CN102941914B - 一种海洋水文参数观测拖体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋水文参数观测拖体，包括固定有仪器舱的支架，支架前方连接有钢缆，支架前面上方设有倾角向下的前翼，支架后面上方设有倾角向上的后翼，支架后半部左右两侧分别设有一倾角向上的身翼，支架前面下方设有配重架，仪器舱内采用重力自平衡系统悬挂ADCP，CTD通过固定夹固定于仪器舱前部，钢缆上等间隔安装有温度传感器及盐度传感器。本发明拖体将站位式的海水物理特性观测方式和走航测流结合，可以根据需要选择采用水平滑行的方式观测表层、底层，或中层海水流速。也可进行起伏式观测剖面的温、盐结构，在提高海水物理参数水平分辨率的同时，实现停船下放仪器观测海水物理参数剖面的功能。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境监测仪器，具体涉及海水流速、物理特性的观测拖体。
背景技术
目前对海洋温、盐的观测一般采用停船下放观测仪器的方式进行观测，只能获得一个观测点的剖面数据。此种观测方式测量得到的水文要数空间分辨率低，尤其是对海洋中的锋面进行观测时存在较大的缺陷，而且需要停船进行观测，耗费船时，观测方式不经济。传统测量流速则一般采用潜标或走航两种观测方式，潜标观测可以选用海流计或声学多普勒流速剖面仪（Acoustic DopplerCurrent Profiler,ADCP），分别能够测量某一站位固定深度层的流速、或500m层剖面以内的流速。船载ADCP进行走航观测流速时，船体受波浪影响左右摇摆、上下起伏，造成观测误差加大。调查船在行驶时还产生较大的噪声，它掩盖了ADCP的回声信号，影响了ADCP观测深度。另外，我们的调查船基本全是铁质船体，有很强的磁性，明显降低了ADCP的内部罗经的准确性。后期数据中，很难消除这些影响观测精度的因素，给数据处理带来极大的不便。以2008年4月和10月吕宋海峡两个航次为例，我们使用的是“向阳红2”综合科考船，行船时ADCP有效观测深度不及停船时的一半。
国外的海洋观测拖体中，比较著名的有加拿大BOT（BROOKE OCEANTECHNOLOGY）公司生产的MVP系列，以及Woods Hole海洋研究所的SeaSoar拖体。国内，在国家“863”计划支持下，中船重工第七一五研究所研制了一套拖曳式剖面探测拖体系统，具有剖面探测和实时传输功能。浙江理工大学和国家海洋第二海洋研究所合作研制了一套浅海起伏式拖体控制系统，同样可以观测剖面的物理、化学参数。但这些拖体都没有测量流速的功能，不能实现海水物理特性和流速同步观测功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种海洋水文参数观测拖体，将站位停船观测温、盐等海水物理特性和走航观测流速两种方式结合，节约海上调查时间，有效提高观测效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种海洋水文参数观测拖体，包括固定有仪器舱的支架，所述支架前方连接有钢缆，其特征在于：所述支架前面上方设有倾角向下的前翼，所述支架后面上方设有倾角向上的后翼，所述支架后半部左右两侧分别设有一倾角向上的身翼，支架前面下方设有配重架，所述仪器舱内采用重力自平衡系统悬挂ADCP，CTD通过固定夹固定于仪器舱前部，所述钢缆上等间隔安装有温度传感器及盐度传感器。
作为优选，所述仪器舱为横截面为椭圆形的桶状结构。
作为优选，所述仪器舱顶部及底部采用透声板封盖。
作为优选，所述重力自平衡系统包括平衡支架，所述ADCP上端左右两侧通过万向节与平衡支架连接，平衡支架通过固定栓固定于仪器舱内。
作为优选，所述前翼、后翼及身翼均为倾角可调的结构。
作为优选，所述支架为不锈钢框架结构。
作为优选，所述身翼为缺一个角的长方形板，其中的缺角为身翼前端外侧角。
作为优选，所述后翼包括一块长方形后翼板，后翼板左右两侧分别垂直设有一块后翼侧板，两后翼侧板相互平行，所述后翼侧板为缺一个角的长方形板，其中的缺角为后翼侧板前方上端角。
作为优选，所述前翼包括设于支架左右两侧的两块缺一个角的长方形前翼板，其中的缺角为前翼板前方外端角，前翼板外侧垂直设有一块缺角的长方形前翼侧板，其中的缺角为前翼侧板前方上端角。
作为优选，所述支架前端为船头的形状，所述配重架包括设于支架前端下方的L形配重体支架及安装于配重体支架上的配重体。
本发明拖体将站位式的海水物理特性观测方式和走航测流结合。仪器舱内采用重力自平衡系统悬挂ADCP，CTD通过固定夹固定于仪器舱前部，钢缆上等间隔安装有温度传感器及盐度传感器，可以根据需要选择采用水平滑行的方式观测表层、底层，或中层海水流速。也可进行起伏式观测剖面的温、盐结构，在提高海水物理参数水平分辨率的同时，实现停船下放仪器观测海水物理参数剖面的功能。为锋面结构、内波观测研究提供空间分辨率较高的温盐与流场数据。尤其是在海况等级高的时候也能获得有效的观测数据，丰富海洋水文调查手段。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为ADCP安装结构示意图；
图3为前翼及身翼的结构示意图；
图4为后翼的结构示意图；
图5为配重架与支架分解开的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1和图2具体说明本发明一种海洋水文参数观测拖体的实施例，其包括固定有仪器舱2的支架1，所述支架前方连接有钢缆，所述支架前面上方设有倾角向下的前翼3，所述支架后面上方设有倾角向上的后翼5，所述支架后半部左右两侧分别设有一倾角向上的身翼4，支架前面下方设有配重架6，所述仪器舱内采用重力自平衡系统悬挂ADCP8，CTD通过固定夹固定于仪器舱前部，所述钢缆上等间隔安装有温度传感器及盐度传感器。所述仪器舱2为横截面为椭圆形的桶状结构。所述仪器舱顶部及底部采用透声板封盖。所述重力自平衡系统包括平衡支架7，所述ADCP上端左右两侧通过万向节与平衡支架连接，平衡支架通过固定栓9固定于仪器舱2内。
所述前翼3、后翼5及身翼4均为倾角可调的结构。所述支架1为不锈钢框架结构。
如图3所示，所述身翼4为缺一个角的长方形板，其中的缺角为身翼4前端外侧角。身翼4后侧与支架1转动连接，支架1在对应身翼前侧的转动路径上设有一排螺栓孔，这样可以调整身翼4倾角，然后用螺栓固定。所述前翼3包括设于支架1左右两侧的两块缺一个角的长方形前翼板30，其中的缺角为前翼板30前方外端角，前翼板外侧垂直设有一块缺角的长方形前翼侧板31，其中的缺角为前翼侧板31前方上端角。前翼3后侧与支架1转动连接，前翼前侧通过螺栓与支架固定，通过调整螺栓的固定高度实现前翼倾角可调。
如图4所示，所述后翼5包括一块长方形后翼板50，后翼板左右两侧分别垂直设有一块后翼侧板51，两后翼侧板51相互平行，所述后翼侧板为缺一个角的长方形板，其中的缺角为后翼侧板前方上端角。后翼板前侧与后翼侧板转动连接，后翼侧板在对应后翼后侧的转动路径上设有一排螺栓孔，这样可以调整后翼板50的倾角，然后用螺栓固定。
如图5所示，所述支架1前端为船头的形状10，所述配重架6包括设于支架前端下方的L形配重体支架及安装于配重体支架上的配重体。L形配重体支架转折处为圆弧过渡结构。
本发明拖体通过前翼、身翼、尾翼、配重架实现拖体水中姿态调整，
ADCP将在自身重力作用下实现剖面朝向与重力方向平行，达到有效观测剖面流速的目的。使用固定夹将CTD固定于仪器舱前部的框架上，同时进行海水物理特性的观测。
力学结构：拖体的前翼采用前倾向下的设计，并且其倾角可调，在水中运行时前翼能够提供一个下压力，再根据需要加上配重，它们能够和船只拖曳力的垂直分量平衡。身翼和尾翼主要是保持仪器工作时的姿态，其倾角也是可调的，与前翼不同的是，其采用倾角向上的设计，配合前翼和配重实现水平姿态调整。
平稳特性：在前翼、身翼、尾翼以及配重架的共同作用下，拖体在水中实现水平姿态平稳，不出现侧向翻滚的情况。仪器舱内采用重力自平衡系统，保持观测仪器ADCP换能器处于铅直的角度，使仪器处于有效观测角度。拖体水中处于前倾向下的姿态，设计最大前倾角度为20°，否则波束将受到仪器舱壁的阻挡。
透声与湍流抑制：仪器舱上下采用透声板封盖，在不阻碍ADCP声波的同时，抑制大量气泡的产生，降低湍流对观测仪器的影响。
本发明采用船尾水中拖行观测，ADCP剖面方向可以选择向上，也可以选择向下。根据需要选择采用水平滑行的方式观测表层、底层，或中层海水流速。也可进行起伏式观测剖面的温、盐结构，在提高海水物理参数水平分辨率的同时，实现停船下放仪器观测海水物理参数剖面的功能。
实施案例：
观测区域为吕宋海峡附近海域，观测目的为黑潮入侵南海的具体方式、强度。需要观测400米以浅水层的温、盐和流速结构。调查船只安装了走航ADCP，但是由于此海区海况差、海水清洁度高等客观原因，有效观测深度不超过300米。拖体的ADCP观测剖面向上，在下放的钢缆上等间隔安装温、盐传感器。
将拖体的ADCP和走航ADCP观测时间同步，结合走航GPS资料得到拖体的流速观测值。从而获得400米以浅水层的温、盐和流速结构。
Claims (1)
1.一种海洋水文参数观测拖体，包括固定有仪器舱（2）的支架（1），所述支架前方连接有钢缆，其特征在于：所述支架前面上方设有倾角向下的前翼（3），所述支架后面上方设有倾角向上的后翼（5），所述支架后半部左右两侧分别设有一倾角向上的身翼（4），支架前面下方设有配重架（6），所述仪器舱内采用重力自平衡系统悬挂ADCP（8），CTD通过固定夹固定于仪器舱前部，所述钢缆上等间隔安装有温度传感器及盐度传感器，所述仪器舱（2）为横截面为椭圆形的桶状结构，所述仪器舱（2）顶部及底部采用透声板封盖，所述重力自平衡系统包括平衡支架（7），所述ADCP（8）上端左右两侧通过万向节与平衡支架连接，平衡支架通过固定栓（9）固定于仪器舱（2）内，所述前翼（3）、后翼（5）及身翼（4）均为倾角可调的结构，所述支架（1）为不锈钢框架结构，所述身翼（4）为缺一个角的长方形板，其中的缺角为身翼前端外侧角，所述后翼（5）包括一块长方形后翼板（50），后翼板左右两侧分别垂直设有一块后翼侧板（51），两后翼侧板相互平行，所述后翼侧板为缺一个角的长方形板，其中的缺角为后翼侧板前方上端角，所述前翼（3）包括设于支架（1）左右两侧的两块缺一个角的长方形前翼板（30），其中的缺角为前翼板前方外端角，前翼板外侧垂直设有一块缺角的长方形前翼侧板（31），其中的缺角为前翼侧板前方上端角，所述支架（1）前端为船头的形状（10），所述配重架（6）包括设于支架前端下方的L形配重体支架及安装于配重体支架上的配重体。
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