CN106997656A - 一种海底仪器用的水下数据传输平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海底仪器用的水下数据传输平台，属于海洋监测技术领域，其包括安装架及安装在安装架上的控制单元、供电电池组、浮体、用于容纳海底仪器的仪器舱与用于容纳供电电池组的电池舱；还包括安装在安装架上的分离单元、配重单元及两个以上的浮筒单元。其可搭载海底仪器对海底水文数据进行收集，并通过浮筒单元及时地将收集的数据携带至水面，并与卫星进行数据传输，并且在使用后可对大部分结构进行回收再利用，可广泛地应用于海底水文数据的收集。

Description

一种海底仪器用的水下数据传输平台

技术领域

本发明涉及海洋监测技术领域，具体地说，涉及一种海底仪器用的水下数据传输平台。

背景技术

地球71％的面积是海洋，其中蕴藏着极其丰富的资源，是维持人类可持续发展的重要战略空间。海洋技术是海洋资源开发的不可缺少的基础支撑技术，而海洋监测技术和设备是海洋技术不可缺少的基础技术和原始信息获取手段。随着卫星通讯、卫星遥感、水声遥测以及数据同化等技术的不断发展与成熟,海洋环境监测已进入从空间、沿岸、水面及水下对海洋环境进行立体监测的时代。

目前，海底仪器收集的数据通常是通过缆线进行传输，其能连续并实时地将海底仪器所收集的信息传回处理站，但是海底仪器的工作位置易受缆线长度的限制，使其工作范围受限；缆线成本较高，且通常使用停泊在该海域上的船作为处理站，进一步增添了人力物力成本。此外，使用缆线进行收集容易对海底环境造成不友好的影响。

公告号为CN101487704B的专利文献公开了一种海洋检测用潜标，包括壳体，在壳体内安装有支撑架，内、外皮囊分别通过气阀杆与电磁换向阀的接口相连通；在支撑架上固定有一个电机，电机的输出轴的转动传递给套在丝杠上的丝杠螺母；丝杠的一端固定有丝杠防转件并且其另一端与活塞相连，液压缸的出都断与电磁换向阀相连通；在壳体内安装有传感器、声通信模块，在母舰上安装有主控计算机和向声通信模块发出定位信号的超短基线系统，在支撑架上连接有电池组和单片机；主控计算机输出运动控制命令给声通信模块和单片机同时接收来自单片机的数据信号，单片机通过其接口发出信号给电动机和换向阀。

该潜标能够根据预定程序或外部指令下潜、定深或上浮，从而完成数据的采集与传回至母舰。但是，潜标在向母船传输信号时与母船的距离有限制，距离太远会使信号减弱。而通过控制潜标下潜收集信号，然后控制潜标上浮来向母船传输信号，与通过线缆进行数据传输的方式相比，其可选工作范围变大且对海底环境更友好，但其为间歇式的收集海底水文数据，不便于一些需连续采集数据的收集。

发明内容

本发明的目的为提供一种海底仪器用的水下数据传输平台。

为了实现上述目的，本发明提供的水下数据传输平台包括安装架及安装在安装架上的控制单元、供电电池组、浮体、用于容纳海底仪器的仪器舱与用于容纳供电电池组的电池舱；还包括安装在安装架上的分离单元、配重单元及两个以上的浮筒单元；浮筒单元包括浮筒及设于浮筒内的数据接收模块、数据存储模块、数据发送模块及浮筒电池组；分离单元包括用于释放配重单元的配重分离装置及用于释放浮筒单元的浮筒分离装置；控制单元包括设于仪器舱内用于接收海底仪器的检测数据的数据接收模块、用于控制分离单元动作的主控模块及用于将数据传输给浮筒单元的数据发送模块。

由以上方案可见，可以根据工作需求在仪器舱内搭载不同类型的海洋监测仪器，由于配重单元的作用，使携带有海底仪器的平台能够潜入海底进行数据采集；控制单元将海底仪器采集的数据传输给浮筒单元并存储在其的存储单元中，暂时保存，当一个浮筒单元的存储单元存满数据后，控制单元向另一浮筒传输并存储检测数据，同时控制浮筒分离装置释放已存满检测数据的浮筒单元，被释放的浮筒单元在浮力的作用下浮至海面并通过数据发送模块将存储在存储单元内的数据及时地通过卫星传回，达到准实时传输的效果；完成数据的采集后，通过配重分离装置将配重单元释放，在浮体浮力的作用下，将安装有仪器舱、海底仪器等的安装架浮至海面等待回收，从而达到数据连续采集、准实时传输的目的的同时，能够对大部分设备进行回收。

具体的方案为浮筒分离装置包括安装支架、套于浮筒外的浮筒限位筒、安装在安装支架上的分离控制器及与安装支架铰接的挡钩；浮筒限位筒与安装架固定连接，安装支架与浮筒的底部固定连接；浮筒限位筒内设有内肩台，分离控制器用于控制挡钩绕铰轴转动以使挡臂抵靠内肩台的下台面或与下台面脱离抵靠。该分离装置结构简单，易于控制。

更具体的方案为三个以上的挡钩环绕浮筒的轴线均匀布置；挡钩的约束臂上设有颈缩环；分离控制器包括熔丝及用于熔断熔丝的熔断器，熔丝依次绕于颈缩环外而构成将挡钩的约束臂朝向浮筒轴线的方向拉近的多边结构，熔丝的两端与安装支架固定连接。该机构利用熔丝通电熔断的特点来控制挡钩工作，原理简单，熔丝便于替换或安装，且便于在海底水密的实现。

再具体的方案为浮筒分离装置还包括压簧、用于推压安装支架的推板及固定于浮筒限位筒下端的固定座；压簧的一端与固定座固定连接，另一端与推板固定连接。推板和压簧用于辅助浮筒快速脱离数据传输平台的浮筒限位筒，浮至水面。

另一具体的方案为配重单元包括支撑架及与支撑架固定连接的配重块；配重块为设于支撑架外围的三个以上的支撑柱。

更具体的方案为配重分离装置包括安装支架、安装在安装支架上的分离控制器及与安装支架铰接的挡钩；安装支架与安装架的底部固定连接；支撑架上设有通孔，通孔内设有内肩台，分离控制器用于控制挡钩绕铰轴转动以使挡臂抵靠配重分离装内肩台的下台面或与该下台面脱离抵靠。设置在安装架上通孔的内肩台用于对配重分离装置进行限制，从而将配重单元限制在安装架底部。该装置结构简单，易于控制。

另一具体的方案为浮筒电池组置于浮筒的底部，浮筒单元的数据发送模块为设于浮筒顶盖内的发射天线。电池组在为数据传送提供能源的同时，将整个浮筒的重心偏向分离装置一侧，从而有效地确保浮筒浮出水面时，发射天线朝上布置且位于水面上。

再一具体的方案为浮体为位于安装架顶部的水密仪器球，仪器球包括上盖和下盖，数据发送模块为设于上盖顶部的发射天线；仪器舱与电池舱均安装在仪器球内，仪器球内填充有由轻质抗压材料制成的填充体。在仪器球内填充轻质抗压材料用来占据仪器球内的空间，防止仪器球由于水压过大而变形，保证球体形态。同时选用轻质材料使填充体重量对仪器球上浮的影响降低。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的仪器球、仪器舱、电池舱及填充体的结构爆炸图；

图3为本发明实施例的浮筒单元与浮筒分离装置的结构图；

图4为本发明实施例中分离装置的立体图。

其中：1、配重分离装置；2、仪器球；21、下盖；22、上盖；23、仪器舱；24、电池舱；25、填充体；3、水密接插线；4、发射天线；5、浮筒单元；51、浮筒壳；52、浮筒顶盖；53、浮筒天线；54、浮筒内部电路；55、浮筒电池组；6、安装架；7、支撑架；8、配重块；9、浮筒分离装置；10、挡钩；101、挡臂；102、约束臂；11、分离控制器；12、安装支架；13、熔丝；14、压簧；15、推板；16、浮筒限位筒；161、内肩台；17、固定座。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1，本海底仪器用的水下数据传输平台包括安装架7、仪器球2、控制单元、供电电池组、分离单元、配重单元及两个以上的浮筒单元。

参见图2，仪器球2包括上盖22和下盖21；仪器球2内设有用于容纳海底仪器的仪器舱23和用于容纳供电电池组的电池舱24；上盖22与下盖21通过螺栓固定连接并达到水密连接，即上盖22和下盖21为仪器球2内部提供一个水密空间。

控制单元设置在仪器舱23内，控制单元包括数据接收模块、主控模块和数据发送模块。数据接收模块用于接收海底仪器的检测数据；主控模块用于控制分离单元动作，进而控制浮筒的释放以及可回收部分与配重装置的分离；数据发送模块为设于上盖22顶部的发射天线4，用于将数据传输给浮筒单元5。仪器舱23可以根据具体水下探测任务，搭载不同的海底仪器，搭载的海底仪器由旁边的电池舱24内的供电电池组提供能源。在仪器球2内部还填充有由轻质抗压材料制成的填充体25，填充体25可以用来防止仪器球2由于水压过大而变形，保证球体形态。

参见图3，浮筒单元5包括浮筒及设于浮筒内的数据接收模块、数据存储模块、数据发送模块及浮筒电池组55，浮筒是由浮筒壳51及浮筒顶盖52构成的水密壳体结构。数据发送模块为设于浮筒顶盖53内的浮筒天线53，浮筒电池组55置于浮筒的底部，为数据传送提供能源的同时将整个浮筒单元5的重心偏向分离浮筒天线53的一侧，从而使浮筒单元5浮至水面时，能使浮筒天线53朝上且位于水面上。浮筒内部电路54上设有存储模块与控制模块，控制模块用于控制数据的接收与发送，以及控制浮筒的上浮。

参见图3和图4，浮筒分离装置9位于整个浮筒的底部，与浮筒壳51通过螺栓连接。浮筒分离装置9包括套于浮筒外的浮筒限位筒16、安装支架12、安装在安装支架12上的分离控制器11及与安装支架12铰接的挡钩10；浮筒限位筒16与安装架固定连接，安装支架12与浮筒的底部固定连接；浮筒限位筒16内设有内肩台161，分离控制器11用于控制挡钩10绕铰轴转动以使其挡臂101抵靠内肩台161的下台面或与该下台面脱离抵靠。

挡钩10由挡臂101、约束臂102及连接二者的铰轴部构成，铰轴部上设有铰轴。

三个挡钩10环绕浮筒的轴线均匀布置；挡钩10的约束臂102上设有颈缩环；分离控制器11包括熔丝13及用于熔断熔丝13的熔断器，熔丝13依次绕于颈缩环外而构成将挡钩10的约束臂102朝向浮筒轴线的方向拉近的三角形结构，从而使挡臂101抵靠内肩台161的台面，熔丝13的两端与安装支架12固定连接。浮筒分离装置9还包括压簧14、用于推压安装支架12的推板15及固定于浮筒限位筒16的下端的固定座17；压簧14的一端与固定座17固定连接，另一端与推板15固定连接。

挡钩10处于张开状态时，三个挡钩10所占据的面积大于浮筒限位筒16内部的截面积，这时挡钩10使整个浮筒被限制在浮筒限位筒16内，此时压簧14处于压缩状态，浮筒压在推板15上。当熔断器将熔丝13通电熔断后，在压簧14的辅助推力下，推动安装支架移动，带动挡钩10转动一定角度，使三个挡钩10所占据的总面积缩小，进而使浮筒可以离开浮筒限位筒16，之后，在浮筒自身的浮力作用下，上浮至海面。

配重单元包括支撑架7及与支撑架7固定连接的配重块8；配重块8构成支撑架7外围的三个以上的支撑柱，用于将整个平台支撑在海底。

在本实施例中，配重分离装置1的结构与浮筒分离装置9的结构相同，在此不再赘述，如图4与图1所示，支撑架7上设有通孔，通孔内设有内肩台，分离控制器11用于控制挡钩10绕铰轴转动以使挡臂101抵靠内肩台的台面或与该台面脱离抵靠。

配重分离装置1和浮筒分离装置9结构和工作原理类似，只是熔断器将熔丝18熔断后，没有辅助的压簧机构，完全依靠仪器球与安装架自身的浮力上浮，在本实施例中，仪器球也构成为二者提供上浮浮力的浮体。配重分离装置1与浮筒分离装置9一起构成本实施例的分离单元。

本发明的工作过程如下：

水下数据传输平台在仪器球2中搭载工作所需的海洋仪器之后，由船舶通过缆绳放置到海底。控制数据接收模块收集水下的信号，首先汇集到仪器舱23中的主控模块上，对信号进行简单处理，将简单处理后的发射天线4发送给浮筒单元5。

每个浮筒单元5都有四种工作状态：待机状态、接收状态、上浮状态及发送状态。

待机状态：仪器球2在同一时间里与一个浮筒单元5进行通信，在浮筒单元5还未被释放上浮之前，同时又没有在接收数据时，浮筒单元5处于超低功耗的待机状态。

接收状态：当整个平台开始工作时，或前一浮筒单元5释放分离时，下一浮筒单元5进入通信状态，此时，浮筒天线53接收仪器球2发送的信息，之后，会将接收到的信息储存至存储模块中。浮筒单元5内的数据储存空间逐渐被消耗，当一定时间后，浮筒单元5内的储存容量用尽时，并且浮筒内部电路54上的控制模块向仪器球2内的主控模块发送消息。在消息被确认后浮筒单元5进入释放状态，此时浮筒单元5内控制模块控制浮筒分离装置9上的熔断器通电，熔断熔丝，浮筒下的挡钩10失去限制，在压簧14的辅助推力作用下，由推板15推出浮筒限位筒16。

从而，浮筒单元5进入上浮状态，浮筒单元5由水底上浮到水面，准备与卫星进行通讯，即进入发送状态，完成数据准实时传输的功能。

当所有浮筒单元5水下数据传输释放之后，水下数据传输平台用主控模块控制安装架7上的各个配重分离装置1通电熔断熔丝，配重分离装置1上的挡钩失去限制，在自身重力作用下脱离安装架。仪器球2，安装架7以及上面的浮筒限位筒16在自身浮力的作用下，上浮到水面，等待被回收。

其中，分离控制器的结构并不局限于上述实施例中的结构，比如，采用直线电机、气缸等直线制动器的推杆对挡钩进行控制；配重单元等结构还有多种显而易见的变化。

Claims (8)

1.一种海底仪器用的水下数据传输平台，包括安装架及安装在所述安装架上的控制单元、供电电池组、浮体、用于容纳所述海底仪器的仪器舱与用于容纳所述供电电池组的电池舱；

其特征在于：

还包括安装在所述安装架上的分离单元、配重单元及两个以上的浮筒单元；

所述浮筒单元包括浮筒及设于所述浮筒内的数据接收模块、数据存储模块、数据发送模块及浮筒电池组；

所述分离单元包括用于释放所述配重单元的配重分离装置及用于释放所述浮筒单元的浮筒分离装置；

所述控制单元包括设于所述仪器舱内用于接收所述海底仪器的检测数据的数据接收模块、用于控制所述分离单元动作的主控模块及用于将数据传输给所述浮筒单元的数据发送模块。

2.根据权利要求1所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述浮筒分离装置包括安装支架、套于所述浮筒外的浮筒限位筒、安装在所述安装支架上的分离控制器及与所述安装支架铰接的挡钩；

所述浮筒限位筒与所述安装架固定连接，所述安装支架与所述浮筒的底部固定连接；

所述浮筒限位筒内设有内肩台，所述分离控制器用于控制所述挡钩绕铰轴转动以使挡臂抵靠所述内肩台的台面或与所述台面脱离抵靠。

3.根据权利要求2所述的水下数据传输平台，其特征在于：

三个以上的所述挡钩环绕所述浮筒的轴线均匀布置；

所述挡钩的约束臂上设有颈缩环；

所述分离控制器包括熔丝及用于熔断所述熔丝的熔断器，所述熔丝依次绕于所述颈缩环外后与所述安装支架固定连接。

4.根据权利要求3所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述浮筒分离装置还包括压簧、用于推压所述安装支架的推板及固定于所述浮筒限位筒下端的固定座；

所述压簧的一端与所述固定座固定连接，另一端与所述推板固定连接。

5.根据权利要求1所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述配重单元包括支撑架及与所述支撑架固定连接的配重块；

所述配重块为设于所述支撑架外围的三个以上的支撑柱。

6.根据权利要求5所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述配重分离装置包括安装支架、安装在所述安装支架上的分离控制器及与所述安装支架铰接的挡钩；

所述安装支架与所述安装架的底部固定连接；

所述支撑架上设有通孔，所述通孔内设有内肩台，所述分离控制器用于控制所述挡钩绕铰轴转动以使挡臂抵靠所述内肩台的台面或与所述台面脱离抵靠。

7.根据权利要求1所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述浮筒电池组置于所述浮筒的底部，所述浮筒单元的数据发送模块为设于所述浮筒的顶盖内的发射天线。

8.根据权利要求1所述的水下数据传输平台，其特征在于：

所述浮体为位于所述安装架的顶部的水密的仪器球，所述仪器球包括上盖和下盖，数据发送模块为设于所述上盖的顶部的发射天线；

所述仪器舱与所述电池舱均置于所述仪器球内，所述仪器球内填充有由轻质抗压材料制成的填充体。