CN103776429A - 一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法，该装置包括与探测设备相连接的透光外壳，该信标装置还包括有耐压透光内壳，内壳固定安装于外壳内；在内壳里从下到上依次固定安装有充电电池、主电路板和太阳能电池板，所述的主电路板上包括控制单元、定位单元和通信单元，以及电源管理单元等。本发明所公开的用于海洋探测设备回收的信标装置，与投放至海底的探测设备连接在一起，当探测设备被释放时，信标装置也一起被释放，信标装置上电并开始工作。当信标装置上升到海面时，可以定位并将定位信息通过无线方式发送给搜寻船上的无线通信设备，由于信标装置与被搜寻的探测设备连接在一起，因此找到了信标装置也就找到了探测设备。

Description

一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及海洋探测领域，具体的说涉及该领域的一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，海洋变得越来越重要，海上的人类活动也越来越多。海洋活动有三大主题，即海洋科学研究、海洋探测、海洋资源开发。其中海洋探测的任务是获取海洋环境和资源信息，从而为海洋科学研究和海洋资源开发服务。在海洋探测的过程中，需要向海洋中投放各种设备以实现探测目标。根据探测目标的不同，这些设备有的被安装在海底，有的被安装在距离水面不同深度的海水中。

就目前而言，一种方式是当海洋探测船到达指定位置后，用坚固的缆绳绑住探测设备，再将其投放至海水中进行工作，设备完成探测工作后进行吊起回收，这样的优点是设备的回收比较方便，不容易出现问题，成功率较高。当然，这种方法的缺点也非常明显：一是成本高，需要海洋探测船的长时间出海支持，出海费用昂贵；二是设备不能长时间独立工作，而且受制于连接线缆的长度，难以对较深海底进行探测。

为了克服上述方式的局限性，人们往往把海洋探测设备通过声学释放器连接到水泥底座上，然后一起投放到海底，让海洋探测设备独立工作。当海洋探测过程结束后，再把这些设备从水泥底座上释放掉，使其自然上升至海面，然后人工搜寻并回收。由于海面广阔，设备在海流的作用下，往往会偏离预先设定的位置，导致设备搜寻困难，甚至发生设备丢失现象，造成重大经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种用于海洋探测设备回收的信标装置及其运行方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于海洋探测设备回收的信标装置，包括与探测设备相连接的透光外壳，该透光外壳由可以组合成一体的上下两部分组成，该信标装置还包括有耐压透光内壳，该耐压透光内壳由可以密封组合成一体的上下两部分组成，并且内壳固定安装于外壳内；在内壳里从下到上依次固定安装有充电电池、主电路板和太阳能电池板，所述的主电路板上包括控制单元，与控制单元电连接的GPS定位单元和通信单元，与水银开关电连接的电源管理单元，该电源管理单元控制太阳能电池板为充电电池充电并且控制充电电池为主电路板上的各单元供电。

在一个优选的实施方式中，所述的耐压透光内壳为耐压玻璃球体，并且在球体上有抽气口。

在一个优选的实施方式中，主电路板上还包括与控制单元电连接的光敏器件和频闪指示灯，并且在太阳能电池板上还开有孔，所述通信单元的天线和频闪指示灯伸出孔外。

在一个优选的实施方式中，在透光外壳的上部安装有上固定底座，在透光外壳的下部安装有下固定底座，连接软索的一端与探测设备相连接，另一端则与透光外壳的上固定底座或下固定底座相连接。

在一个优选的实施方式中，在充电电池的下部还安装有无线充电线圈，电源管理单元控制该无线充电线圈为充电电池充电。

在一个优选的实施方式中，在耐压透光内壳的球体下部的内壁上固定粘接有铝制圆环，铝制圆环的下部粘接有无线充电线圈，而电池电路板则通过螺钉固定于铝制圆环上，充电电池绑扎于电池电路板的中心位置，主电路板通过尼龙连接柱和螺钉与电池电路板固定连接，位于球体赤道位置的太阳能电池板通过尼龙连接柱和螺钉与主电路板固定连接。

在一个优选的实施方式中，透光外壳的上下两部分之间通过紧固螺栓组合成一体，耐压透光内壳的上下两部分之间通过胶带粘接密封组合成一体后，再用不锈钢喉箍对耐压透光内壳进行固定，并且在耐压透光内壳和不锈钢喉箍之间使用橡胶层隔离。

在一个优选的实施方式中，所述的通信单元使用的通信方式为无线通信、卫星通信或移动通信。

在一个优选的实施方式中，所述的光敏器件为光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管或者包含上述器件的集成电路。

一种用于海洋探测设备回收的信标装置的运行方法，包括如下步骤：

（1）把信标装置上下倒置后，通过上固定底座和/或下固定底座和探测设备连接在一起，并固定于一重物上，将它们与重物一起沉入海中，此时水银开关断开，信标装置处于断电状态；

（2）当信标装置和探测设备从海底的重物上释放开后，信标装置在重力的作用下恢复上下正置，此时水银开关接通，信标装置处于上电状态；

（3）在信标装置处于上电状态后，控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息，如获取成功即转入步骤（4）的正常模式，否则进入休眠模式：即停止工作一定时间后再次获取信标装置的位置信息，该休眠模式循环进行直到符合条件转入步骤（4）的正常模式或者电压低于设定值转入步骤（5）的低压模式为止；

（4）在控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息后信标装置进入正常模式：即控制单元通过通信单元每隔一定的时间向外界发出信标装置的位置信息，并且控制单元还会通过光敏器件检测周围环境光线，若光线暗于设定值则启动频闪指示灯闪烁发光，在正常模式过程中如果电压低于设定值则转入步骤（5）的低压模式，如果在一定时间内没有收到外界的反馈信息则转入步骤（3）的休眠模式；

（5）信标装置在休眠模式和正常模式过程中，如果电压低于设定值则转入低压模式：即停止工作并定时进行电压检测，直到电压达到设定值后转入步骤（3）的休眠模式。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的用于海洋探测设备回收的信标装置，可以与投放至海底的探测设备连接在一起。当探测设备在海底工作时，信标装置被倒置放置，水银开关断开，处于断电状态；当探测设备被释放时，信标装置也一起被释放，信标装置在重力的作用下恢复正置，水银开关接通，上电并开始工作。当信标装置上升到海面时，可以定位并将定位信息通过无线方式发送给搜寻船上的无线通信设备，在晚上或者视线不好的情况下，信标装置还可以通过安装的频闪指示灯闪烁发光提供直观的目测定位支持。由于信标装置通过连接软索与被搜寻的探测设备连接在一起，因此找到了信标装置也就找到了探测设备。

具体的说，信标装置通过GPS定位单元可以获取精确的位置信息，并将该位置信息通过通信单元传送到回收船上的无线通信设备，并配以频闪指示灯的闪烁指示，能够提高探测设备回收的成功率；

倒置断电的设计，可以在不需要信标装置工作时节省充电电池的电量；充电电池、无线充电线圈、主电路板等部件都安装于信标装置耐压透光内壳的下部球体上，使信标装置的重心位于内壳的下部球体，在信标装置从海底的重物上释放后，即可在重力的作用下恢复上下正置，此时水银开关接通，信标装置处于上电状态；

太阳能电池板和无线充电线圈两种充电模式，既考虑到了海上漂浮情况，又考虑到了实验室或船载情况。在海上漂浮情况下，只能使用太阳能充电，但在实验室或船载时，可以利用太阳能和无线充电相结合的模式，快速充电，使信标装置可以快速投入使用。

耐压透光内壳能够耐压一定深度，并且留有抽气口，抽真空后由于内外压强差，使得两个半球体牢牢吸附在一起，之后用专用的胶带对半球体连接缝隙处粘接密封，具有非常好的密封性，以保护其内部电路及电气部件。

耐压透光内壳外端用不锈钢喉箍固定，为了保护玻璃球体并增大摩擦力，在喉箍和耐压透光内壳之间用橡胶层隔离。而透光外壳可以保护耐压透光内壳不受海底碎石等的撞击，并且易于和探测设备通过软索连接。

本发明所公开的用于海洋探测设备回收的信标装置的运行方法，设计了休眠模式、正常模式、低压模式三种工作状态，可以有效利用充电电池的电量，从而延长信标装置的工作时间。

附图说明

图1是本发明实施例2所公开的信标装置的电路连接示意图；

图2是本发明实施例2所公开的信标装置的机械结构示意图；

图3是本发明实施例3所公开的信标装置运行方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本实施例公开了一种用于海洋探测设备回收的信标装置，包括与探测设备相连接的透光外壳，该透光外壳可以是圆柱体或球体等多种形状，并且由可以组合成一体的上下两部分组成，该信标装置还包括有耐压透光内壳，该耐压透光内壳也可以是圆柱体，球体等多种形状，并由可以密封组合成一体的上下两部分组成，并且内壳固定安装于外壳内；在内壳里从下到上依次固定安装有充电电池、主电路板和太阳能电池板，所述的主电路板上包括控制单元，与控制单元电连接的GPS定位单元和通信单元，与水银开关电连接的电源管理单元，该电源管理单元控制太阳能电池板为充电电池充电并且控制充电电池为主电路板上的各单元供电。

在本实施例中，水银开关在信标装置上下倒置时断开，上下正置时接通。水银开关接通后，信标装置上电，电源管理单元检测充电电池电压，如果高于设定值则装置进入正常工作模式，否则关闭不必需的单元，进入休眠模式，节省电能等待充电直至通过太阳能电池板充电至设定值以上为止。

主电路板上的控制单元得电后，首先启动GPS定位单元获取信标装置的位置信息，如果获取失败，即关闭GPS定位单元并计时一定时间后再次获取，如果获取成功，即启动通信单元每隔一定的时间向外界发出信标装置的位置信息，如果通信单元在一定时间内收到了外界的反馈信息，则控制单元就会根据反馈信息的指示进行操作，如果在一定时间内没有收到外界的反馈信息，则关闭通信单元并恢复计时一定时间后获取位置信息的过程。

实施例2，如图1—2所示，本实施例公开了一种用于海洋探测设备回收的信标装置，包括透光外壳1，该透光外壳由上下两部分组成，两部分之间通过紧固螺栓2组合成一体，在透光外壳的上部安装有上固定底座3，在透光外壳的下部安装有下固定底座4，探测设备通过连接软索5与透光外壳的下固定底座连接在一起。该信标装置还包括有耐压透光内壳6，该耐压透光内壳由可以密封组合成一体的上下两部分组成，并且内壳固定安装于外壳内；在内壳里从下到上依次固定安装有充电电池7、主电路板8和太阳能电池板9，所述的主电路板上包括控制单元10，与控制单元电连接的GPS定位单元11和通信单元12，与水银开关13电连接的电源管理单元14，该电源管理单元控制太阳能电池板为充电电池充电并且控制充电电池为主电路板上的各单元供电。

具体的说，上述的耐压透光内壳为耐压玻璃球体，并且在球体上有抽气口，当球体内的部件安装完成后，把球体的上下两部分密封组合成一体，并用真空泵通过抽气口抽气，抽气至一定程度后用气孔塞塞紧抽气口，由于球体内外压强差，使得球体的上下两部分牢牢吸附在一起，然后用胶带粘接密封，最后再用不锈钢喉箍对球体进行固定，并且在球体和不锈钢喉箍之间使用橡胶层隔离。

上述的主电路板上还包括与控制单元电连接的光敏器件15和频闪指示灯16，并且在太阳能电池板上还开有孔，所述通信单元的天线17和频闪指示灯伸出孔外。在充电电池的下部还安装有无线充电线圈18，电源管理单元控制该无线充电线圈为充电电池充电。

充电电池、主电路板和太阳能电池板在耐压透光内壳内的具体安装结构为：

在耐压透光内壳的下部球体的内壁上使用紫外线快速固定UV胶固定粘接铝制圆环19，铝制圆环的下部粘接有无线充电线圈，而电池电路板20则通过螺钉固定于铝制圆环上，圆环结构的好处有两个，一方面是减轻重量，另一方面是方便安装和拆卸无线充电线圈。充电电池绑扎于电池电路板的中心位置，充电电池是整个信标装置最重的部分，把其放在耐压透光内壳的下部球体可以使信标装置的重心位于内壳的下部位置，因此当信标装置从海底的重物上释放后，即可在重力的作用下恢复上下正置。主电路板通过尼龙连接柱21和螺钉22与电池电路板固定连接，位于球体赤道位置的太阳能电池板通过尼龙连接柱和螺钉与主电路板固定连接。太阳能电池板位于球体赤道位置，可以使其受光面积最大，以提高充电效率。GPS天线同样也位于赤道位置，信号不会被阻挡，有助于快速准确的获取定位信息。

上述的通信单元使用的通信方式为无线通信、卫星通信或移动通信。

上述的光敏器件为光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管或者包含上述器件的集成电路。

在本实施例中，水银开关接通后，信标装置上电，电源管理单元检测充电电池电压，如果高于设定值则装置进入正常工作模式，否则关闭不必需的单元，进入休眠模式，节省电能等待充电直至通过太阳能电池板充电至设定值以上为止。

主电路板上的控制单元得电后，首先启动GPS定位单元获取信标装置的位置信息，如果获取失败，即关闭GPS定位单元并计时一定时间后再次获取，如果获取成功，即启动通信单元每隔一定的时间向外界发出信标装置的位置信息，并启动光敏器件检测周围环境光线，如光线暗于设定值则启动频闪指示灯闪烁发光，如果通信单元在一定时间内收到了外界的反馈信息，则控制单元就会根据反馈信息的指示进行操作，如果在一定时间内没有收到外界的反馈信息，则关闭通信单元和光敏器件，并恢复计时一定时间后获取位置信息的过程。

实施例3，如图3所示，本实施例公开了一种用于海洋探测设备回收的信标装置的运行方法，包括如下步骤：

（1）把信标装置上下倒置后，通过上固定底座和/或下固定底座和探测设备连接在一起，并固定于一重物上，将它们与重物一起沉入海中，此时水银开关断开，信标装置处于断电状态；

（2）当信标装置和探测设备从海底的重物上释放开后，信标装置在重力的作用下恢复上下正置，此时水银开关接通，信标装置处于上电状态；

（3）在信标装置处于上电状态后，控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息，如获取成功即转入步骤（4）的正常模式，否则进入休眠模式：即停止工作一定时间后再次获取信标装置的位置信息，该休眠模式循环进行直到符合条件转入步骤（4）的正常模式或者电压低于设定值转入步骤（5）的低压模式为止；

（4）在控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息后信标装置进入正常模式：即控制单元通过通信单元每隔一定的时间向外界发出信标装置的位置信息，并且控制单元还会通过光敏器件检测周围环境光线，如光线暗于设定值则启动频闪指示灯闪烁发光，在正常模式过程中如果电压低于设定值则转入步骤（5）的低压模式，如果在一定时间内没有收到外界的反馈信息则转入步骤（3）的休眠模式；

（5）信标装置在休眠模式和正常模式过程中，如果电压低于设定值则转入低压模式：即停止工作并定时进行电压检测，直到电压达到设定值后转入步骤（3）的休眠模式。

Claims (10)

1.一种用于海洋探测设备回收的信标装置，包括与探测设备相连接的透光外壳，该透光外壳由可以组合成一体的上下两部分组成，其特征在于：该信标装置还包括有耐压透光内壳，该耐压透光内壳由可以密封组合成一体的上下两部分组成，并且内壳固定安装于外壳内；在内壳里从下到上依次固定安装有充电电池、主电路板和太阳能电池板，所述的主电路板上包括控制单元，与控制单元电连接的GPS定位单元和通信单元，与水银开关电连接的电源管理单元，该电源管理单元控制太阳能电池板为充电电池充电并且控制充电电池为主电路板上的各单元供电。

2.根据权利要求1所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：所述的耐压透光内壳为耐压玻璃球体，并且在球体上有抽气口。

3.根据权利要求2所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：主电路板上还包括与控制单元电连接的光敏器件和频闪指示灯，并且在太阳能电池板上还开有孔，所述通信单元的天线和频闪指示灯伸出孔外。

4.根据权利要求3所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：在透光外壳的上部安装有上固定底座，在透光外壳的下部安装有下固定底座，连接软索的一端与探测设备相连接，另一端则与透光外壳的上固定底座或下固定底座相连接。

5.根据权利要求4所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：在充电电池的下部还安装有无线充电线圈，电源管理单元控制该无线充电线圈为充电电池充电。

6.根据权利要求5所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：在耐压透光内壳的球体下部的内壁上固定粘接有铝制圆环，铝制圆环的下部粘接有无线充电线圈，而电池电路板则通过螺钉固定于铝制圆环上，充电电池绑扎于电池电路板的中心位置，主电路板通过尼龙连接柱和螺钉与电池电路板固定连接，位于球体赤道位置的太阳能电池板通过尼龙连接柱和螺钉与主电路板固定连接。

7.根据权利要求2所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：透光外壳的上下两部分之间通过紧固螺栓组合成一体，耐压透光内壳的上下两部分之间通过胶带粘接密封组合成一体后，再用不锈钢喉箍对耐压透光内壳进行固定，并且在耐压透光内壳和不锈钢喉箍之间使用橡胶层隔离。

8.根据权利要求1所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：所述的通信单元使用的通信方式为无线通信、卫星通信或移动通信。

9.根据权利要求3所述的用于海洋探测设备回收的信标装置，其特征在于：所述的光敏器件为光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管或者包含上述器件的集成电路。

10.一种用于海洋探测设备回收的信标装置的运行方法，使用权利要求6所述的信标装置，其特征在于，包括如下步骤：

（1）把信标装置上下倒置后，通过上固定底座和/或下固定底座和探测设备连接在一起，并固定于一重物上，将它们与重物一起沉入海中，此时水银开关断开，信标装置处于断电状态；

（2）当信标装置和探测设备从海底的重物上释放开后，信标装置在重力的作用下恢复上下正置，此时水银开关接通，信标装置处于上电状态；

（3）在信标装置处于上电状态后，控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息，如获取成功即转入步骤（4）的正常模式，否则进入休眠模式：即停止工作一定时间后再次获取信标装置的位置信息，该休眠模式循环进行直到符合条件转入步骤（4）的正常模式或者电压低于设定值转入步骤（5）的低压模式为止；

（4）在控制单元通过GPS定位单元获取信标装置的位置信息后信标装置进入正常模式：即控制单元通过通信单元每隔一定的时间向外界发出信标装置的位置信息，并且控制单元还会通过光敏器件检测周围环境光线，若光线暗于设定值则启动频闪指示灯闪烁发光，在正常模式过程中如果电压低于设定值则转入步骤（5）的低压模式，如果在一定时间内没有收到外界的反馈信息则转入步骤（3）的休眠模式；

（5）信标装置在休眠模式和正常模式过程中，如果电压低于设定值则转入低压模式：即停止工作并定时进行电压检测，直到电压达到设定值后转入步骤（3）的休眠模式。

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