CN104567827B - 一种水下沿缆剖面测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下沿缆剖面测量方法，步骤如下：在测量水域锚固导向缆，并配备观测平台，在观测平台上安放测量仪器，调节观测平台的浮力大于零，在导向缆的底部设置触发机构；在导向缆的顶部设置重物投放机构，当观测平台处于导向缆顶部时，重物投放机构将一重物投放至观测平台上，使观测平台受到重力沿导向缆下降，当观测平台下降到设定的导向缆底部的触发机构位置时，触发机构触发观测平台上的释放装置，使其将观测平台上的重物释放，进而使观测平台在自身浮力作用下沿导向缆回到顶部；随后重物投放机构再将另一重物投放至观测平台上，如此观测平台便会继续以上的往复运动过程。本发明突破了当前沿缆观测平台通过电池提供动力来源的瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及水域环境监测技术领域，具体地说是涉及一种新型水下沿缆剖面测量方法。
背景技术
目前水下沿缆剖面测量的基本方法有两种：
第一种是通过控制移动观测平台的浮力与重力，进而实现观测平台在水下上升或下降。目前成型的设备多采用此方法原理实现其基本方案，如将移动密封舱与舱外油囊连接，舱内还有一个内油囊与舱外油囊通过电磁阀联通，通过舱内的电子电路控制气泵给油泵加压进而将内油囊的油排到舱外油囊中，从而增加平台排水体积进而增加平台浮力使平台上升；反之当舱外油囊的油受到水压回流到内油囊后，整个平台浮力减小进而下降。这种方法虽然在电路上便于控制平台细微的浮力，在平台移动过程中不需要额外的电功耗改变浮力，但它有如下几个难点无法解决：
1.舱内机械控制部分复杂，需要精密的气泵、油泵、电磁阀及相关传感器的精确测量；
2.所有动力来源于电池，电池对密封舱的重力影响巨大，舱体的设计与电池的多少密切相关，工作时间的多少直接决定了整体设计，可谓牵电池动全身；
3.这种方法工作水深有限，目前多为2000米以内的测量，超过2000米后由于随着水深的增加，油泵要向外油囊打油需要的功耗和电池的效率无法平衡，造成整体舱体设计无法完成更深功率消耗，因此无法完成更多的测量工作。
第二种是采用电机带动齿轮沿着缆不断爬行。这种方法将移动平台通过滚轮卡住水下的缆，平台为零浮力，平台沿缆的移动都是靠电子舱内的电机带动，电机带动齿轮运转，进而带动舱外的滚轮沿着缆进行上下运动，通过控制电机的转动方向进而控制平台的上升和下降。这种方法的优点是机械设计部分比较简单，受水深影响较小，易于电子控制，但它也有几个问题难以解决：
1.平台的每一步运动都要消耗电力，对电池是巨大的考验，与第一种方法一样，对电子舱的设计也会有相应的设计要求，工作的剖面次数多少决定了电池多少进而也就决定了电子舱的设计大小。
2.平台移动速度有限，在上升和下降过程中因为每一米的运动都需要电机，当要求平台速度提高时，电力消耗巨大，对内部电机和外部滚轮的可靠性有巨大考验。
由此可见，以上两种测量方法都有不可回避的问题就是控制平台运动的能量受电池制约，进而对整体设计有决定的影响。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种水下沿缆剖面测量方法，该方法采用完全机械的方式取代电池来提供动力，以控制平台的上升和下降，进而从根本上解决移动平台最难的动力问题。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种水下沿缆剖面测量方法，包括以下步骤：
(1)在预定测量水域锚固导向缆，并配备可沿导向缆往复移动的观测平台，在观测平台上安放测量仪器，然后调节观测平台的浮力大于零，在导向缆的底部设置触发机构；
(2)在导向缆的顶部设置有重物投放机构，当观测平台处于导向缆顶部时，重物投放机构将一重物投放至观测平台上，使观测平台受到重力沿导向缆不断下降，当观测平台下降到设定的导向缆底部的触发机构位置时，触发机构触发观测平台上的释放装置，使其将观测平台上的重物释放，进而使观测平台在自身浮力作用下沿导向缆回到顶部；在观测平台沿导向缆往复运动的过程中，观测平台上的测量仪器对水域剖面进行观测；
(3)当观测平台回到导向缆顶部时或当观测平台回到导向缆顶部并停留一段时间后，重物投放机构再将另一重物投放至观测平台上，如此观测平台便会继续以上的往复运动过程，测量仪器随之对水域剖面继续进行观测。
优选的，所述重物为高密度球体或块体。
优选的，上述步骤中配备重量不同的多个重物，通过改变观测平台所负载重物的重量大小来调节观测平台的下降速度。
优选的，上述步骤中通过设定重物的投放个数来调节水域剖面的测量次数，通过设定重物的重量来改变平台的下降速度，通过设定相邻重物之间的投放间隔来调节水域剖面的测量周期。
优选的，所述导向缆通过观测平台上的缆孔纵向贯穿于观测平台。
优选的，所述触发机构为一阻挡物，所述释放装置为机械释放装置，当观测平台下降到导向缆底部时，观测平台上的机械释放装置受到阻挡物的冲击，触发一系列动作，进而使观测平台所携带的重物抛出。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
(1)本发明突破了当前沿缆观测平台通过电池提供动力来源的瓶颈，通过观测平台负载重物及下潜一定深度后抛弃重物来实现观测平台的下降与上升控制，进而解决了由电池提供动力来源所带来的一系列问题。
(2)本发明中观测平台的下降速度可通过改变重物的重量来控制，速度可调范围大，一般为0.1-0.8m/s；观测平台下放深度为全水深，测量范围不受水深影响，可以测量从水面到全水深的剖面数据；可搭载任何相关的仪器设备；可连续长时间观测，水域剖面观测次数可通过调节搭载重物的个数来实现，与观测平台无关。
(3)本发明将移动观测平台与动力驱动设计成分体式，整体结构设计起来更加简单；
(4)综合来看，本发明与其他目前的水下沿缆观测方法及仪器相比几乎没有缺点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种具体实施方式的外部结构示意图；
图2为图1的截面图；
图3为本发明中重物投放机构的外部结构示意图；
图4为本发明中重物投放机构去除壳体后的结构示意图；
图5为本发明中重物投放机构去除壳体及腔体后的一侧结构视图，主要示出电控装置部分；
图6为本发明中重物投放机构去除壳体及腔体后的另一侧结构视图；
图7为本发明中移动平台的外部结构示意图；
图8为图7的截面图；
图9为本发明中移动平台去除上部壳体后的结构示意图，主要示出重物接收槽的底部倾斜面；
图10为本发明中移动平台的一侧结构视图，主要示出重物释放机构部分；
图11为图10的局部放大图；
图12为本发明中移动平台的另一侧结构视图。
图中：1-重物投放机构，101-壳体，102-支架，103-电控装置，1031-顶升件，1032-电子仓，1033-升降台，1034-第一传动杆，1035-第二传动杆，1036-配重块，1037-第一拨叉，104-腔体，2-移动平台，201-缆孔，202-重物接收槽，203-重物下落口，204-重物下落通道，205-出口，3-重物释放机构，301-探针，302-连接片，303-支架，304-第三传动杆，305-第四传动杆，306-第二拨叉，307-配重块，4-触发装置，5-导向缆。
具体实施方式
本发明提供一种新型水下沿缆剖面测量方法，该方法通过观测平台负载重物及下潜一定深度后抛弃重物来实现观测平台沿导向缆的下降与上升控制，观测平台上携带有测量仪器，在观测平台沿导向缆往复运动的过程中，观测平台上的测量仪器对水域剖面进行观测，从而有效解决了当前沿缆观测平台由电池提供动力来源所带来的一系列问题。
本发明水下沿缆剖面测量方法，具体包括以下步骤：
(1)在预定测量水域竖向锚固导向缆，并配备可沿导向缆往复移动的观测平台，在观测平台上安放测量仪器，然后调节观测平台的浮力大于零，在导向缆的底部设置触发机构。
(2)在导向缆的顶部设置有重物投放机构，当观测平台处于导向缆顶部时，重物投放机构将一重物投放至观测平台上，使观测平台因增加重物的重力而沿导向缆不断下降，当观测平台下降到设定的导向缆底部的触发机构位置时，触发机构触发观测平台上的释放装置，使其将观测平台上的重物释放，进而使观测平台在自身浮力作用下沿导向缆回到顶部。在观测平台沿导向缆往复运动的过程中，观测平台上的测量仪器对水域剖面进行观测。
(3)当观测平台回到导向缆顶部时或当观测平台回到导向缆顶部并停留一段时间后，重物投放机构再将另一重物投放至观测平台上，如此观测平台便会继续以上的往复运动过程，测量仪器随之对水域剖面继续进行观测。
上述步骤中，所述重物可为高密度球体，如铁球或铅球等，当然也可为高密度块体如铁块或铅块等，具体可根据设计需要进行选择。重物的作用是当其被投放于观测平台上时，可给予观测平台一向下的力，使其沿导向缆不断下降。通过改变观测平台所负载重物的重量大小可调节观测平台的下降速度，通过设定重物的投放个数可调节水域剖面的测量次数，通过设定相邻重物之间的投放间隔可调节水域剖面的测量周期。另外由于观测平台在安放测量仪器后，其浮力大于零，因此当其将重物抛下后，其会在自身浮力作用下沿导向缆回到顶部。
上述水下沿缆剖面测量方法对本领域技术人员来说可采用多种结构方式来实现。下面仅给出一种较为具体的实施例，以对本发明作更为具体的说明，但其不应作为对本发明保护范围的限制。
如图1-2所示，一种沿缆往复运动控制机构，包括重物投放机构1、移动平台2、重物释放机构3与触发装置4。移动平台2设置于导向缆5上，并可沿导向缆5往复运动，移动平台上搭载有测量仪器，且搭载测量仪器后移动平台的浮力大于零。重物投放机构1设置于导向缆5的顶部，其可在预定时间将重物投放至移动平台2上。重物释放机构3设置于移动平台2上，触发装置4设置于导向缆5的底部。当移动平台2搭载重物后会因增加的重力而下降，当移动平台下降至导向缆底部时，触发装置4触碰到重物释放机构3，进而使其产生一系列动作，促使重物脱离移动平台。重物脱离移动平台后，移动平台会在自身浮力作用下上升至导向缆5的顶部。当移动平台2回到导向缆顶部时或当移动平台2回到导向缆顶部并停留一段时间后，重物投放机构1再将另一重物投放至移动平台上，如此移动平台便会继续以上的往复运动过程。在移动平台2沿导向缆5往复运动的过程中，移动平台2上搭载的测量仪器对海域剖面进行观测。
上述沿缆往复运动控制机构中涉及的重物投放机构1、移动平台2及重物释放机构3等均可采用多种结构方式来实现其相应功能。下面结合附图仅对其优选结构方式进行一些较为具体的说明，但不应当被看作是对本发明保护范围的限制。
如图3-6所示，所述重物投放机构1包括圆柱形壳体101，在壳体101内部设置有支架102与电控装置103。在支架102上设置有腔体104，所述腔体104由上至下呈蛇形盘绕在支架102外侧，腔体104的内部用于存放多个待投放的重物，如铁球或铅球等。在腔体104的出口端设置有第一封堵件，电控装置103用于控制第一封堵件的启闭。当需要投放重物时，电控装置103控制第一封堵件开启，重物投放完成后，电控装置103控制第一封堵件关闭。
更进一步的，所述电控装置103包括顶升件1031、电子仓1032与第一传动杆组。在顶升件1031的顶端设置有升降台1033，电子仓1032与顶升件1031电连接，用于控制升降台1033的顶升动作。第一传动杆组包括第一传动杆1034与第二传动杆1035，第一传动杆1034平放于升降台1033上，其一端设置有配重块1036，另一端与第二传动杆1035固定连接，第二传动杆1035上设置有第一拨叉1037，所述第一拨叉1037与第一封堵件连接。
电控装置103的具体动作过程如下：
当需要投放重物时，电子仓1032控制顶升件顶端的升降台1033升起，升降台1033进而将第一传动杆1034顶起，第一传动杆1034则带动与其相连的第二传动杆1035转动，进而带动第一拨叉1037转动，第一拨叉1037则带动与其相连的第一封堵件移动开启或旋转开启。重物投放完成后，升降台1033下降，相应的第一传动杆1034、第二传动杆1035及第一拨叉1037等在配置块1036的重力等作用下复位，第一封堵件关闭。通过对电子仓1032进行设置，可控制重物的投放时间、投放次数、及相邻重物之间的投放间隔。
如图7-12所示，所述移动平台2呈圆柱形，在移动平台2的轴心处设置有缆孔201，导向缆5通过缆孔201纵向贯穿移动平台。在移动平台2的顶部设置有重物接收槽202，所述重物接收槽202的底面为一倾斜面，在重物接收槽202的倾斜面低位处开设有重物下落口203。所述移动平台2的内部设置有重物下落通道204，重物下落口203与重物下落通道204的顶端入口处连通，在重物下落通道204的底端出口处设置有第二封堵件。重物投放机构1投放的重物落入重物接收槽202中，沿重物接收槽底部的倾斜面滚动至重物下落口203，经重物下落口203进入重物下落通道204中，并在重力作用下顺着重物下落通道204运动至底端出口处。所述重物释放机构3设置于移动平台2的底部，其用于控制第二封堵件的启闭。
更进一步的，所述重物释放机构3包括顶起组件、第二传动杆组与第二拨叉306。顶起组件包括探针301与连接片302，探针301竖向设置，其顶端与连接片302的一端连接，连接片302的另一端铰接在支架303上。第二传动杆组包括第三传动杆304与第四传动杆305，第三传动杆304设置在连接片302的上方，其一端与第四传动杆305连接，第四传动杆305上设置有第二拨叉306，第二拨叉306与第二封堵件连接。在探针301与第三传动杆304上也均设置有配重块307。所述触发装置4为一与探针301配合使用的阻挡片。
重物释放机构3的工作过程如下：
当移动平台2下降至设定位置时，探针301的底端触碰到阻挡片，阻挡片给予探针301一向上的力，使探针301向上顶起。在探针301向上顶起的过程中，探针301带动连接片302向上转动，连接片302带动位于其上方的第三传动杆304的一端翘起，第三传动杆304则带动与其相连的第四传动杆305转动，第四传动杆305进而带动第二拨叉306旋转，第二拨叉306则带动与其相连的第二封堵件移动开启或旋转开启。此时重物经出口205自动脱落。重物脱离移动平台2后，移动平台2则在自身浮力作用下沿导向缆5上升。在移动平台2上升过程中，探针301与第三传动杆304等则在配重块307的重力作用下复位，第二封堵件重新处于关闭位置。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在预定测量水域锚固导向缆，并配备可沿导向缆往复移动的观测平台，在观测平台上安放测量仪器，然后调节观测平台的浮力大于零，在导向缆的底部设置触发机构；
(2)在导向缆的顶部设置有重物投放机构，当观测平台处于导向缆顶部时，重物投放机构将一重物投放至观测平台上，使观测平台受到重力沿导向缆不断下降，当观测平台下降到设定的导向缆底部的触发机构位置时，触发机构触发观测平台上的释放装置，使其将观测平台上的重物释放，进而使观测平台在自身浮力作用下沿导向缆回到顶部；在观测平台沿导向缆往复运动的过程中，观测平台上的测量仪器对水域剖面进行观测；
(3)当观测平台回到导向缆顶部时或当观测平台回到导向缆顶部并停留一段时间后，重物投放机构再将另一重物投放至观测平台上，如此观测平台便会继续以上的往复运动过程，测量仪器随之对水域剖面继续进行观测。
2.根据权利要求1所述的一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于：所述重物为高密度球体或块体。
3.根据权利要求1所述的一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于：配备重量不同的多个重物，通过改变观测平台所负载重物的重量大小来调节观测平台的下降速度。
4.根据权利要求1所述的一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于：通过设定重物的投放个数来调节水域剖面的测量次数，通过设定重物的重量来改变平台的下降速度，通过设定相邻重物之间的投放间隔来调节水域剖面的测量周期。
5.根据权利要求1所述的一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于：所述导向缆通过观测平台上的缆孔纵向贯穿于观测平台。
6.根据权利要求1所述的一种水下沿缆剖面测量方法，其特征在于：所述触发机构为一阻挡物，所述释放装置为机械释放装置，当观测平台下降到导向缆底部时，观测平台上的机械释放装置受到阻挡物的冲击，触发一系列动作，进而使观测平台所携带的重物抛出。
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