CN105799868B - 一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,属于海洋生态浮标领域。一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,包括浮体、导流罩和升降装置;在浮体的顶部安装有卫星天线和风速传感器,在浮体的空腔内装有通信模块、直线发电装置、控制模块、波浪传感器、蓄电池和电动机,在浮体的尾部安装有与电动机的主轴连接的尾舵和螺旋桨;所述导流罩贴附在浮体的底部,用于聚集浪流;所述升降装置安装在导流罩的下方,在其壳体内安装有缆绳收放机构,升降装置通过控制缆绳的长度实现浮标的下潜和上浮。本浮标可根据所处海域的海况条件,通过控制模块控制升降装置实现自动控制与调整,并且能利用波浪能实现自供电,可适用于各种复杂海况。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋生态浮标,特别涉及一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标。
背景技术
在经济飞速发展的的今天,国家对海洋资源开发越来越重视,而浮标作为海洋资源开发的排头兵,检测复杂海况以及海洋不同地点的生态环境,提供重要的海况数据和生态数据,为海洋资源开发和海洋资源保护做准备。浮标漂浮在海面上,对于海平面下几百米至几千米的海洋数据普通传感器无法传输到浮标内,水下声学传输技术容易失真,很难达到测量要求,因此要求传感器自带大容量的存储功能且在整个水域剖切面的数据都能测量并获取。但现在浮标存在一些缺陷:现在浮标供电靠携带的蓄电池,为了延长浮标的使用时间,自带蓄电池多大几十块,这样不仅增加了浮标自重,不易安装和布放,废弃的电池严重污染海洋环境,不利于海洋环境保护。
我国海域辽阔,波浪能量巨大,并且我国对于波浪能供电的研究是近十年开始的,现如今已技术成熟,可以应用到浮标领域。当前系泊技术中,大部分采用锚系呈松弛状,在海浪的推动下,浮标将会偏离原有的位置,导致测量数据有偏差,需要浮标具有自定位功能。在恶劣的复杂海况下能够实现自我保护,因此该浮标必须具备一定程度的深潜技术,能够躲避台风及大浪等恶劣天气。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题,提供了一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,使浮标能利用波浪能自供电,且具有自定位、升降、检测海洋剖切面的部分生态数据的功能。
本发明的目的是这样实现的:
一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,包括浮体、导流罩和升降装置;
所述浮体为中空结构,在浮体的顶部安装有卫星天线和风速传感器,在浮体的空腔内安装有上下两层支撑板,浮体的空腔中心垂直安装有直线发电装置,该直线发电装置的两端分别贯穿两层支撑板,在直线发电装置的上方安装有与卫星天线相连的通信模块,所述上层支撑板上安装有控制模块和波浪传感器,下层支撑板上安装有与直线发电装置相连的蓄电池,在所述下层支撑板的尾端还设有支撑台,在支撑台安装有电动机,所述电动机的主轴水平伸出浮体,并在主轴的尾端安装有尾舵和螺旋桨;
所述导流罩的前后两端呈喇叭状且相互贯通,贴附在浮体的底部,且导流罩两端的喇叭口的顶端分别与浮体的首尾两端相连;
所述升降装置具有中空的壳体,该壳体安装在导流罩的下方,壳体内安装有缆绳收放机构,所述缆绳自壳体向下伸出,依次安装有测量传感器、声学释放器及锚。
其中,所述直线发电装置包括电能转化机构和正弦推板机构;
所述电能转化机构位于浮体内,包括定子铁芯,在定子铁芯内嵌有环形绕组,定子铁芯的中心插有活塞缸,环形绕组环绕在活塞缸外,在活塞缸内设有可沿活塞缸的轴向移动的活塞杆,在活塞杆上绕有若干永磁体磁极,且永磁体磁极的N极和S极相互交错排列形成回路,在活塞杆伸出活塞缸的端部设有浮块,所述浮块底部穿过浮体的底部伸入导流罩内;
所述正弦推板机构位于导流罩内,正弦推板机构沿主杆呈对称结构,在主杆的中心套有浮球,主杆的两端分别沿垂直于主杆的方向向两侧转动连接有两根相互平行且可伸缩的水平杆,位于主杆同侧的两根水平杆的端部之间分别连有支撑杆和推板,所述推板上布满了阵列式的通孔,推板和水平杆之间成固定夹角,在支撑杆两端分别固连有连接杆,所述连接杆用于将正弦推板机构固定于导流罩的顶部,且浮球位于电能转化机构中浮块的正下方。
其中,所述推板和水平杆之间的固定夹角为135度。
其中,所述缆绳收放机构包括电机,以及沿水平方向设置且相互平行的卷轴和辅助轴,所述电机的转轴上套有主动齿轮,卷轴上套有过渡齿轮,辅助轴的一端套有被动齿轮,辅助轴的另一端套有绳轮,所述主动齿轮、过渡齿轮和被动齿轮依次啮合转动,所述卷轴上还设有单耳环,缆绳的一端系在单耳环上,且缆绳绕过绳轮后伸出壳体。
其中,所述浮体为椭圆形。
其中,所述锚上带有钢钎。
本发明的有益效果为:本浮标可根据所处海域的海况条件,通过控制模块控制升降装置实现自动控制与调整,并且能利用波浪能实现自供电。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图。
图2为本发明的内部结构示意图。
图3为电能转化机构的内部结构示意图。
图4为正弦推板机构的结构示意图。
图5为升降装置的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图,进一步阐述本发明。
如图1所示,一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,包括浮体1、导流罩2和升降装置3。
如图2所示,浮体1为中空结构,呈椭圆形。为方便安装,浮体1的顶部设有开口,开口上盖有端盖,端盖上安装有卫星天线11和风速传感器12,端盖的下方安装有通信模块14,该通信模块14与卫星天线11相连。
在浮体1的空腔内安装有上下两层支撑板,浮体1的空腔中心垂直安装有直线发电装置13,该直线发电装置13位于通信模块14的下方,直线发电装置13的两端分别贯穿两层支撑板。
直线发电装置13具体包括电能转化机构131和正弦推板机构132。如图3所示,电能转化机构131位于浮体1内,包括定子铁芯1311,在定子铁芯1311内嵌有环形绕组1312,定子铁芯1311的中心插有活塞缸1313,环形绕组1312环绕在活塞缸1313外,在活塞缸1313内设有可沿活塞缸1313的轴向移动的活塞杆1314,在活塞杆1314上绕有若干永磁体磁极1315,且永磁体磁极1315的N极和S极相互交错排列形成回路,在活塞杆1314伸出活塞缸1313的端部设有浮块1316,所述浮块1316底部穿过浮体1的底部伸入导流罩2内。如图4所示,正弦推板机构132位于导流罩2内,正弦推板机构132沿主杆1321呈对称结构,在主杆1321的中心套有浮球1322,主杆1321的两端分别沿垂直于主杆1321的方向向两侧转动连接有两根相互平行且可伸缩的水平杆1323,位于主杆1321同侧的两根水平杆1323的端部之间分别连有支撑杆1324和推板1325,所述推板1325上布满了阵列式的通孔,推板1325和水平杆1323之间成固定夹角135度,在支撑杆1324两端分别固连有连接杆1326,所述连接杆1326用于将正弦推板机构132固定于导流罩2的顶部,且浮球1322位于电能转化机构131中浮块1316的正下方。
在上层支撑板上安装有控制模块15和波浪传感器16,分别位于直线发电装置13的两侧。在下层支撑板上安装有蓄电池17,这里蓄电池17共安装了两块,沿直线发电装置13的两侧对称安装,两块蓄电池17分别与自直线发电装置13中的环形绕组1312上对称引出的导线相连,且在导线上还装有电子控制开关。
在下层支撑板的尾端还设有支撑台,在支撑台上安装有电动机18,所述电动机18的主轴水平伸出浮体1,并在主轴的尾端安装有尾舵19和螺旋桨10。
结合图1和图2所示,导流罩2的前后两端呈喇叭状且相互贯通,贴附在浮体1的底部,且导流罩2两端的喇叭口的顶端分别与浮体1的首尾两端相连;
所述升降装置3具有中空的壳体30,该壳体30安装在导流罩2的下方,壳体30内安装有缆绳收放机构31。如图5所示,缆绳收放机构31具体包括电机311,以及沿水平方向设置且相互平行的卷轴312和辅助轴313,所述电机311的转轴上套有主动齿轮314,卷轴312上套有过渡齿轮315,辅助轴313的一端套有被动齿轮316,辅助轴313的另一端套有绳轮318,所述主动齿轮314、过渡齿轮315和被动齿轮316依次啮合转动,所述卷轴312上还设有单耳环317,缆绳32的一端系在单耳环317上,且缆绳32绕过绳轮318自壳体30向下伸出,且在伸出壳体30的缆绳32的端部依次安装有测量传感器35、声学释放器33及锚34,该锚34上还带有钢钎。
由于本浮标需要在特殊海况下进行下潜活动,因此各个连基础均采用密封措施。
本浮标具有以下功能:
1)自供电。当浪流进入导流罩2内,浪流会加速冲击推板1325,使得浪流进口处的推板1325向内转动,进而推动浮球1322向上运动将浮块1316向上顶;当浪流穿过浪流进口处的推板1325上的通孔后,会继续冲击浪流出口处的推板1325,使其向外转动,进而带动浮球1322向下运动,浮块1316会自动下落,从而实现活塞杆1314整体沿活塞缸1313上下移动,使得活塞杆1314上的永磁体磁极1315的位置发生变化引起磁通量变化,在环形绕组1312内形成电流,最后这些电流通过电子控制开关汇入蓄电池17内,实现储能。为防止蓄电池17在存储电流过程中发生溢出,对两块蓄电池17进行轮流储能,具体由控制模块15进行控制,当控制模块15检测到一侧的蓄电池17发生溢出时,会自动闭合该侧的电子控制开关,同时接通另一侧的电子控制开关,以使另一侧的蓄电池17实现储能。
2)自动归位。由于浮标在海浪和海风的作用下,会发生位置偏移。尾舵19的作用是使导流罩2的开口始终迎着浪流方向,获得良好的水动性能。当浮标需要回复原有位置时,控制模块15会发送指令接通电动机18带动螺旋桨10旋转,推动浮标按原方向返回。
3)升降功能。浮标的升降通过电机311的正反转来实现。当电机311逆时针旋转时,带动过滤齿轮315和卷轴312顺时针旋转,而被动齿轮316和与其同步的绳轮318则逆时针旋转,这时缆绳32将有序的缠绕在卷轴312上。此时,如果锚34固定在海底,则浮标受到缆绳32向下的拉力而下潜;如果锚34未与海底进行固定,那么水下的缆绳32缩短后,浮标的自重会增加,浮标在自重增加的作用下进行下潜。当电机311顺时针旋转时,与前述正好相反,浮标将进行上浮。
为在复杂海况中更好地保护浮标不受损坏,这里浮标的升降由控制模块15进行自动控制。当风速传感器12和波浪传感器16检测到异常风浪时,控制模块15会指令电机311逆时针旋转,使浮标下潜至水下100m;而当风浪正常时,控制模块15会指令电机311顺时针旋转,使浮标上浮至水面正常工作。
4)海水温盐检测。在缆绳32上装有测量传感器35,用于检测一定深度的海水的温度、盐度、含氧量和污染物等数据,该测量传感器35具体采用阵列式排布,且自带存储功能。在数据测量过程中,缆绳32上的声学释放器33会锁住缆绳32,带测量完成后,再自动解锁缆绳32,将缆绳32收回。
Claims (6)
1.一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,包括浮体(1)、导流罩(2)和升降装置(3);
所述浮体(1)为中空结构,在浮体(1)的顶部安装有卫星天线(11)和风速传感器(12),在浮体(1)的空腔内安装有上下两层支撑板,浮体(1)的空腔中心垂直安装有直线发电装置(13),该直线发电装置(13)的两端分别贯穿两层支撑板,在直线发电装置(13)的上方安装有与卫星天线(11)相连的通信模块(14),所述上层支撑板上安装有控制模块(15)和波浪传感器(16),下层支撑板上安装有与直线发电装置(13)相连的蓄电池(17),在所述下层支撑板的尾端还设有支撑台,在支撑台安装有电动机(18),所述电动机(18)的主轴水平伸出浮体(1),并在主轴的尾端安装有尾舵(19)和螺旋桨(10);
所述导流罩(2)的前后两端呈喇叭状且相互贯通,贴附在浮体(1)的底部,且导流罩(2)两端的喇叭口的顶端分别与浮体(1)的首尾两端相连;
所述升降装置(3)具有中空的壳体(30),该壳体(30)安装在导流罩(2)的下方,壳体(30)内安装有缆绳收放机构(31),所述缆绳(32)自壳体(30)向下伸出,依次安装有测量传感器(35)、声学释放器(33)及锚(34)。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,所述直线发电装置(13)包括电能转化机构(131)和正弦推板机构(132);
所述电能转化机构(131)位于浮体(1)内,包括定子铁芯(1311),在定子铁芯(1311)内嵌有环形绕组(1312),定子铁芯(1311)的中心插有活塞缸(1313),环形绕组(1312)环绕在活塞缸(1313)外,在活塞缸(1313)内设有可沿活塞缸(1313)的轴向移动的活塞杆(1314),在活塞杆(1314)上绕有若干永磁体磁极(1315),且永磁体磁极(1315)的N极和S极相互交错排列形成回路,在活塞杆(1314)伸出活塞缸(1313)的端部设有浮块(1316),所述浮块(1316)底部穿过浮体(1)的底部伸入导流罩(2)内;
所述正弦推板机构(132)位于导流罩(2)内,正弦推板机构(132)沿主杆(1321)呈对称结构,在主杆(1321)的中心套有浮球(1322),主杆(1321)的两端分别沿垂直于主杆(1321)的方向向两侧转动连接有两根相互平行且可伸缩的水平杆(1323),位于主杆(1321)同侧的两根水平杆(1323)的端部之间分别连有支撑杆(1324)和推板(1325),所述推板(1325)上布满了阵列式的通孔,推板(1325)和水平杆(1323)之间成固定夹角,在支撑杆(1324)两端分别固连有连接杆(1326),所述连接杆(1326)用于将正弦推板机构(132)固定于导流罩(2)的顶部,且浮球(1322)位于电能转化机构(131)中浮块(1316)的正下方。
3.根据权利要求2所述的一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,所述推板(1325)和水平杆(1323)之间的固定夹角为135度。
4.根据权利要求1所述的一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,所述缆绳收放机构(31)包括电机(311),以及沿水平方向设置且相互平行的卷轴(312)和辅助轴(313),所述电机(311)的转轴上套有主动齿轮(314),卷轴(312)上套有过渡齿轮(315),辅助轴(313)的一端套有被动齿轮(316),辅助轴(313)的另一端套有绳轮(318),所述主动齿轮(314)、过渡齿轮(315)和被动齿轮(316)依次啮合转动,所述卷轴(312)上还设有单耳环(317),缆绳(32)的一端系在单耳环(317)上,且缆绳(32)绕过绳轮(318)后伸出壳体(30)。
5.根据权利要求1所述的一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,所述浮体(1)为椭圆形。
6.根据权利要求1所述的一种波浪能自供电定位式可升降生态浮标,其特征在于,所述锚(34)上带有钢钎。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |