孔中，弯钩的钩尖上套有抛载机构的抛载软绳和注射器式采样机构的采样软绳。

抛载机构包括抛载重物、抛载支架和抛载软绳。抛载重物设置在抛载支架下部，抛载支架下部的伸长杆插进抛载重物的中心孔内，抛载支架上端设置有阶梯凸台，阻止抛载重物向上移动。抛载软绳一端与抛载重物顶端固定连接，另一端穿过探底触发机构触发支架短竖直件软绳过孔后，打成环扣套在探底钩竿弯钩的钩尖上。

探底折返式深海潜标系统在抛载重物的重力作用下垂直下潜到海底。在潜标系统着底的瞬间，探底触发机构动作。球形耐压舱下部探底触发机构的探底钩竿竖直杆受到海底的反向推力并相对触发支架向上移动，探底钩竿弯钩钩尖上以环扣形式连接的抛载软绳和采样软绳因为受到软绳过孔阻止不能随探底钩竿相对触发支架向上竖直运动而从弯钩钩尖上脱落。

抛载软绳脱离探底钩竿的钩尖后，抛载重物从抛载支架上抛下，潜标系统开始在浮力作用下上升。与此同时，采样软绳脱离探底钩竿的钩尖后，注射器式采样机构的拉簧牵引活塞向活塞缸的上端运动，活塞拉动采样软绳进入活塞缸，同时海底的沉积物连同海水被吸入活塞缸内，当橡胶球到达活塞缸的顶端时，橡胶球在拉簧的拉力作用下卡堵在活塞缸顶端，进而将海底沉积物与海水密封在活塞缸内部，完成海底采样。

探底折返式深海潜标系统通过科学考察船在海洋表面布放，布放前将上电水密接头插于球形耐压舱底部的水密插座上，此时，该球形耐压舱内部的电池包开始给潜标系统供电，所有电器设备进入工作状态。工作人员利用绳索挂住潜标系统上端的吊钩，慢慢将其置于海水表面。在GPS和无线通讯集成天线未没入水面以下之前，可以通过甲板单元与潜标系统通讯，并察看潜标系统工作状态。如果工作状态正常，则松开绳索，释放潜标系统。潜标系统下潜到达海洋底部，探底触发机构动作，抛掉抛载重物的潜标系统在正浮力的作用下上升，并上浮到海水表面。潜标系统在下潜和折返的整个运动过程中，利用温盐深传感器测量海水温盐深资料，利用摄像头记录海洋水柱的图像信息。当潜标系统上浮到海水表面时，无线通讯与科考船甲板单元建立连接，并回传潜标系统所在的GPS点，科考人员可以通过黄色和红色荧光灯寻找潜标系统，然后回收，再通过潜标系统底部的水密插座读取测量数据。

本发明所涉及的探底折返式深海潜标系统结构简单、成本低廉、工作可靠，可记录海水表面至海洋底部的完整的水柱图像和水质信息，并可实现海底的液态物质采样，为深潜剖面浮标在海洋环境监测中的应用开拓新的前景。

附图说明

图1是本发明涉及的探底折返式深海潜标系统外观示意图；

图2是本发明涉及的探底折返式深海潜标系统的内部结构示意图；

图3是本发明涉及的探底折返式深海潜标系统触发动作机构示意图；

图4是本发明涉及的探底折返式深海潜标系统注射器式采样机构剖视图。

图中标记说明：

1、吊钩                       2、GPS和无线通讯集成天线

3、温盐深传感器               4、半球形上端盖

5、荧光孔                     6、半球形下端盖

7、照明孔                     8、摄像孔

9、注射器式采样机构           10、触发支架

11、探底钩竿                  12、抛载重物

13、电源管理及系统控制电路    14、视频信号处理单元

15、数据存取硬盘              16、GPS和无线通讯处理单元

17、电器托盘                  18、电池包

19、水密插座                  20、抛载支架

21、采样软绳                  22、橡胶球

23、抛载软绳                  24、活塞缸

25、活塞                      26、拉簧

27、销钉                      28、软绳过孔

29、竖直滑动导向孔

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案进一步说明。图1和图2显示探底折返式深海潜标系统的基本结构，图3和图4分别显示探底折返式深海潜标系统的触发动作机构和注射器式采样机构的基本结构。

如图所示，本发明所涉及的探底折返式深海潜标系统包括球形耐压舱和触发动作机构，球形耐压舱由半球形上端盖4和半球形下端盖6通过螺栓连接而成，两个半球形端盖之间采用端面密封形式密封。触发动作机构包括注射器式采样机构9、抛载机构和探底触发机构。

球形耐压舱的半球形上端盖4顶部安装有温盐深测量传感器3、GPS与无线通讯集成天线2。半球形上端盖4顶部中心位置设置吊钩1，用于吊放球形耐压舱。半球形上端盖4周向均布三个荧光孔5，荧光孔5内部安装红色和黄色荧光灯。半球形下端盖6周向间隔均布三个照明孔7和三个摄像孔8，照明孔7内部安装照明灯，摄像孔8内部安装摄像头。

球形耐压舱内部固定安装有电器托盘17，电器托盘17的上部固定安装视频信号处理单元14、GPS和无线通讯处理单元16、电源管理及系统控制电路13、数据存取硬盘15，电器托盘17下部固定安装电池包18，以保证潜标系统的重心在浮心下方，电器托盘17开有走线孔，方便上部电器与下部电池包18之间的电器接线。电源管理及系统控制电路13通过相应接口分别与荧光灯、照明灯、温盐深测量传感器3、视频信号处理单元14、GPS和无线通讯处理单元16、数据存取硬盘15、电池包18连接，视频信号处理单元14与三个摄像头相连，GPS和无线通讯单元16与GPS和无线通讯集成天线2相连。

触发动作机构的注射器式采样机构9、抛载机构和探底触发机构固定设置在球形耐压舱半球形下端盖6底部。

注射器式采样机构9通过法兰与半球形下端盖6固定连接，包括活塞缸24、活塞25、拉簧26、采样软绳21和橡胶球22。活塞缸14上端部固定在半球形下端盖6上，活塞25、拉簧26设置在活塞缸24内部，拉簧26一端由销钉27固定在活塞缸24上端，拉簧26另一端与活塞25固定连接。活塞25的凸起端头固定连接采样软绳21，采样软绳21上固定设置橡胶球22，从橡胶球22到活塞25端头的采样软绳21长度小于拉簧26的收缩行程，橡胶球22的直径大于活塞缸24顶端端口的内径。

探底触发机构包括探底钩竿11和触发支架10。触发支架10为“∏”型构件，上部与半球形下端盖6固定连接，下部伸出长短不同的两竖直件，短竖直件的端部有软绳过孔28，长竖直件上有两个竖直滑动导向孔29。探底钩竿11为带有弯钩的竖直杆，竖直杆插在触发支架10长竖直件的两个竖直滑动导向孔29中，弯钩的钩尖上套有抛载机构的抛载软绳23和注射器式采样机构9的采样软绳21。

抛载机构包括抛载重物12、抛载支架20和抛载软绳23。抛载重物12设置在抛载支架20下部，抛载支架20下部的伸长杆插进抛载重物12的中心孔内，抛载支架20上端设置有阶梯凸台，阻止抛载重物12向上移动。抛载软绳23一端与抛载重物12顶端固定连接，另一端穿过探底触发机构触发支架10短竖直件软绳过孔28后，打成环扣套在探底钩竿11弯钩的钩尖上。

抛载软绳23与采样软绳21末端打成环扣套在探底钩竿11钩尖上之前，均通过触发支架10短竖直件上面的软绳过孔28。由于抛载重物的重力作用和拉簧的拉力作用，抛载软绳23与采样软绳21末端打成环扣套在探底钩竿11钩尖上之后，两软绳均处于绷紧状态。探底钩竿11弯钩钩尖十分光滑，其相对触发支架10向上移动时，抛载软绳23和采样软绳21的环扣容易从探底钩竿11弯钩钩尖上脱落。

Claims (6)

1.一种探底折返式深海潜标系统，其特征在于，包括球形耐压舱和触发动作机构，触发动作机构固定设置在球形耐压舱底部，触发动作机构包括注射器式采样机构、抛载机构和探底触发机构；注射器式采样机构包括活塞缸、活塞、拉簧、采样软绳和橡胶球，活塞缸上端部固定在球形耐压舱半球形下端盖上，活塞、拉簧设置在活塞缸内部，拉簧一端由销钉固定在活塞缸上端，拉簧另一端与活塞固定连接，活塞的凸起端头固定连接采样软绳，采样软绳上固定设置橡胶球；探底触发机构包括探底钩竿和触发支架，触发支架上部与半球形下端盖固定连接，下部伸出长短不同的两竖直件，探底钩竿为带有弯钩的竖直杆，竖直杆插在触发支架长竖直件的两个竖直滑动导向孔中，弯钩的钩尖上套有抛载机构的抛载软绳和注射器式采样机构的采样软绳；抛载机构包括抛载重物、抛载支架和抛载软绳，抛载重物设置在抛载支架下部，抛载软绳一端与抛载重物顶端固定连接，抛载软绳另一端打成环扣套在探底钩竿弯钩的钩尖上。

2.根据权利要求1所述的探底折返式深海潜标系统，其特征在于，所述的球形耐压舱由上下两个半球形端盖通过螺栓连接而成，两个半球形端盖之间采用端面密封形式密封。

3.根据权利要求2所述的探底折返式深海潜标系统，其特征在于，所述球形耐压舱的半球形上端盖顶部中心位置设置吊钩，用于吊放球形耐压舱；球形耐压舱的半球形上端盖周向均布三个荧光孔，荧光孔内部安装红色和黄色荧光灯；球形耐压舱的半球形下端盖周向间隔均布三个照明孔和三个摄像孔，照明孔内部和摄像孔内部对应安装照明灯和摄像头。

4.根据权利要求3所述的探底折返式深海潜标系统，其特征在于，所述球形耐压舱的半球形上端盖顶部安装有温盐深测量传感器、GPS与无线通讯集成天线，球形耐压舱内部固定安装有电器托盘，电器托盘的上部固定安装视频信号处理单元、GPS和无线通讯处理单元、电源管理及系统控制电路、数据存取硬盘，电器托盘下部固定安装电池包；电源管理及系统控制电路通过相应接口分别与荧光灯、照明灯、温盐深测量传感器、视频信号处理单元、GPS和无线通讯处理单元、数据存取硬盘、电池包连接，视频信号处理单元与三个摄像头相连，GPS和无线通讯单元与GPS和无线通讯集成天线相连。

5.根据权利要求1所述的探底折返式深海潜标系统，其特征在于，所述采样软绳上固定设置的橡胶球，从橡胶球到活塞端头的采样软绳长度小于拉簧的收缩行程，橡胶球的直径大于活塞缸顶端端口的内径。

6.根据权利要求1所述的探底折返式深海潜标系统，其特征在于，所述抛载软绳与采样软绳均需穿过触发支架短竖直件上面的软绳过孔，末端打成环扣套在探底钩竿钩尖上的抛载软绳与采样软绳均处于绷紧状态；探底钩竿弯钩钩尖十分光滑，相对于触发支架向上移动时，抛载软绳和采样软绳的环扣容易从探底钩竿钩尖上脱落。

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