CN103587653A

CN103587653A - 海洋观测用潜标

Info

Publication number: CN103587653A
Application number: CN201210292082.2A
Authority: CN
Inventors: 栾锡武; 刘鸿
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN103587653B

Abstract

本发明涉及一种海洋观测调查用设备，尤其涉及一种海洋观测领域用的潜标。本发明的海洋观测用潜标，包括浮筒（1）、潜标主体（11）、抛载装置（12），浮筒（1）设置在潜标主体（11）的顶端，抛载装置（12）设置在潜标主体（11）的底端。本发明的有益效果是，潜标既可以像Argo浮标那样根据预先设定的程序进行工作，也可以实时的接收母船控制系统发送的指令进行工作，潜标在抛载系统的帮助下可以随时以一个较快的速度进行上浮或者下潜，并能在任意深度上进行定深。

Description

海洋观测用潜标

技术领域

本发明涉及一种海洋观测调查用设备，尤其涉及一种海洋观测领域用的潜标。

背景技术

海洋潜标系统是海洋环境观测的重要设备之一。根据潜标与水面支持设备（母船或平台）间联系方式的不同，可以大致分为两大类：一类是有缆水下观测潜标，通过电缆由母船向其提供动力，人在母船上通过电缆对其进行遥控；另一类是无缆水下观测潜标，也叫水下自主式观测潜标。

传统的有缆式海洋观测潜标系统一般由水下部分和水上机组成。水下部分一般由主浮体、探测仪器、浮子锚系系统和释放器组成。通常主浮体布放在海面下100米左右或更深的区域中；锚系系统将整个系统固定在某一选定的测点上。在主浮体与锚之间的系留绳索上，根据需要挂放多层自动观测仪器和浮子，在系留索与锚的连接处安装释放器。海洋潜标系统由工作船布放，观测仪器在水下进行长周期的自动观测并将观测数据储存。回收系统时，工作船到达原测点，水上机发送指令使释放器释放锚块，系统上浮回收。

传统的有缆布放式海洋观测潜标为了观测海面下不同深度的层面上的海洋参数，须沿系缆在相隔几十米或几百米处的不同深度上放置所需观测仪器，因此，由于携带的观测仪器数量多而导致成本很高。传统有缆式海洋观测潜标适合长期的海洋参数观测工作，不具备机动灵活的特点。

以ARGO浮标为例介绍无缆式海洋观测潜标的工作原理：浮标的沉浮功能主要依靠液压驱动系统来实现。液压系统则由单冲程泵、皮囊、压力传感器和高压管路等部件组成，皮囊装在浮标体的外部，有管路与液压系统相连。当泵体内的油注入皮囊后会使皮囊体积增大，致使浮标的浮力逐渐增大而上升。反之，柱塞泵将皮囊里的油抽回，皮囊体积缩小，浮标浮力随之减小，直至重力大于浮力，浮标体逐渐下沉。若在浮标的控制微机中输入按预定动作要求编写的程序，则微机会根据压力传感器测量的深度参数控制下潜深度、水下停留时间、上浮、剖面参数测量、水面停留和数据传输，以及再次下潜等工作环节，从而实现浮标的自动沉浮、测量和数据传输等功能。

ARGO浮标的测量过程是事先通过程序设定使得浮标潜到设定深度，然后在上升过程中利用自身携带的各种传感器进行连续剖面测量，当浮标到达海面后，通过定位与数据传输卫星系统自动将测量数据传送到卫星地面接收站，经信号转换处理后发送给浮标拥有者。浮标在海面的停留时间约需6-12小时，当全部测量数据传输完毕后，浮标会再次自动下沉到预定深度，重新开始下一个循环过程。ARGO浮标虽然不像有缆式浮标需携带很多组传感器，但是它不能随时根据需要进行动作，也不具备在某一设定深度停留的功能，不具备机动灵活的特点，并且数据不能实时传输，需要在浮出水面以后通过卫星中转传输给浮标拥有者。另外。ARGO浮标的最大排油量有限，排油量的大小由液压驱动系统活塞一个行程的排油量决定，受到液压缸直径大小、长度的限制。

现代海底热液的研究始于1977年，当时，美国的阿尔文号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部采得由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年又在同一地点约2610-1650米的海底熔岩上，发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱，约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟囱”，沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘，称为“黑烟囱”。海底冷泉之广泛发育于活动和被动大陆边缘斜坡海底，海底沉积界面之下，以水、碳氢化合物（天然气和石油）、硫化氢、细粒沉积物为主要成分，温度与海水相近的流体，以喷涌和渗漏方式注入盆地，并产生一系列的物理、化学及生物作用，这种作用及产物称为冷泉。冷泉区别于热液喷口的地方是，喷泉喷射出的液体和周围海水温度大体一致，而海底热液喷出的液体则高于周围海水温度。目前我们还没有能对海底热液或冷泉的上升流直接进行观测的仪器设备。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种海洋观测用潜标，其能够实现海洋中从浅海到深海不同深度的温度、盐度、深度等资料的测量和实时传输，可以用来对海底热液和冷泉系统进行观测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其本发明的海洋观测用潜标包括浮筒、潜标主体、抛载装置，浮筒设置在潜标主体的顶端，抛载装置设置在潜标主体的底端。

本发明能够根据预定程序和外部指令以一个较快的速度下潜、上浮和在任意深度定深，可以被母船进行高精度实时定位，测量数据能够存储并实时上传到母船。

浮筒包括两个相对设置的中耐压壳，每个中耐压壳的前端通过固定支架固定连接端耐压壳，两中耐压壳之间通过固定金属箍连接，固定金属箍上分别设有声通讯模块、无线搜寻信标机、超短基线信标机，超短基线信标机下端通过卡箍与潜标主体连接。

卡箍的顶端设有金属箍圈，卡箍通过金属箍圈与潜标主体连接。

潜标主体包括中间耐压壳体以及分别与其上下端连接且内部连通的顶部耐压壳体和底部耐压壳体，中间耐压壳体内设有支撑架，底部耐压壳体底端外侧设有外皮囊，外皮囊内插有一个外皮囊气阀杆，所述的外皮囊气阀杆的另一端与一个设置在底部耐压壳体内的外皮囊油管的一端相连，所述的外皮囊油管的另一端与一个电磁换向阀的第一接口相连通；一个内皮囊设置在所述的中间耐压壳体内，内皮囊固定板将所述的内皮囊固定在所述的支撑架上，在所述的内皮囊内插有一个内皮囊气阀杆，所述的内皮囊气阀杆的一端与一个内皮囊油管的一端相连，所述的内皮囊油管的另一端与所述的电磁换向阀的第二接口相连通；在所述的支撑架上固定设有一个电机，所述的电机的输出轴的转动通过传动装置被传递到一个套在丝杠上的丝杠螺母上；所述的丝杠的一端固定有丝杠防转件，丝杠的另一端连接液压缸内设置的活塞轴销，活塞轴销与活塞相连；所述的液压缸的出口端通过液压缸出口接头与所述的电磁换向阀相连通；在所述的支撑架上连接有电池组；顶部耐压壳体的上部安装传感器。

所述的液压缸的出口端通过液压缸出口接头与所述的电磁换向阀相连通；在所述的顶部耐压壳体的上部安装有传感器护罩，在所述的传感器护罩内安装有温度、盐度和深度传感器，在所述的支撑架上连接有电池组、单片机；母船上安装的主控计算机输出运动控制命令给所述的声通讯模块并接受来自所述的声通讯模块的数据信号，所述的声通讯模块用于接收所述的主控计算机输出的运动控制命令并将该命令输出给所述的单片机同时接受来自所述的单片机的数据信号，所述的单片机用于采集所述的温度、盐度和深度传感器的输出数据并将该数据传给所述的声通讯模块同时接受来自所述的声通讯模块的运动控制指令，所述的电池组的电源输出端与所述的单片机的电源端相连；所述的单片机通过其接口发出信号给控制芯片，所述的控制芯片将模拟输入信号转换成相应的数字信号向电动机发出正转、反转或者停止控制信号，并向所述的换向阀发出换向信号。在母船上安装有超短基线定位系统收发器，所述的收发器向所述的超短基线信标机发出并接收所述的超短基线信标机返回的信号，从而实现对潜标的实时定位。

丝杠的顶端沿垂直方向设有导向支架，导向支架固定在所述的支撑架上，导向支架内侧开有导向槽，所述的丝杠防转件的两端插在所述的导向槽内并且与其导向槽之间上、下滑动配合。

所述的传动装置包括与电机的输出轴固定连接的小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过连接螺栓与丝杠螺母固接。

所述的传感器包括温度传感器、盐度传感器和深度传感器。

底部耐压壳体内设有底部弯托杆，底部弯托杆的一端与外皮囊连接，另一端与支撑架固定连接。

抛载装置包括外壳以及设置在外壳内的抛载控制单元。外皮囊设置在抛载装置的外壳内。

抛载控制单元包括腐蚀仓，腐蚀仓的下端开口，腐蚀仓内设有抛载重块，抛载重块的顶端设有固定壳，固定壳与抛载重块之间设有弹簧，抛载重块通过金属丝与阳极导线连接，阳极导线通过阳极锁紧螺母与固定壳固定连接，阴极导线通过阴极锁紧螺母与固定壳固定连接。

当声通讯设备收到母船主控单元的抛载指令后，将抛载指令发送给所述的抛载控制单元，所述的抛载控制单元控制使所述的抛载动作单元对相应的指令做出响应。若干个所述的抛载重块对称分布在水下设备的下部，并放置于相对密封的腐蚀舱内，所述的腐蚀舱下端开口，使所述的抛载重块抛载释放后自由落体，不受阻拦，通过所述的抛载装置固定壳和水下设备固定。当在湖泊等淡水情况下使用时，将所述的腐蚀舱内灌装高盐度水，利用所述的腐蚀舱内的盐水产生电化学腐蚀反应，同样起到快速抛载作用。

本发明的有益效果是，潜标既可以像Argo浮标那样根据预先设定的程序进行工作，也可以实时的接收母船控制系统发送的指令进行工作，潜标在抛载系统的帮助下可以随时以一个较快的速度进行上浮或者下潜，并能在任意深度上进行定深。

附图说明

图1为本发明的整体外形结构示意图；

图2为本发明的潜标主体内部结构示意图；

图3为本发明的抛载装置与潜标主体结合状态示意图；

图4为本发明的抛载装置内部结构示意图。

图5为本发明的抛载控制单元内部结构示意图。

图中：1.浮筒；2.顶部耐压壳体；3.固定支架；4.超短基线信标机；5.声通讯模块；6.内皮囊；7.卡箍；8.内皮囊气阀杆；9.内皮囊固定板；10.电机；11.潜标主体；12.抛载装置；13.外壳；14.小齿轮；15.金属箍圈；16.固定金属箍；17.无线搜寻信标机；18.端耐压壳；19.中耐压壳；20.电池组；21.内皮囊油管；22.电磁换向阀；23.底部弯托杆；24.底部耐压壳体；25.外皮囊；26.外皮囊气阀杆；27.外皮囊油管；29.液压缸出口接头；30.液压缸；31.抛载控制单元；35.活塞；36.活塞轴销；39.丝杠螺母；40.连接螺栓；41.大齿轮；42.丝杠；43.丝杠防转件；45.导向支架；47.中间耐压壳体；48.支撑架；51.传感器；311.阳极导线；312.阴极导线；313.阳极锁紧螺母；314.固定壳；315.弹簧；316.阴极锁紧螺母；317.金属丝；318.抛载重块；319.腐蚀仓；。

具体实施方式

本发明的海洋观测用潜标包括浮筒1、潜标主体11、抛载装置12，浮筒1设置在潜标主体11的顶端，抛载装置12设置在潜标主体11的底端。

浮筒1包括两个相对设置的中耐压壳19，每个中耐压壳19的前端通过固定支架3固定连接端耐压壳18，两中耐压壳19之间通过固定金属箍16连接，固定金属箍16上分别设有声通讯模块5、无线搜寻信标机17、超短基线信标机4，超短基线信标机4下端通过卡箍7与潜标主体11连接。

卡箍7的顶端设有金属箍圈15，卡箍7通过金属箍圈15与潜标主体11连接。

潜标主体11包括中间耐压壳体47以及分别与其上下端连接且内部连通的顶部耐压壳体2和底部耐压壳体24，中间耐压壳体47内设有支撑架48，底部耐压壳体24底端外侧设有外皮囊25，外皮囊25内插有一个外皮囊气阀杆26，所述的外皮囊气阀杆26的另一端与一个设置在底部耐压壳体24内的外皮囊油管27的一端相连，所述的外皮囊油管27的另一端与一个电磁换向阀22的第一接口相连通；一个内皮囊6设置在所述的中间耐压壳体47内，内皮囊固定板9将所述的内皮囊6固定在所述的支撑架48上，在所述的内皮囊6内插有一个内皮囊气阀杆8，所述的内皮囊气阀杆8的一端与一个内皮囊油管21的一端相连，所述的内皮囊油管21的另一端与所述的电磁换向阀22的第二接口相连通；在所述的支撑架48上固定设有一个电机10，所述的电机10的输出轴的转动通过传动装置被传递到一个套在丝杠42上的丝杠螺母39上；所述的丝杠42的一端固定有丝杠防转件43，丝杠42的另一端连接液压缸30内设置的活塞轴销36，活塞轴销36与活塞35相连；所述的液压缸30的出口端通过液压缸出口接头29与所述的电磁换向阀22相连通；在所述的支撑架48上连接有电池组20；顶部耐压壳体2的上部安装传感器51。

丝杠42的顶端沿垂直方向设有导向支架45，导向支架45固定在所述的支撑架48上，导向支架45内侧开有导向槽，所述的丝杠防转件43的两端插在所述的导向槽内并且与其导向槽之间上、下滑动配合。

所述的传动装置包括与电机10的输出轴固定连接的小齿轮14，小齿轮14与大齿轮41啮合，大齿轮41通过连接螺栓40与丝杠螺母39固接。

所述的传感器51包括温度传感器、盐度传感器和深度传感器。

底部耐压壳体24内设有底部弯托杆23，底部弯托杆23的一端与外皮囊25连接，另一端与支撑架48固定连接。

抛载装置12包括外壳13以及设置在外壳内的抛载控制单元31。

抛载控制单元31包括腐蚀仓319，腐蚀仓319的下端开口，腐蚀仓319内设有抛载重块318，抛载重块318的顶端设有固定壳314，固定壳314与抛载重块318之间设有弹簧315，抛载重块318通过金属丝317与阳极导线311连接，阳极导线311通过阳极锁紧螺母313与固定壳314固定连接，阴极导线312通过阴极锁紧螺母316与固定壳314固定连接。

Claims

1.一种海洋观测用潜标，其特征在于，包括浮筒（1）、潜标主体（11）、抛载装置（12），浮筒（1）设置在潜标主体（11）的顶端，抛载装置（12）设置在潜标主体（11）的底端。

2.根据权利要求1所述的海洋观测用潜标，其特征在于，浮筒（1）包括两个相对设置的中耐压壳（19），每个中耐压壳（19）的前端通过固定支架（3）固定连接端耐压壳（18），两中耐压壳（19）之间通过固定金属箍（16）连接，固定金属箍（16）上分别设有声通讯模块（5）、无线搜寻信标机（17）、超短基线信标机（4），超短基线信标机（4）下端通过卡箍（7）与潜标主体（11）连接。

3.根据权利要求2所述的海洋观测用潜标，其特征在于，卡箍（7）的顶端设有金属箍圈（15），卡箍（7）通过金属箍圈（15）与潜标主体（11）连接。

4.根据权利要求1所述的海洋观测用潜标，其特征在于，潜标主体（11）包括中间耐压壳体（47）以及分别与其上下端连接且内部连通的顶部耐压壳体（2）和底部耐压壳体（24），中间耐压壳体（47）内设有支撑架（48），底部耐压壳体（24）底端外侧设有外皮囊（25），外皮囊（25）内插有一个外皮囊气阀杆（26），所述的外皮囊气阀杆（26）的另一端与一个设置在底部耐压壳体（24）内的外皮囊油管（27）的一端相连，所述的外皮囊油管（27）的另一端与一个电磁换向阀（22）的第一接口相连通；一个内皮囊（6）设置在所述的中间耐压壳体（47）内，内皮囊固定板（9）将所述的内皮囊（6）固定在所述的支撑架（48）上，在所述的内皮囊（6）内插有一个内皮囊气阀杆（8），所述的内皮囊气阀杆（8）的一端与一个内皮囊油管（21）的一端相连，所述的内皮囊油管（21）的另一端与所述的电磁换向阀（22）的第二接口相连通；在所述的支撑架（48）上固定设有一个电机（10），所述的电机（10）的输出轴的转动通过传动装置被传递到一个套在丝杠（42）上的丝杠螺母（39）上；所述的丝杠（42）的一端固定有丝杠防转件（43），丝杠（42）的另一端连接液压缸（30）内设置的活塞轴销（36），活塞轴销（36）与活塞（35）相连；所述的液压缸（30）的出口端通过液压缸出口接头（29）与所述的电磁换向阀（22）相连通；在所述的支撑架（48）上连接有电池组（20）；顶部耐压壳体（2）的上部安装传感器（51）。

5.根据权利要求4所述的海洋观测用潜标，其特征在于，丝杠（42）的顶端沿垂直方向设有导向支架（45），导向支架（45）固定在所述的支撑架（48）上，导向支架（45）内侧开有导向槽，所述的丝杠防转件（43）的两端插在所述的导向槽内并且与其导向槽之间上、下滑动配合。

6.根据权利要求4所述的海洋观测用潜标，其特征在于，所述的传动装置包括与电机（10）的输出轴固定连接的小齿轮（14），小齿轮（14）与大齿轮（41）啮合，大齿轮（41）通过连接螺栓（40）与丝杠螺母（39）固接。

7.根据权利要求4所述的海洋观测用潜标，其特征在于，所述的传感器（51）包括温度传感器、盐度传感器和深度传感器。

8.根据权利要求4所述的海洋观测用潜标，其特征在于，底部耐压壳体（24）内设有底部弯托杆（23），底部弯托杆（23）的一端与外皮囊（25）连接，另一端与支撑架（48）固定连接。

9.根据权利要求1所述的海洋观测用潜标，其特征在于，抛载装置（12）包括外壳（13）以及设置在外壳内的抛载控制单元（31）。

10.根据权利要求9所述的海洋观测用潜标，其特征在于，抛载控制单元（31）包括腐蚀仓（319），腐蚀仓（319）的下端开口，腐蚀仓（319）内设有抛载重块（318），抛载重块（318）的顶端设有固定壳（314），固定壳（314）与抛载重块（318）之间设有弹簧（315），抛载重块（318）通过金属丝（317）与阳极导线（311）连接，阳极导线（311）通过阳极锁紧螺母（313）与固定壳（314）固定连接，阴极导线（312）通过阴极锁紧螺母（316）与固定壳（314）固定连接。