CN105676210A - 一种压力传感逆式回声仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种压力传感逆式回声仪，包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述玻璃浮球包括两个半球部分，中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池，所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态。玻璃浮球材质的耐腐蚀性远高于金属材质的耐腐蚀性，再通过高强度的防护外壳的保护，提高了所述压力传感逆式回声仪在水下长时间使用的安全性，而且，通过对玻璃浮球进行抽真空，可以提供较大的浮力，为在水下工作提供了便利。

Description

一种压力传感逆式回声仪

技术领域

本发明涉及水下探测领域，特别是涉及一种压力传感逆式回声仪。

背景技术

压力传感逆式回声仪(PressuresensorequippedInvertedEchoSounders，PIES)是一种用于水下测绘的数据采集装置。置于水面下的PIES能够定期朝水面发射声信号，接收水面反射回波并检测与存储回波到达时间。观测数据可以通过PIES与远程控制系统之间通信上传给水面母船，也可以待PIES回收后通过读取存储设备获取，用以监测海洋主温跃层的起伏，并结合压力数据及历史水文数据利用经验公式间接推算出不同深度上的温度、盐度及密度等水体参数的变化。

目前传统的PIES主要由金属制成，耐腐蚀能力有限。在水中放置的时间长了，PIES的外壳易被腐蚀损毁，不适于长时间的水下工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压力传感逆式回声仪，提高了所述压力传感逆式回声仪在水下长时间使用的安全性。

本发明实施例公开了如下技术方案：

一种压力传感逆式回声仪，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性；

所述玻璃浮球包括两个半球部分，其中上半球壳体和下半球壳体之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池；

所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，所述压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，所述抽真空孔用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态；

所述防护外壳包括两个壳体部分，通过紧固件结合，所述防护外壳将所述玻璃浮球套设在所述防护外壳的内部。

可选的，所述压力传感逆式回声仪还包括声学释放器，所述声学释放器的一端通过软性连接链与所述防护外壳的底部相连，所述声学释放器的另一端通过软性连接链与配重块相连，使得在水下工作过程中，所述声学释放器处于压力外壳和配重块之间。

可选的，所述压力传感逆式回声仪还包括换能器，所述换能器设置在所述防护外壳的顶部；

在所述玻璃浮球的上半球壳体上设置有换能器孔，所述换能器通过所述换能器孔的水密接口与处于玻璃浮球内部的电路板相连。

可选的，所述玻璃浮球的下半球壳体上还设置有调试孔，在所述调试孔上设置有水密的调试接口，所述调试接口的一端与所述电路板相连，所述调试接口提供用于对所述压力传感逆式回声仪进行调试。

可选的，所述电池固定在所述支撑板朝向所述玻璃浮球的上半球壳体一侧的电池固定座上，所述电池背向所述电池固定座的一侧设置有电池安装固定板，使得通过所述电池固定座和电池安装固定板将所述电池压紧固定在所述玻璃浮球内。

可选的，在所述防护外壳的外侧设置有浮力材料，用于增加所述玻璃浮球和所述防护外壳在水下的上浮力。

可选的，在所述声学释放器的外侧设置有浮力材料，用于增加所述声学释放器在水下的上浮力。

由上述技术方案可以看出，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性，所述玻璃浮球包括两个半球部分，其中上半球壳体和下半球壳体之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池，所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，所述压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，所述抽真空孔用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态。玻璃浮球材质的耐腐蚀性远高于金属材质的耐腐蚀性，再通过高强度的防护外壳的保护，进一步提高了所述压力传感逆式回声仪在水下长时间使用的安全性，而且，通过对玻璃浮球进行抽真空，可以提供较大的浮力，为在水下工作提供了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种压力传感逆式回声仪的玻璃浮球的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种玻璃浮球的开孔位置示意图；

图3为本发明实施例提供的一种调试接口的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种防护外壳的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种换能器与防护外壳的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的一种声学释放器与防护外壳的连接示意图；

图7为本发明实施例提供的一种压力传感逆式回声仪的组成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

观测数据可以通过PIES与远程控制系统之间通信上传给水面母船，也可以待PIES回收后通过读取存储设备获取，用以监测海洋主温跃层的起伏，并结合压力数据及历史水文数据利用经验公式间接推算出不同深度上的温度、盐度及密度等水体参数的变化。通过多点PIES系统的成阵观测可以实现对某一海域的三维长期监测与反演，对于海洋中一些重要物理现象如大洋环流、中尺度涡旋、内波等的研究，以及海洋声场结构的研究具有重要意义。

可以看出，PIES需要长时间的在水下进行工作，然而，目前传统的PIES主要由金属制成，耐腐蚀能力有限。在水中放置的时间长了，PIES的外壳易被腐蚀损毁，造成机械故障，甚至数据丢失，所以传统的PIES不适于长时间的水下工作，需要经常更换，从而大大提高了测量成本。

为此，本发明提供了了一种压力传感逆式回声仪，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性，所述玻璃浮球包括两个半球部分，其中上半球壳体和下半球壳体之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池，所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，所述压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，所述抽真空孔用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态。玻璃浮球材质的耐腐蚀性远高于金属材质的耐腐蚀性，再通过高强度的防护外壳的保护，进一步提高了所述压力传感逆式回声仪在水下长时间使用的安全性，而且，通过对玻璃浮球进行抽真空，可以提供较大的浮力，为在水下工作提供了便利。

在本发明中，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性。

发明人发现，与传统金属外壳相比，玻璃浮球能够避免海水腐蚀问题，同时在相同壳体重量下能够提供更大的浮力。玻璃浮球的密封需要利用抽气孔使得球内接近真空。此外，玻璃浮球上还需要具备必要的开孔如换能器接口孔、调试接口孔以及压力传感器探头安装孔等。换能器接口孔与调试接口孔安装满足电气要求的水密接插件。所述玻璃浮球外部安装有保护塑料外壳，具备一定强度，以供安装固定声学收发换能器与声学释放器锚链。所述玻璃浮球的材质可以为硼硅酸盐，具有优异的光学、物理以及化学性能，可以保证浮球耐腐蚀耐压且具备磁惰性。为了能够有足够的空间承载众多电路与内部设备，所述玻璃浮球可以选择17英寸的尺寸。表1为所述玻璃浮球一种可能的尺寸。

外直径	432mm/17inch
		内直径	404mm
重量	17.20kg/air
		浮力	260N
深度	6700m

表1

如图1所示，所述玻璃浮球10包括两个半球部分，其中上半球壳体11和下半球壳体12之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板110，通过所述支撑板110固定所述压力传感逆式回声仪的电路板120和电池130。

这里所述的上半球壳体可以理解为当所述压力传感逆式回声仪处于水中工作时，所述玻璃浮球靠近于水面的壳体部分。所述的下半球壳体可以理解为当所述压力传感逆式回声仪处于水中工作时，所述玻璃浮球远离于水面的壳体部分。

所述玻璃浮球10内部主要安装声学电子部分的电路板、电池组，辅助回收模块与设备，以及水密接插件。这里所述的水密是用密封材料阻隔，不使容器外的水进入的工艺。

所述玻璃浮球10内部直径为404mm，支撑板110被固定在玻璃浮球的下半球壳体12上，整个电子声学部分以及辅助模块都直接或间接固定在支撑板110上。支撑板110承受了整个声学电子部分和辅助模块的重量之和，所以需选用高强度材料，如(聚四氟乙烯、玻纤板)。

支撑板110可以呈圆形，或者与所述玻璃浮球接触的面呈圆周形状，以便与所述玻璃浮球的接触面契合。支撑板110可以通过四块橡胶条卡在玻璃浮球上。这种安装方式只需要采用高粘性材料将橡胶条粘在玻璃浮球的合适位置处，结构简单而且不会由于引入复杂的安装结构而增加重量。安装时将已经集成好的支撑板110沿橡胶条的间隙放入玻璃浮球，再水平转动90度。支撑板110由于受到球内壁以及橡胶条的挤压，而稳定在玻璃浮球内。

电路板120通过螺柱直接安装在支撑板上，螺柱通过沉头螺丝固定于支撑板，以避免与电池130产生接触挤压。可选的，所述电池120固定在所述支撑板朝向所述玻璃浮球的上半球壳体一侧的电池固定座上，所述电池背向所述电池固定座的一侧设置有电池安装固定板，使得通过所述电池固定座和电池安装固定板将所述电池压紧固定在所述玻璃浮球内。所述电池一面通过支撑板压紧，另一面则由电池安装固定板压紧，避免电池在工作过程中可能在水流的带动下出现上下晃动。

所述玻璃浮球10的下半球壳体12上设置有压力传感器孔121，用于通过水密接口设置压力传感器140的外接头，所述压力传感器140设置在所述玻璃浮球10中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔122，所述抽真空孔122用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态。

因玻璃浮球外壳与玻璃浮球间隙较小，只有在半球仰角57度的纬度上，才能达到最大距离50mm，所以开孔位置均选择在半球纬度57度的纬度上，以保证给水密接插件的安装预留最大的距离，方便安装调整。容器开孔后，由于各种强度富余量的存在、以及应力集中的局部性特征，开孔附近的峰值应力，不会产生壳体的整体屈服，所以所开孔附近除疲劳断裂外，不产生一般的强度破坏。且两孔中心之间的间距107mm，远大于两孔直径之和的两倍，所以每一孔均可视为单个开孔，故所采用的水密接插件直接对开孔起到突出接管对称加强的作用。采用突出接管，接管的内伸端与外伸端同时加强。此补强结构简单，密封性好，且容易检验，加厚接口处于最大应力区，故能有效降低应力集中系数。图2为所述玻璃浮球底部朝上放置的情况下，所述玻璃浮球上开孔的位置示意图。方位角和仰角的可选度数如表2所示：

表2

可选的，所述玻璃浮球10的下半球壳体12上还设置有调试孔123，其位置可以如图2所示。在所述调试孔123上设置有水密的调试接口，所述调试接口的一端与所述电路板相连，所述调试接口提供用于对所述压力传感逆式回声仪进行调试。

调试接口的装配以及使用方式可以如图3所示。水密接插件母头采用非L型标准水密接插件安装在玻璃球体，并做水密处理。为保证在玻璃浮球与防护外壳之间有限的空间内紧凑安装，其公头采用非标型号L进行对接。出水调试时，选取调试线A1即可完成调试任务，调试配置完成后，拔下调试线，插上堵头A2，系统即开机并按设定参数进入工作模式。缆长24cm，既可以保证在不连接其他设备时收入浮球保护壳内部避免海流对PIES造成扰动，又可以保证在连接其他仪器时有足够长度伸出浮球保护壳与之相连，同时在调试时可避免拆卸浮球保护壳直接与调试主机相连，提升了用户使用体验。

所述防护外壳20包括两个壳体部分，通过紧固件结合，所述防护外壳将所述玻璃浮球套设在所述防护外壳的内部。可以如图4所示，图4左侧部分所示的是防护外壳的侧视图，图4右侧部分所示的是防护外壳的俯视图，图4中所示的数字为所述防护外壳可选的尺寸数值。

可选的，所述压力传感逆式回声仪还包括换能器30，所述换能器30设置在所述防护外壳20的顶部。

这里所述的防护外壳的顶部可以理解为所述压力传感逆式回声仪处于水中工作时，所述防护外壳靠近水面的部分。所述的防护外壳的底部可以理解为所述压力传感逆式回声仪处于水中工作时，所述防护外壳远离水面的部分。

在所述玻璃浮球的上半球壳体11上设置有换能器孔111，所述换能器30通过所述换能器孔111的水密接口与处于玻璃浮球内部的电路板相连。

也就是说，换能器30通过水密接口连接至玻璃球上的水密换能器接口111上，再通过屏蔽线缆接入所述电路板130。换能器30通过水密接插件连接于玻璃球上，舱内引线接在主电路板上，因换能器30走线需要穿过电池组部分，因此支撑板、系统电池固定板、辅助模块电池固定板，都需要预留相应的走线通道。

换能器接口装配及连接方式如图5所示。水密接插件母头采用L型标准水密接插件安装在玻璃球体，并做水密处理。为保证在玻璃浮球与防护外壳之间有限的空间内紧凑安装，其公头采用标准型号进行对接。因防护外壳与球体间隙较小，最高处仅52mm，采用此型号L型水密接插件可保证在有限空间内安装而不突出保护壳，避免了保护壳2次开孔，亦避免了非L型接口过长，不利于存储运输的问题。缆长24cm，在玻璃浮球与保护壳间隙内盘绕链接至浮球正下方换能器，保证整个结构的紧凑一致。在图5中，31为换能器自带法兰，32为保护框架，33为自制换能器保护壳，34为自制法兰面。

换能器装配方式可以是，其外部安装有自制保护壳，换能器通过法兰与自制保护框架连接。换能器保护壳，保护框架，自制法兰面材质均为聚四氟乙烯，以减少整体结构的加工和装配难度，这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，可满足水下使用的严苛条件。

可选的，在所述防护外壳的外侧设置有浮力材料，用于增加所述玻璃浮球和所述防护外壳在水下的上浮力。

浮力材料是PIES技术的重要组成部分，保证PIES所必须具有的浮力与稳定性，提高PIES的有效载荷，减少其外型尺寸。浮力材料在实际使用时需要长期浸泡在水中，要求其耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。水深达到4000米时，材料的强度要求亦增加，密度也随之增大，但降低了浮力系数。所使用的浮力材料，要求吸水率低，吸水平衡的时间短。

由于浮力块是脆性材料，并且在空气与水中面临两种不同受力情况，因此为了确保其安全性，安装可以采用抱箍和螺栓(双头螺柱)两种结构形式相互配合使用。为避免PIES在水中出现倾斜，整个浮球的装配需满足其重心位于垂直轴线上。

可选的，所述压力传感逆式回声仪还包括声学释放器40，所述声学释放器40的一端通过软性连接链与所述防护外壳20的底部相连，所述声学释放器40的另一端通过软性连接链与配重块50相连，使得在水下工作过程中，所述声学释放器40处于压力外壳20和配重块50之间。

举例说明，所述声学释放器40与所述防护外壳20的底部之间可以通过锚链相连，具体的连接关系可以如图6所示，上部锚链通过与释放器顶部的系缆环板相连接。在系揽环板上安装隔离垫圈，可以防止电接触。下部锚链与声学释放器的链接方式，与上部锚链相同。下部锚链直接与配重块50机械挂钩链接，采用水泥块配重块，整体质量50KG左右，可以保证在投放下沉过程中具有20～30Kg的净重。

配重块通过锚链安装在声学释放器一端，其重量要求满足PIES在投放与回收时具备合适的下沉/上升速度，在座底时能够避免由于水流等因素发生位置移动。

这两段锚链需要在方便安装操作的前提下尽量减少长度，避免在水下给玻璃浮球带来不必要的姿态以及位置偏移，进而带来不必要的观测误差。

可选的，在所述声学释放器40的外侧设置有浮力材料，用于增加所述声学释放器在水下的上浮力。

当所述压力传感逆式回声仪在水中处于工作状态时，具体可以如图7所示。防护外壳20外加装浮力材料，声学释放器40通过锚链与PIES主体链接。采用坐底模式，配重50通过锚链与声学释放器40相链接。

由上述实施例可以看出，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性，所述玻璃浮球包括两个半球部分，其中上半球壳体和下半球壳体之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池，所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，所述压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，所述抽真空孔用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态。玻璃浮球材质的耐腐蚀性远高于金属材质的耐腐蚀性，再通过高强度的防护外壳的保护，进一步提高了所述压力传感逆式回声仪在水下长时间使用的安全性，而且，通过对玻璃浮球进行抽真空，可以提供较大的浮力，为在水下工作提供了便利。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质可以是下述介质中的至少一种：只读存储器(英文：read-onlymemory，缩写：ROM)、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种压力传感逆式回声仪，其特征在于，所述压力传感逆式回声仪包括中空的玻璃浮球和设置在所述玻璃浮球外部的防护外壳，所述防护外壳具有耐腐蚀性；

所述玻璃浮球包括两个半球部分，其中上半球壳体和下半球壳体之间通过密闭材料结合，所述玻璃浮球中安装有支撑板，通过所述支撑板固定所述压力传感逆式回声仪的电路板和电池；

所述玻璃浮球的下半球壳体上设置有压力传感器孔，用于通过水密接口设置压力传感器的外接头，所述压力传感器设置在所述玻璃浮球中；所述玻璃浮球的球壳上还设置有抽真空孔，所述抽真空孔用于将所述玻璃浮球内部抽为真空状态；

所述防护外壳包括两个壳体部分，通过紧固件结合，所述防护外壳将所述玻璃浮球套设在所述防护外壳的内部。

2.根据权利要求1所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，所述压力传感逆式回声仪还包括声学释放器，所述声学释放器的一端通过软性连接链与所述防护外壳的底部相连，所述声学释放器的另一端通过软性连接链与配重块相连，使得在水下工作过程中，所述声学释放器处于压力外壳和配重块之间。

3.根据权利要求1所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，所述压力传感逆式回声仪还包括换能器，所述换能器设置在所述防护外壳的顶部；

在所述玻璃浮球的上半球壳体上设置有换能器孔，所述换能器通过所述换能器孔的水密接口与处于玻璃浮球内部的电路板相连。

4.根据权利要求1至3任一项所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，所述玻璃浮球的下半球壳体上还设置有调试孔，在所述调试孔上设置有水密的调试接口，所述调试接口的一端与所述电路板相连，所述调试接口提供用于对所述压力传感逆式回声仪进行调试。

5.根据权利要求1所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，所述电池固定在所述支撑板朝向所述玻璃浮球的上半球壳体一侧的电池固定座上，所述电池背向所述电池固定座的一侧设置有电池安装固定板，使得通过所述电池固定座和电池安装固定板将所述电池压紧固定在所述玻璃浮球内。

6.根据权利要求1所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，在所述防护外壳的外侧设置有浮力材料，用于增加所述玻璃浮球和所述防护外壳在水下的上浮力。

7.根据权利要求2所述的压力传感逆式回声仪，其特征在于，在所述声学释放器的外侧设置有浮力材料，用于增加所述声学释放器在水下的上浮力。