CN103940411B - 一种便携式无缆定点剖面仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种便携式无缆定点剖面仪，属于海洋监测技术领域，包括耐压壳体、油囊、浮力调节装置、水声通信装置、控制板、陀螺仪、舵机、鳍舵、卫星天线和CTD传感器，该剖面仪具有垂直剖面运动、水平控位、坐底、水声探测、卫星及水声通信等功能，可通过船载或机载投放，实现固定位置附近长期连续剖面监测。此发明解决了剖面浮标随波逐流无法定点观测的问题，在海洋监测和海洋军事方面具有很好的应用前景。

Description

一种便携式无缆定点剖面仪
技术领域
本发明涉及一种便携式无缆定点剖面仪，属于海洋监测技术领域。
背景技术
海洋环境测量是海洋科学发展的基础，世界各国及世界海洋组织都十分重视对海洋环境的监测，对海洋特征信息进行的测量从未停止过。快速、准确的实时测量技术，是当今社会对海洋环境监测提出的新要求，也是现代海洋科学一个重要研究领域，其研究成果可为海洋开发、国防建设、海洋渔业及其他类型的商业活动提供及时的海洋资料和迅速准确的决策依据。
Argo浮标和有缆剖面仪是目前最主要的两种剖面观测手段。Argo浮标通过调节自身浮力实现剖面运动，但由于不具备水平位置修正功能，容易随波逐流，无法实现对固定海域进行长期连续的剖面监测；有缆剖面仪主要由主浮体、升降平台、锚系等组成，具备定点剖面观测能力，但其结构复杂、体积大、质量重、使用不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种便携式无缆定点剖面仪，该剖面仪针对现有剖面监测手段能力的不足，并能适应特殊任务和复杂环境工作，可通过飞机快速投放，实现对固定海域的长期、连续、立体监测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种便携式无缆定点剖面仪，包括耐压壳体、油囊、浮力调节装置、水声通信装置、控制板、陀螺仪、舵机、鳍舵、卫星天线和CTD传感器；
其特征在于：所述耐压壳体由前至后依次分为圆柱段、弧形过渡段和圆锥台段，所述油囊、浮力调节装置、水声通信装置和控制板沿轴向顺序固定安装在所述耐压壳体的圆柱段内；所述油囊与所述浮力调节装置连接，所述水声通信装置和控制板通过线路连接，所述陀螺仪安装在所述耐压壳体的弧形过渡段内，所述舵机安装在所述耐压壳体的圆锥台段内，所述鳍舵安装所述耐压壳体的圆锥台段外壁处；所述卫星天线、CTD传感器并列安装在所述耐压壳体的后端面，所述控制板还分别与浮力调节装置、陀螺仪、卫星天线和所述CTD传感器相连。
其工作过程在于：所述剖面仪通过船载或机载布放入水后，所述控制板上电工作，控制板通过控制卫星天线进行卫星定位和通信，并记录定位信息和装订控制指令；
所述控制板控制浮力调节装置减小油囊体积，剖面仪负浮力时开始下沉，若剖面仪水平位置偏离量超出预设值，则控制板通过陀螺仪导航控制舵机改变鳍舵角度，从而实现剖面仪水平位置的修正，剖面仪到达设定深度下限后上浮；
所述控制板通过控制浮力调节装置增大油囊体积，剖面仪正浮力时开始上浮，到达设定深度上限后出水；
在上浮或下沉工作中，剖面仪通过控制CTD传感器实现水文要素的采集，可通过控制水声通信装置实现水声通信。
本发明的优点和有益效果在于：
一、剖面仪采用在下沉过程中操舵实现水平位移修正的方式，能够将垂直往复式运动和水平位移修正技术相结合，不操舵时可提高垂直往复式运动的稳定性，操舵时可降低稳定性、提高机动性，不仅使剖面仪具有系统轻巧、技术成熟、成本低、可靠性高等特点，而且具备大范围水平位移修正的能力；
二、油囊具有3L体积，浮力调节装置具有1000m水深使用能力，剖面仪运动速度可达4kn，可用于强流海域海洋环境要素观测，能克服海洋密度跃层的影响；
三、通过水声通信装置，单台剖面仪可坐底对水下移动目标进行水声探测，多台剖面仪可联合坐底组成探测网提高水声探测距离和精度，多台剖面仪还可组网实现对固定海域的联合观测。
本发明的便携式无缆定点剖面仪主要性能指标如下：
1）探测要素：海水温度、盐度和密度分布
2）最大工作水深：1000m
3）水下连续工作时间：3个月
4）数据传输方式：卫星
5）质量：不大于70kg
6）水平位移修正精度：不大于50m（CEP）
7）水下组网通信范围：不小于3km
8）端对端延迟：不大于3.5s
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作流程图。
其中，1-耐压壳体；2-油囊；3-浮力调节装置；4-水声通信装置；5-控制板；6-陀螺仪；7-舵机；8-鳍舵；9-卫星天线；10-CTD传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的技术方案是：一种便携式无缆定点剖面仪，包括耐压壳体1、油囊2、浮力调节装置3、水声通信装置4、控制板5、陀螺仪6、舵机7、鳍舵8、卫星天线9和CTD传感器10；
其特征在于：所述耐压壳体1由前至后依次分为圆柱段、弧形过渡段和圆锥台段，所述油囊2、浮力调节装置3、水声通信装置4和控制板5沿轴向顺序固定安装在所述耐压壳体1的圆柱段内；所述油囊2与所述浮力调节装置3连接，所述水声通信装置4和控制板5通过线路连接，所述陀螺仪6安装在所述耐压壳体1的弧形过渡段内，所述舵机7安装在所述耐压壳体1的圆锥台段内，所述鳍舵8安装所述耐压壳体1的圆锥台段外壁处；所述卫星天线9、CTD传感器10并列安装在所述耐压壳体1的后端面，所述控制板5还分别与浮力调节装置3、陀螺仪6、卫星天线9和所述CTD传感器10相连。
其工作过程在于：所述剖面仪通过船载或机载布放入水后，所述控制板5上电工作，控制板5通过控制卫星天线9进行卫星定位和通信，并记录定位信息和装订控制指令；
所述控制板5控制浮力调节装置3减小油囊2体积，剖面仪负浮力时开始下沉，若剖面仪水平位置偏离量超出预设值，则控制板5通过陀螺仪6导航控制舵机7改变鳍舵8角度，从而实现剖面仪水平位置的修正，剖面仪到达设定深度下限后上浮；
所述控制板5通过控制浮力调节装置3增大油囊2体积，剖面仪正浮力时开始上浮，到达设定深度上限后出水；
在上浮或下沉工作中，剖面仪通过控制CTD传感器10实现水文要素的采集，可通过控制水声通信装置4实现水声通信。
所述耐压壳体1具有低阻流线外形。用于内部仪器设备的装载，满足密封、承压等使用要求。
所述油囊2最大体积3L。通过控制浮力调节装置3改变油囊2体积，实现剖面仪上浮与下沉。
所述水声通信装置4采用三元平面阵。换能器单元采用收发共用模式，同时具备水声探测和通信功能。
所述控制板5采用总线形式，通过RS485串口通信方式把各个功能模块有机的结合在一起，控制板5用于发出控制指令，控制浮力调节装置3、水声通信装置4、陀螺仪6、舵机7、卫星天线9和CTD传感器10工作，实现剖面仪上浮、下沉、探测、水声通信、卫星通信等各种功能。
所述陀螺仪6采用微机械陀螺仪。用于测量剖面仪的姿态，为实现剖面仪水平位移控制提供输入信号。
所述舵机7采用三通道直线电动舵机，左、右横舵由一个舵机驱动，上、下直舵分别由两个舵机驱动。可同时实现水平位移修正和自身横滚控制。
所述鳍舵8采用一体化结构和静稳定布局，不操舵时可提高垂直往复式运动的稳定性，操舵时可降低稳定性，提高机动性，实现水平位置修正，为了适应空投要求，尾鳍可采用折叠形式。
所述卫星天线9采用北斗+GPS组合模式，同时实现卫星定位和通信。
所述CTD传感器10采用低功耗采集模式，可实现对海洋环境要素的测量。
剖面仪布放入水后，控制板5上电工作，控制板5通过控制浮力调节装置3改变油囊2的体积，油囊2体积增大时剖面仪正浮力上浮，油囊2体积减小时剖面仪负浮力下沉，在下沉过程中控制板5通过陀螺仪6导航控制舵机7改变鳍舵8角度，从而实现剖面仪水平位置的修正；控制板5通过控制CTD传感器10实现水文要素的采集，控制板5通过控制水声通信装置4实现多台剖面仪之间的水声通信和组网；剖面仪浮出水面时，控制板5通过控制卫星天线9实现与卫星的定位和通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种便携式无缆定点剖面仪，包括耐压壳体(1)、油囊(2)、浮力调节装置(3)、水声通信装置(4)、控制板(5)、陀螺仪(6)、舵机(7)、鳍舵(8)、卫星天线(9)和CTD传感器(10)；
其特征在于：所述耐压壳体(1)由前至后依次分为圆柱段、弧形过渡段和圆锥台段，所述油囊(2)、浮力调节装置(3)、水声通信装置(4)和控制板(5)沿轴向顺序固定安装在所述耐压壳体(1)的圆柱段内；所述油囊(2)的容积为3L，所述油囊(2)与所述浮力调节装置(3)连接，所述水声通信装置(4)和控制板(5)通过线路连接，所述陀螺仪(6)安装在所述耐压壳体(1)的弧形过渡段内，所述舵机(7)安装在所述耐压壳体(1)的圆锥台段内，所述鳍舵(8)安装在所述耐压壳体(1)的圆锥台段外壁处；所述卫星天线(9)、CTD传感器(10)并列安装在所述耐压壳体(1)的后端面，所述控制板(5)还分别与浮力调节装置(3)、陀螺仪(6)、卫星天线(9)和所述CTD传感器(10)相连；
所述剖面仪通过船载或机载布放入水后，所述控制板(5)上电工作，控制板(5)通过控制卫星天线(9)进行卫星定位和通信，并记录定位信息和装订控制指令；
所述控制板(5)控制浮力调节装置(3)减小油囊(2)体积，剖面仪负浮力时开始下沉，若剖面仪水平位置偏离量超出预设值，则控制板(5)通过陀螺仪(6)导航控制舵机(7)改变鳍舵(8)角度，从而实现剖面仪水平位置的修正，剖面仪到达设定深度下限后上浮；
所述控制板(5)通过控制浮力调节装置(3)增大油囊(2)体积，剖面仪正浮力时开始上浮，到达设定深度上限后出水；
在上浮或下沉工作中，剖面仪通过控制CTD传感器(10)实现水文要素的采集，通过控制水声通信装置(4)实现水声通信。
2.根据权利要求1所述的一种便携式无缆定点剖面仪，其特征在于：所述耐压壳体(1)具有低阻流线外形。
3.根据权利要求1所述的一种便携式无缆定点剖面仪，其特征在于：所述水声通信装置(4)采用三元平面阵。
4.根据权利要求1所述的一种便携式无缆定点剖面仪，其特征在于：所述陀螺仪(6)采用微机械陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的一种便携式无缆定点剖面仪，其特征在于：所述舵机(7)采用三通道直线电动舵机，左、右横舵由一个舵机驱动，上、下直舵分别由两个舵机驱动。
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