CN104176215B - 一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海底观测设备，具体地说是一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，包括框架、安装装置、ADCP及安装在框架上的电缆盘架、接插件安装板、次级接驳盒电子舱、水下云台、水下可插拔插座和水下可插拔插头放置插座，ADCP通过安装装置安装在框架上，接插件安装板位于次级接驳盒电子舱的一侧，多个水下可插拔插座的一端与所述次级接驳盒电子舱相插接，另一端安装在接插件安装板上；次级接驳盒电子舱上连接有水下可插拔插头的一端，另一端在布放至海底的过程中放置在所述水下可插拔插头放置插座上；ADCP的水下可插拔插头安插在水下可插拔插座上，水下云台与次级接驳盒电子舱密封插接。本发明具有安全、可靠，结构简单等优点。

Description

一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒

技术领域

本发明涉及海底观测设备，具体地说是一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒。

背景技术

海底观测网是长期布放在海底的一整套观测设备，被科学家们认为是继地面、太空之后观测地球的第三个平台。海底观测网能够实现全方位、不间断、多节点地观测海洋，并且实时地传输海底仪器所采集的数据。海底观测网系统主要由三大部分组成，分别为岸上控制室、海底观测网主接驳盒以及作为主接驳盒分节点的海底观测网次级接驳盒。海底观测网次级接驳盒作为主接驳盒下的分节点，通常既搭载水下控制舱也搭载一些测量和实验设备，其设计的可靠性、安全性、集成性等对海底观测网系统的建设和应用来说至关重要。为满足海底观测网方向发展的要求，开发一种可靠、安全、高度集成的次级接驳盒具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒。该次级接驳盒作为主接驳盒的分节点，可安全、可靠、高度集成的用于控制和搭载实验与测量设备并进行数据采集。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括框架、安装装置、ADCP及分别安装在框架上的电缆盘架、接插件安装板、次级接驳盒电子舱、水下云台、水下可插拔插座和水下可插拔插头放置插座，其中ADCP通过安装装置安装在框架上，接插件安装板位于次级接驳盒电子舱的一侧，多个水下可插拔插座的一端与所述次级接驳盒电子舱相插接，另一端安装在所述接插件安装板上；所述次级接驳盒电子舱上连接有水下可插拔插头的一端，该水下可插拔插头的另一端在布放至海底的过程中放置在所述水下可插拔插头放置插座上；所述ADCP的水下可插拔插头安插在水下可插拔插座上，所述水下云台与次级接驳盒电子舱密封插接。

其中：所述安装装置包括ADCP安装板、ADCP配重抱瓦、ADCP安装抱瓦、ADCP外调整环及ADCP内调整环，其中ADCP安装板安装在所述框架上，所述ADCP外调整环通过连接螺栓与ADCP安装板连接、且可绕所述连接螺栓的轴向中心线360°旋转；所述ADCP内调整环通过所述连接螺栓与ADCP外调整环连接、且可绕连接螺栓的轴向中心线360°旋转；所述ADCP配重抱瓦及ADCP安装抱瓦分别安装在ADCP上，其中ADCP安装抱瓦与ADCP内调整环相连；所述ADCP安装板具有容纳ADCP外调整环的半圆形孔，该半圆形孔的两侧对称设有带第一螺纹孔的吊耳，所述ADCP外调整环通过连接螺栓与吊耳相连；所述ADCP外调整环上沿径向对称开有两个阶梯型光孔，两个阶梯型光孔轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环的圆心，每个阶梯型光孔的外缘分别设有圆形凹陷；所述ADCP外调整环上沿径向还对称开有两个第二螺纹孔，该第二螺纹孔与所述阶梯型光孔间隔设置，两个第二螺纹孔轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环的圆心、且垂直于两个阶梯型光孔轴向中心线之间的连线，在每个第二螺纹孔的外缘分别设有凹槽；所述阶梯型光孔通过连接螺栓与ADCP安装板连接，所述第二螺纹孔通过连接螺栓与ADCP内调整环连接；所述ADCP内调整环与ADCP外调整环同心设置，在ADCP内调整环上沿径向对称开有两个阶梯型光孔，两个阶梯型光孔轴向中心线之间的连线穿过ADCP内调整环的圆心，每个阶梯型光孔的外缘分别设有圆形凹陷；所述ADCP内调整环上沿周向均布有多个通过螺栓与ADCP安装抱瓦固接的弧形孔；所述连接螺栓沿轴向分别具有用于螺纹连接的螺纹段及用于与ADCP外调整环和ADCP内调整环插接的光杆段；

所述电缆盘架及ADCP对称安装在框架相对的两侧，所述接插件安装板位于电缆盘架及ADCP之间；所述水下云台固接在次级接驳盒电子舱与接插件安装板相对的另一侧底框上；所述电缆盘架具有供水下可插拔插头的电缆缠绕的卷柱；所述次级接驳盒电子舱通过舱体支座及舱体安装带固定在所述框架上；所述舱体支座为两个，次级接驳盒电子舱放置在两个舱体支座的半圆形槽内；所述舱体安装带的两端分别焊接有外螺纹的螺杆，舱体安装带跨过次级接驳盒电子舱、通过螺杆与所述框架相连；所述框架下部固接有多个底座，每个底座插入海底的部分呈“十”字。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明设计了一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，在其上可以搭载多个水下实验与测量仪器。

2.本发明具有结构简单的特点，采用一个焊接框架和多个安装附件来实现水下实验与测量仪器的可靠固定，结构简单且便于安装拆卸。

3.本发明具有与海底牢固接触的特点，本发明的接驳盒底座采用十字插入的方式插入海底，这样可以有效地抵御海流冲击对次级接驳盒造成的影响。

4.本发明具有高度集成的特点，在较小的空间中实现了多个水下实验、测量仪器的可靠固定，并且便于次级接驳盒电子舱与各仪器之间的连接。

5.本发明具有便于接插的特点，通过将接插件安装板安装在框架的相应位置，便于水下作业的ROV(水下机器人)实现无人操作情况下的水下可插拔接插件插拔。

6.本发明具有可扩展性，次级接驳盒电子舱预留了相应的水密接插件接口，接插件安装板预留了水下可插拔插座的接口，可支持多个水下实验与测量设备的扩展，这为以后进一步改进海底观测网的功能提供了便利。

7.本发明具有便于施放和回收的特点，将次级接驳盒电子舱布置在次级接驳盒的中间位置，使次级接驳盒在施放过程中容易保持平衡。本发明将起吊点布置在次级接驳盒上部中间位置，便于实现挂钩与脱钩，从而方便施放和回收。

8.本发明的安装装置能够实现ADCP大范围内角度可自动调整的功能，ADCP可绕连接螺栓轴向中心线左右各有45°调节余量，能够满足应用于海底观测网接驳盒上的ADCP工作要求。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2A为本发明的结构主视图；

图2B为图2A的后视图；

图2C为图2A的俯视图；

图3A为本发明ADCP及安装装置的结构主视图；

图3B为图3A的左视图；

图3C为图3A的俯视图；

图4A为本发明电缆卷盘的结构主视图；

图4B为图4A的左视图；

图5A为本发明接插件安装板的结构主视图；

图5B为图5A的俯视图；

图6A为本发明舱体安装带的结构主视图；

图6B为图6A的侧视图；

图7A为本发明舱体支座的结构主视图；

图7B为图7A的侧视图；

图8A为本发明底座的结构主视图；

图8B为图8A的俯视图；

图9A为本发明ADCP安装板的结构主视图；

图9B为图9A的仰视图；

图10为本发明ADCP配重抱瓦的立体结构示意图；

图11为本发明ADCP安装抱瓦的立体结构示意图；

图12A为本发明ADCP外调整环的结构示意图；

图12B为图12A中A处的局部放大图；

图12C为图12A中B处的局部放大图；

图13A为本发明ADCP内调整环的结构示意图；

图13B为图13A中C处的局部放大图；

图14为本发明连接螺栓的结构示意图；

图15为本发明次级接驳盒电子舱、水下云台及ADCP的连接示意图；

其中：1为框架，2为电缆盘架，3为安装装置，4为接插件安装板，5为次级接驳盒电子舱，6为舱体安装带，7为舱体支座，8为底座，9为水下云台，10为水下可插拔插座，11为水下可插拔插头放置插座，12为水下可插拔插头，13为ADCP安装板，14为ADCP配重抱瓦，15为ADCP安装抱瓦，16为ADCP外调整环，17为ADCP内调整环，18为连接螺栓，19为ADCP(声学多普勒流速剖面仪)，20为卷柱，21为角钢，22为螺杆，23为吊耳，24为第一螺纹孔，25为圆形凹陷，26为阶梯型光孔，27为第二螺纹孔，28为凹槽，29为弧型孔，30为螺纹段，31为光杆段，32为槽型孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明是一种可以应用于海底观测网系统中，作为主接驳盒下级节点的次级接驳盒。本发明可以安装搭载多个水下实验与测量仪器，方便布放和回收，通过水下可插拔水密接插件可以实现水下与主接驳盒相连接，从主接驳盒获得电源和控制信号并将各仪器所测得的数据发回主接驳盒的功能。

如图1、图2A～2C及图3A～3C，本发明包括框架1、电缆盘架2、ADCP19、ADCP的安装装置3、接插件安装板4、次级接驳盒电子舱5、舱体安装带6、舱体支座7、次级接驳盒底座8、水下云台9、水下可插拔插座10、水下可插拔插头放置插座11及水下可插拔插头12。

框架1由多根槽钢焊接而成，框架1的最下端位置焊接有四块长方形的钢板，钢板上设置有四个圆形孔，底座8上也对应开有四个圆形孔，通过螺栓实现底座8与框架1的固连；本实施例的底座8为四个，分别位于框架1的四角，如图8A、图8B所示，每个底座8插入海底的部分呈“十”字。框架1的上部呈长方体形状，长方体一侧面的四根槽钢上各开设有3个圆形孔，每个电缆卷盘2(本实施例共两个电缆卷盘2)相应地开有六个圆形孔，通过螺栓实现电缆卷盘2与框架1的固连。同侧框架1的左上角焊接有一块方形钢板，在其上沿圆周方向均布有六个圆形光孔，水下可插拔插头放置插座11通过螺栓与框架1实现固连。安装电缆盘架2的一侧及与其相对的一侧，框架1这两侧的槽钢之间还焊接有一块角钢21，在角钢21上设置有十个圆形通孔；如图5A、图5B所示，接插件安装板4上对应开有十个圆形通孔，通过螺栓实现接插件安装板4与框架1的固连。接插件安装板4位于次级接驳盒电子舱5的一侧，在与接插件安装板4相对的次级接驳盒电子舱5的另一侧底框上焊接有一块方形钢板，在其上设置有四个圆形光孔，水下云台9通过螺栓与框架1实现固连。

如图6A、图6B、图7A及图7B所示，框架1的底层框架中间位置焊接有两块钢板，每个钢板上开有两个圆形光孔，两个舱体支座7分别放置在圆形光孔的外侧，次级接驳盒电子舱5放置在舱体支座7上方的半圆形槽内，舱体安装带6绕过次级接驳盒电子舱5，与框架1实现固连。舱体安装带6的两端焊接着带有外螺纹的螺杆22，螺杆22穿过钢板上的圆形光孔，底侧用螺母进行固定，通过螺母的预紧最终实现次级接驳盒电子舱5的固定。

框架1上侧焊接有一块一侧开有半圆形孔的钢板，用于安装ADCP19及其安装装置3。在钢板上设置有六个圆形光孔，与ADCP安装板13上设置的圆形光孔相对应，ADCP安装板13通过螺栓与次级接驳盒焊接框架1固连。如图9A、图9B所示，ADCP安装板13的两侧设置有两个突起的布置有第一螺纹孔24的吊耳23(吊耳23垂直于ADCP安装板13)，安装ADCP外调整环16时，连接螺栓18通过第一螺纹孔24进行定位。如图12A～12C所示，ADCP外调整环16上沿径向对称开有两个阶梯型光孔26，两个阶梯型光孔26轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环16的圆心，每个阶梯型光孔26的外缘分别设有深度为1mm的圆形凹陷25，圆形凹陷25与阶梯型光孔26的中心线共线；圆形凹陷25及阶梯型光孔26这两个特征用于将ADCP外调整环16通过安装连接螺栓18与ADCP安装板13实现固连，并且ADCP外调整环16可以绕连接螺栓18实现360°旋转。ADCP外调整环16上沿径向还对称开有两个第二螺纹孔27，该第二螺纹孔27与阶梯型光孔26间隔设置，两个第二螺纹孔27轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环16的圆心、且垂直于两个阶梯型光孔26轴向中心线之间的连线，在每个第二螺纹孔27的外缘分别设有凹槽28。如图13A～13B所示，ADCP内调整环17与ADCP外调整环16及ADCP安装板13上的半圆形孔同心设置，在ADCP内调整环17上沿径向对称开有两个阶梯型光孔26，两个阶梯型光孔26轴向中心线之间的连线穿过ADCP内调整环17的圆心，每个阶梯型光孔26的外缘分别设有深度为1mm的圆形凹陷25，圆形凹陷25与阶梯型光孔26的中心线共线；圆形凹陷25及阶梯型光孔26这两个特征用于将ADCP内调整环17通过连接螺栓18与ADCP外调整环16实现固连，并且ADCP内调整环17可以绕连接螺栓18实现360°旋转。ADCP内调整环17上沿圆周方向均布有多个(本发明为六个)弧形孔29，每个弧形孔29的圆心角均为15°，安装ADCP安装抱瓦15时，螺栓通过弧形孔29进行固定。如图11所示，ADCP安装抱瓦15在圆周方向设置有三个槽型孔32，中心线位置分别为与ADCP安装抱瓦15中心对称线重合以及与ADCP安装抱瓦15中心对称线左右各成60°的圆心角。将ADCP安装抱瓦15安装在ADCP内调整环17上之前，先将ADCP安装抱瓦15与ADCP19通过螺栓拧紧实现抱瓦式固连；固连ADCP19后的ADCP安装抱瓦15安装到ADCP内调整环17时，需将ADCP安装抱瓦15上的槽型孔32与ADCP内调整环17上的三个弧形孔29对齐，通过螺栓实现固连。ADCP配重抱瓦14与ADCP19固连的方式与ADCP安装抱瓦15与ADCP9固连方式相同。如图14所示，连接螺栓18上具有螺纹段30及光杆段31，ADCP外调整环16与ADCP安装板13安装时，连接螺栓18的螺纹段30与吊耳23上的第一螺纹孔24螺纹连接，连接螺栓18的光杆段31则插接在ADCP外调整环16的阶梯型光孔26内，这样即可实现ADCP外调整环16绕连接螺栓18的轴向中心旋转；ADCP内调整环17与ADCP外调整环16安装时，连接螺栓18的螺纹段30与ADCP外调整环16上的第二螺纹孔27螺纹连接，连接螺栓18的光杆段31则插接在ADCP内调整环17的阶梯型光孔26内，这样即可实现ADCP内调整环17绕连接螺栓18的轴向中心旋转。

次级接驳盒电子舱5的舱体上设有多个水密接插件，多个水下可插拔插座10的一端安插在次级接驳盒电子舱5的水密接插件上，另一端固定在接插件安装板4上。水下可插拔插头12的一端安插在次级接驳盒电子舱5上，另一端在布放至海底过程中放置在水下可插拔插头放置插座11上，在布放至海底之后由水下机器人水下插拔至主接驳盒上的相应接口内；水下可插拔插头12所携带的电缆可缠绕在电缆盘架2的卷柱20上。ADCP19带有水下可插拔插头，在布放至海底前后均可以安插至水下可插拔插座10上，通过水下可插拔插座10与次级接驳盒电子舱5内部的电子器件相连，从而获得需要的电信号和控制信号，并且将ADCP19在水下所测得的数据等传回次级接驳盒电子舱5。水下云台9通过水密接插件直接安插在次级接驳盒电子舱5的水密接插件上。

本发明的工作原理为：

本发明能够作为海底观测网系统主接驳盒的一个次级节点，担负起安装搭载测量与实验设备、提供外接设备接口以及采集数据并将数据传回至海底观测网主接驳盒的功能。

如图15所示，在布放至海底之后，通过水下可插拔插头12与海底观测网主接驳盒连接，由主接驳盒提供电源以及控制信号，并将电源以及控制信号传递至次级接驳盒电子舱5内，在次级接驳盒电子舱5内调整之后，通过水下可插拔插座10传递给ADCP19，通过水密接插件直接传递给水下云台9。ADCP19以及水下云台9采集的数据传至次级接驳盒电子舱5，再通过水下可插拔插头12传递给海底观测网主接驳盒。

如果有后续的扩展设备，设备需要自带水下可插拔插头。在布放至海底之后，将水下可插拔插头安插至位于接插件安装板4上的水下可插拔插座10上即可，接插件安装板4上预留有水下可插拔插座10供插拔使用。

在海底观测网次级接驳盒出现问题需要回收时，首先由水下机器人将水下可插拔插头12从主接驳盒上拔下，然后将起吊吊钩挂在框架1的起吊点上，由船上起吊设备将其提出水面。

本发明的次级接驳盒电子舱5为现有技术；水下云台9为市购产品，购置于荷兰SeaScape公司，型号为P&T-C01；水下可插拔插头12、水下可插拔插座10、水下可插拔插头放置插座11均为市购产品，购置于美国ODI公司，型号分别为172808、164002以及14276。ADCP为外购的600kHz直读式ADCP。

Claims (10)

1.一种应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：包括框架(1)、安装装置(3)、ADCP(19)及分别安装在框架(1)上的电缆盘架(2)、接插件安装板(4)、次级接驳盒电子舱(5)、水下云台(9)、水下可插拔插座(10)和水下可插拔插头放置插座(11)，其中ADCP(19)通过安装装置(3)安装在框架(1)上，接插件安装板(4)位于次级接驳盒电子舱(5)的一侧，多个水下可插拔插座(10)的一端与所述次级接驳盒电子舱(5)相插接，另一端安装在所述接插件安装板(4)上；所述次级接驳盒电子舱(5)上连接有水下可插拔插头(12)的一端，该水下可插拔插头(12)的另一端在布放至海底的过程中放置在所述水下可插拔插头放置插座(11)上；所述ADCP(19)的水下可插拔插头安插在水下可插拔插座(10)上，所述水下云台(9)与次级接驳盒电子舱(5)密封插接。

2.按权利要求1所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述安装装置(3)包括ADCP安装板(13)、ADCP配重抱瓦(14)、ADCP安装抱瓦(15)、ADCP外调整环(16)及ADCP内调整环(17)，其中ADCP安装板(13)安装在所述框架(1)上，所述ADCP外调整环(16)通过连接螺栓(18)与ADCP安装板(13)连接、且可绕所述连接螺栓(18)的轴向中心线360°旋转；所述ADCP内调整环(17)通过连接螺栓(18)与ADCP外调整环(16)连接、且可绕连接螺栓(18)的轴向中心线360°旋转；所述ADCP配重抱瓦(14)及ADCP安装抱瓦(15)分别安装在ADCP(19)上，其中ADCP安装抱瓦(15)与ADCP内调整环(17)相连。

3.按权利要求2所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述ADCP安装板(13)具有容纳ADCP外调整环(16)的半圆形孔，该半圆形孔的两侧对称设有带第一螺纹孔(24)的吊耳(23)，所述ADCP外调整环(16)通过连接螺栓(18)与吊耳(23)相连。

4.按权利要求2或3所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述ADCP外调整环(16)上沿径向对称开有两个阶梯型光孔(26)，两个阶梯型光孔(26)轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环(16)的圆心，每个阶梯型光孔(26)的外缘分别设有圆形凹陷(25)；所述ADCP外调整环(16)上沿径向还对称开有两个第二螺纹孔(27)，该第二螺纹孔(27)与所述阶梯型光孔(26)间隔设置，两个第二螺纹孔(27)轴向中心线之间的连线穿过ADCP外调整环(16)的圆心、且垂直于两个阶梯型光孔(26)轴向中心线之间的连线，在每个第二螺纹孔(27)的外缘分别设有凹槽(28)；所述阶梯型光孔(26)通过连接螺栓(18)与ADCP安装板(13)连接，所述第二螺纹孔(27)通过连接螺栓(18)与ADCP内调整环(17)连接。

5.按权利要求2或3所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述ADCP内调整环(17)与ADCP外调整环(16)同心设置，在ADCP内调整环(17)上沿径向对称开有两个阶梯型光孔(26)，两个阶梯型光孔(26)轴向中心线之间的连线穿过ADCP内调整环(17)的圆心，每个阶梯型光孔(26)的外缘分别设有圆形凹陷(25)；所述ADCP内调整环(17)上沿周向均布有多个通过螺栓与ADCP安装抱瓦(15)固接的弧形孔(29)。

6.按权利要求2所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述连接螺栓(18)沿轴向分别具有用于螺纹连接的螺纹段(30)及用于与ADCP外调整环(16)和ADCP内调整环(17)插接的光杆段(31)。

7.按权利要求1所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述电缆盘架(2)及ADCP(19)对称安装在框架(1)相对的两侧，所述接插件安装板(4)位于电缆盘架(2)及ADCP(19)之间；所述水下云台(9)固接在次级接驳盒电子舱(5)与接插件安装板(4)相对的另一侧底框上；所述电缆盘架(2)具有供水下可插拔插头(12)的电缆缠绕的卷柱(20)。

8.按权利要求1所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述次级接驳盒电子舱(5)通过舱体支座(7)及舱体安装带(6)固定在所述框架(1)上。

9.按权利要求8所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述舱体支座(7)为两个，次级接驳盒电子舱(5)放置在两个舱体支座(7)的半圆形槽内；所述舱体安装带(6)的两端分别焊接有外螺纹的螺杆(22)，舱体安装带(6)跨过次级接驳盒电子舱(5)、通过螺杆(22)与所述框架(1)相连。

10.按权利要求1所述的应用于海底观测网系统中的次级接驳盒，其特征在于：所述框架(1)下部固接有多个底座(8)，每个底座(8)插入海底的部分呈“十”字。