CN107187549A - 一种全底质坐底式海底潜标及其测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全底质坐底式海底潜标及其测量系统，属于潜标领域。本发明包括：主体框架、配重底座、浮体、耐压壳体、释放器固定架、声学释放器、电源模块、控制器、无线电信标机、水声通信机、温盐深测量仪、深水声学多普勒海流剖面仪、海流计和气体传感器；主体框架具有多个支脚，配重底座上具有多个支脚孔，支脚上套装有弹簧且设有限位机构；配重底座上安装有锚链组件，锚链组件的自由端链接在声学释放器的释放钩中，且支脚位于支脚孔中时，弹簧上端抵在限位机构上，弹簧下端抵在配重底座上，且弹簧处于压缩状态。声学释放器的释放钩打开时，弹簧提供向上弹力，帮助主体框架脱离其深陷的海底淤泥，以实现对潜标上检测仪器的回收。

Description

一种全底质坐底式海底潜标及其测量系统

技术领域

本发明属于潜标领域，具体涉及一种全底质坐底式海底潜标及其测量系统。

背景技术

天然气水合物是在高压低温环境下由甲烷、乙烷和二氧化碳等气体与水分子结合形成的固态物质，主要存在于陆地永久冻土带和水深超过300m的海洋沉积物中。全球天然气水合物中含碳总量相当于已知煤、石油和天然气碳储量的两倍，且完全燃烧时只生成几乎无污染的二氧化碳和水，是未来最有潜力的新型绿色能源之一。但是天然气水合物也具有极强的环境灾害效应，当其赋存区稳定环境遭到破坏，如海平面快速下降、强烈的构造活动、地震等，海底沉积物中的水合物就会分解并在很短时间内大规模排放甲烷气体，进而引发一系列严重的环境问题，如温室效应、海底滑坡、海洋生态环境破坏等。

因此，深海天然气水合物的勘探和开发必须首先对其环境效应及可能引发的环境灾害进行评估，确保安全、有效的使用天然气水合物资源。

现有技术中，对深海天然气水合物的评估方法有海底原位测量法，该方法是将底层海水采集到船上，再用化学手段测量水中的各组分含量。但是由于海水在测量时已经不是海底原始的环境，测量结果误差较大。对此，现有技术通过潜标实现在海底环境下对底层海水进行测量。

潜标是海洋环境调查的重要技术装备，是对海洋水下环境进行长期、连续、定点、多参数同步观测的设备系统，具有在恶劣的海洋环境条件下，无人值守的长期、连续、同步、自动地对海洋水文、气象诸要素进行全面综合监测的特点。是海洋观测岸站、调查船和调查飞机在空间上和时间上的延伸扩展，是离岸监测的重要手段。可以获取深海海底天然气水合物区的连续长时间序列环境参数，通过对相关参数的前后对比和综合研判，评估天然气水合物开发的环境效应及潜在的环境风险。

但是由于海底地形、地质环境的复杂，潜标着落在海底时，会发生陷在海底的淤泥中的情况，此种情况下，虽然通过声学释放器水上机控制潜标上的声学释放器的释放钩打开，使潜标的配重底座脱离潜标的主体框架，但由于潜标的主体框架深陷海底淤泥中，经常发生潜标主体框架陷深陷在海底淤泥中无法上浮的问题，导致无法回收潜标的各种检测仪器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全底质坐底式海底潜标及其测量系统，声学释放器的释放钩打开时，潜标的主体框架支脚上的弹簧提供向上弹力，帮助潜标的主体框架脱离其深陷的海底淤泥，以实现对潜标上检测仪器的回收。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种全底质坐底式海底潜标，包括：主体框架、配重底座、浮体、耐压壳体、释放器固定架、声学释放器、电源模块、控制器、无线电信标机、水声通信机、温盐深测量仪、深水声学多普勒海流剖面仪、海流计以及用于检测海底气体的气体传感器；

所述电源模块提供所述水声通信机、所述气体传感器和所述控制器的工作电源；所述水声通信机、所述温盐深测量仪、所述深水声学多普勒海流剖面仪、所述海流计和所述气体传感器分别与所述控制器电连接；

所述声学释放器安装在所述释放器固定架上，所述电源模块和所述控制器分别安装在所述耐压壳体中，所述浮体、所述耐压壳体、所述释放器固定架、所述无线电信标机、所述水声通信机、所述温盐深测量仪、所述深水声学多普勒海流剖面仪、所述海流计和所述气体传感器分别安装在所述主体框架上；

所述主体框架具有多个支脚，所述配重底座上具有多个容置所述支脚的支脚孔，每个所述支脚上均套装有弹簧，每个所述支脚上均设有限定所述弹簧上端在所述支脚上位置的限位机构；

所述配重底座上安装有锚链组件，所述声学释放器具有释放钩；所述锚链组件的自由端链接在闭合状态的所述声学释放器的释放钩中，且所述支脚位于所述支脚孔中时，所述弹簧上端抵在所述限位机构上，所述弹簧下端抵在所述配重底座上，且所述弹簧处于压缩状态。

进一步地，所述配重底座呈田字型框架结构，呈田字型框架结构的所述配重底座的四个角分别设有支脚座，所述支脚座上开设有所述支脚孔，相应地，所述主体框架具有所述支脚数量有四个，且四个所述支脚与四个所述支脚孔形成一一对应关系；

呈田字型框架结构的所述配重底座的十字交叉处设有锚杆座，所述锚杆座上安装有锚杆，所述锚链组件固定在所述锚杆顶端。

进一步地，所述主体框架中设有将所述锚链组件隔离的隔离板，所述隔离板上开设有多个孔洞。

进一步地，所述声学释放器有两个，为第一声学释放器和第二声学释放器，所述第一声学释放器和所述第二声学释放器并列固定在所述释放器固定架上；所述锚链组件包括一锚链和一圆环，所述圆环固定在所述锚杆顶端，所述锚链穿过所述圆环，所述锚链一端链接在闭合状态的所述第一声学释放器的释放钩中，所述锚链的另一端链接在闭合状态的所述第二声学释放器的释放钩中。

进一步地，所述全底质坐底式海底潜标还包括具有水压传感器和光线传感器的自容式闪光灯，所述自容式闪光灯安装在所述主体框架上。

进一步地，所述主体框架顶部还加装有旗帜。

进一步地，所述限位机构为环绕所述支脚且与所述支脚成一体结构的环状凸沿。

进一步地，用于检测海底气体的所述气体传感器包括甲烷传感器和二氧化碳传感器。

进一步地，所述主体框架由316不锈钢材料制成，所述配重底座由碳素钢Q235材料制成，所述耐压壳体由钛合金TC4材料制成，所述浮体由玻璃微珠材料制成。

一种全底质坐底式海底潜标测量系统，所述全底质坐底式海底潜标测量系统包括上述各方案任一方案所述的全底质坐底式海底潜标，所述全底质坐底式海底潜标测量系统还包括水上机子系统，所述水上机子系统包括无线电定位机、声学释放器水上机和水声通信水上机；其中，所述无线电定位机与所述无线电信标机无线通信连接，所述声学释放器水上机与所述声学释放器声学通信连接；所述水声通信水上机与所述水声通信机声学通信连接。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本发明提供的全底质坐底式海底潜标中，主体框架的每个支脚均套装有弹簧，锚链组件的自由端链接在闭合状态的声学释放器的释放钩中，弹簧上端抵在限位机构上，弹簧下端抵在配重底座上，且弹簧处于压缩状态，声学释放器的释放钩打开时，潜标的主体框架支脚上的弹簧提供向上弹力，通过本发明可以帮助潜标的主体框架脱离其深陷的海底淤泥，以实现对潜标上检测仪器的回收。

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为本发明全底质坐底式海底潜标的示意图；

图2为本发明中配重底座的示意图；

图3为本发明中锚链组件的示意图；

图4为本发明一种全底质坐底式海底潜标测量系统的工作原理图。

图中，1-全底质坐底式海底潜标；2-水上机子系统；101-主体框架；102-配重底座；103-浮体；104-耐压壳体；105-释放器固定架；106-声学释放器；106a-第一声学释放器；106b-第二声学释放器；107-电源模块；108-控制器；109-无线电信标机；110-水声通信机；111-温盐深测量仪；112-深水声学多普勒海流剖面仪；113-海流计；114-气体传感器；115-支脚；116-支脚孔；117-弹簧；118-限位机构；119-锚链组件；119a-锚链；119b-圆环；120-支脚座；121-锚杆座；122-锚杆；123-隔离板；124-自容式闪光灯；125-旗帜；201-无线电定位机；202-声学释放器水上机；203-水声通信水上机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图4所示，本发明提供一种全底质坐底式海底潜标1，包括：主体框架101、配重底座102、浮体103、耐压壳体104、释放器固定架105、声学释放器106、电源模块107、控制器108、无线电信标机109、水声通信机110、温盐深测量仪111、深水声学多普勒海流剖面仪112、海流计113以及用于检测海底气体的气体传感器114；

所述电源模块107提供所述水声通信机110、所述气体传感器114和所述控制器108的工作电源；所述水声通信机110、所述温盐深测量仪111、所述深水声学多普勒海流剖面仪112、所述海流计113和所述气体传感器114分别与所述控制器108电连接；

所述声学释放器106安装在所述释放器固定架105上，所述电源模块107和所述控制器108分别安装在所述耐压壳体104中，所述浮体103、所述耐压壳体104、所述释放器固定架105、所述无线电信标机109、所述水声通信机110、所述温盐深测量仪111、所述深水声学多普勒海流剖面仪112、所述海流计113和所述气体传感器114分别安装在所述主体框架101上；

所述主体框架101具有多个支脚115，所述配重底座102上具有多个容置所述支脚115的支脚孔116，每个所述支脚115上均套装有弹簧117，每个所述支脚115上均设有限定所述弹簧117上端在所述支脚115上位置的限位机构118；

所述配重底座102上安装有锚链组件119，所述声学释放器106具有释放钩；所述锚链组件119的自由端链接在闭合状态的所述声学释放器106的释放钩中，且所述支脚115位于所述支脚孔116中时，所述弹簧117上端抵在所述限位机构118上，所述弹簧117下端抵在所述配重底座102上，且所述弹簧117处于压缩状态。

现有技术中，潜标的主体框架采用框架式结构，可以有效减少潜标对周围海水流动的阻挡，减少对本发明中用于检测海水的所述气体传感器114的检测的干扰。在现有技术潜标中，声学释放器106、无线电信标机109、水声通信机110、温盐深测量仪111、深水声学多普勒海流剖面仪112和海流计113均为自供电设备，本发明采用的声学释放器106、无线电信标机109、水声通信机110、温盐深测量仪111、深水声学多普勒海流剖面仪112和海流计113也是如此。

所述温盐深测量仪111、所述深水声学多普勒海流剖面仪112、所述海流计113和所述气体传感器114对海底原位海洋参数进行各方面的检测，并将检测获得的数据传输给所述控制器108，所述控制器108通过所述水声通信机110与水上的通信设备进行水声通信，将检测的数据传输给水上设备。

通过所述声学释放器106将所述主体框架101固定在所述配重底座102上，实现潜标在海底着落坐底，所述声学释放器106接收释放器水上机发出的释放信号后，所述声学释放器106的闭合状态的释放钩打开，所述主体框架101被释放，所述浮体103在所述主体框架101在被释放时提供向上浮升的浮力，实现对所述主体框架101和所述主体框架101中各部件的回收。

所述主体框架101浮出水面后，接收所述无线电信标机109发出的坐标定位信号，寻找回收所述主体框架101。

本发明中，所述主体框架101的每个所述支脚115均套装有所述弹簧117，所述锚链组件119的自由端链接在闭合状态的所述声学释放器106的释放钩中，所述弹簧117上端抵在所述限位机构118上，所述弹簧117下端抵在所述配重底座102上，且所述弹簧117处于压缩状态，所述声学释放器106的释放钩打开时，潜标的所述主体框架101所述支脚115上的所述弹簧117提供向上弹力，通过本发明可以帮助潜标的所述主体框架101脱离其深陷的海底淤泥，以实现对潜标上检测仪器的回收。

本发明所述全底质坐底式海底潜标1着落海底坐底时，海底地形状态会对潜标坐底状态产生影响，当本发明潜标坐底时的地形为高低不平状态，导致潜标倾斜，若配重底座102为一平面底座，会进一步增加潜标倾斜的几率，同时坐底位置的海底面被一平面覆盖阻隔，潜标上的检测气体的传感器不能检测到从坐底位置的海底面出来的气体。

如图1和图2所示，为了减小潜标坐底时倾斜几率以及减少对潜标坐底位置海底出来的气体检测的影响，本发明给出所述配重底座102的如下改进方案：所述配重底座102呈田字型框架结构，呈田字型框架结构的所述配重底座102的四个角分别设有支脚座120，所述支脚座120上开设有所述支脚孔116，相应地，所述主体框架101具有所述支脚115数量有四个，且四个所述支脚115与四个所述支脚孔116形成一一对应关系；

呈田字型框架结构的所述配重底座102的十字交叉处设有锚杆座121，所述锚杆座121上安装有锚杆122，所述锚链组件119固定在所述锚杆122顶端。

通过上述方案，呈田字型框架结构的所述配重底座102为镂空状态，在海底坐底时，镂空状态的呈田字型框架结构的所述配重底座102能够减少坐底海底高低不平的地形对潜标倾斜的影响，同时镂空状态的呈田字型框架结构的所述配重底座102也能够使从坐底海底释放的气体顺利通过；另外，本发明中，所述配重底座102上固定有所述锚杆122，所述锚链组件119固定在所述锚杆122顶端，该设置可以缩短所述锚链组件119的长度，在所述声学释放器106的释放钩打开时，可以避免因所述锚链组件119过长发生所述锚链缠绕在所述潜标主体框架101上，导致所述主体框架101无法上浮回收的问题。

对于上述方案，所述锚链组件119的长度虽然被缩短了，虽然不会缠绕在所述主体框架101上，但其依然是具有一定长度，所述锚链组件119自由端被释放下落时可能会发生卡在主体框架101中的情况，使所述主体框架101无法脱离所述配重底座102，对此本发明给出如下改进方案，如图1所示，所述主体框架101中设有将所述锚链组件119隔离的隔离板123，所述隔离板123上开设有多个孔洞。该方案中，通过所述隔离板123将所述锚链组件119隔离出来，所述锚链组件119自由端被释放下落时，不会发生卡在所述主体框架101中的情况，另外所述隔离板123上开设有多个孔洞，可以减小所述隔离板123对周围海水流动的隔档影响，进而影响潜标中各所述气体传感器114的检测数据。

本发明中，在仅采用一个所述声学释放器106时，有可能发生所述声学释放器106的释放钩无法打开，或者不能完全打开，使锚链组件119的自由端无法脱离所述声学释放器106的释放钩。为此，本发明给出如下改进方案，如图1和图3所示，所述声学释放器106有两个，为第一声学释放器106a和第二声学释放器106b，所述第一声学释放器106a和所述第二声学释放器106b并列固定在所述释放器106固定架上；所述锚链组件119包括一锚链119a和一圆环119b，所述圆环119b固定在所述锚杆122顶端，所述锚链119a穿过所述圆环119b，所述锚链119a一端链接在闭合状态的所述第一声学释放器106a的释放钩中，所述锚链119a的另一端链接在闭合状态的所述第二声学释放器106b的释放钩中。

通过该方案，所述锚链119a穿过所述圆环119b后，一端链接在闭合状态的所述第一声学释放器106a的释放钩中，另一端链接在闭合状态的所述第二声学释放器106b的释放钩中，所述第一声学释放器106a和所述第二声学释放器106b两者中，若有一个不能打开释放钩释放所述锚链119a，但只要另一个能够打开释放钩释放所述锚链119a，所述锚链119a被释放的一端就可以从所述圆环119b中滑出，进而使所述配重底座102脱离所述主体框架101。

本发明中，所述声学释放器106释放所述配重底座102后，通过所述浮体103上升浮力将所述主体框架101浮出水面，对所述主体框架101以及所述主体框架101中的各部件进行回收时，所述无线电信标机109可以发出定位信号，但在光线不好时，如夜晚情况，以及在海水波浪较大情况下，处于漂浮运动中所述主体框架101只能获得其大概位置。对此本发明给出如下改进，在获得处于漂浮运动中所述主体框架101的大概位置后对所述主体框架101的回收，如图1和图4所示，具体为：所述全底质坐底式海底潜标1还包括具有水压传感器和光线传感器的自容式闪光灯124，所述自容式闪光灯124安装在所述主体框架101上。在现有技术的潜标上安装的具有水压传感器和光线传感器的自容式闪光灯124能够实现独立进行工作，首先，所谓自容式闪光灯即是能够自供电，通过其自带的水压传感器和光线传感器共同作用，在水中时，水压传感器检测到水压，所述自容式闪光灯124不会启动工作，当浮出水面时，水压传感器检测不到水压，由光线传感器进行控制，当光线传感器检测到光线不足时，所述自容式闪光灯124开启自我工作。通该方案，在获得处于漂浮运动中所述主体框架101的大概位置后，根据所述自容式闪光灯124发出的闪光提示，从而获得其准确位置。

对于上述方案，采用现有技术的具有水压传感器和光线传感器的自容式闪光灯124，在光线良好的情况下，闪关灯的闪光提示就难以获得较好的提示效果，而且所述主体框架101浮出水面时，其浮出水面的高度不会太高，而且因茫茫海洋背景以及波浪的影响，肉眼难以及时搜寻到浮出海面的所述主体框架101，对此本发明还给出如下改进方案，如图1所示，具体为：所述主体框架101顶部还加装有旗帜125，所述主体框架101浮出海面后，旗帜125出水后飘展，便于人们肉眼瞭望寻找。

本发明中，对于所述限位机构118，本发明给出如下一种实现方案，具体为：所述限位机构118为环绕所述支脚115且与所述支脚115成一体结构的环状凸沿。

在此需要进一步说明的是，本发明限位机构118方案并未限定于上述提供的方案，本发明时通过上述实现方案对所述限位机构进行说明，现有技术中，在所述支脚115上设置凸起也可实现限定弹簧117的位置。

海底天然气水合物分解泄漏时，会释放出甲烷和二氧化碳气体，用于检测海底气体的所述气体传感器114可以采用现有技术甲烷传感器和二氧化碳传感器，以实现对海底泄漏的甲烷和二氧化碳气体进行检测。

本发明中，所述主体框架101可以由316不锈钢材料制成，所述配重底座102可以由碳素钢Q235材料制成，所述耐压壳体104可以由钛合金TC4材料制成，所述浮体103可以由玻璃微珠材料制成。

基于上述的所述的全底质坐底式海底潜标1，本发明结合现有技术潜标测量系统，提供一种全底质坐底式海底潜标测量系统，如图4所示，所述全底质坐底式海底潜标测量系统包括上述各方案任一方案所述的全底质坐底式海底潜标1，所述全底质坐底式海底潜标测量系统还包括水上机子系统2，所述水上机子系统包括无线电定位机201、声学释放器水上机202和水声通信水上机203；其中，所述无线电定位机201与所述无线电信标机109无线通信连接，所述声学释放器水上机202与所述声学释放器106声学通信连接；所述水声通信水上机203与所述水声通信机110声学通信连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全底质坐底式海底潜标，包括：主体框架、配重底座、浮体、耐压壳体、释放器固定架、声学释放器、电源模块、控制器、无线电信标机、水声通信机、温盐深测量仪、深水声学多普勒海流剖面仪、海流计以及用于检测海底气体的气体传感器；

所述电源模块提供所述水声通信机、所述气体传感器和所述控制器的工作电源；所述水声通信机、所述温盐深测量仪、所述深水声学多普勒海流剖面仪、所述海流计和所述气体传感器分别与所述控制器电连接；

所述声学释放器安装在所述释放器固定架上，所述电源模块和所述控制器分别安装在所述耐压壳体中，所述浮体、所述耐压壳体、所述释放器固定架、所述无线电信标机、所述水声通信机、所述温盐深测量仪、所述深水声学多普勒海流剖面仪、所述海流计和所述气体传感器分别安装在所述主体框架上；

其特征在于：所述主体框架具有多个支脚，所述配重底座上具有多个容置所述支脚的支脚孔，每个所述支脚上均套装有弹簧，每个所述支脚上均设有限定所述弹簧上端在所述支脚上位置的限位机构；

所述配重底座上安装有锚链组件，所述声学释放器具有释放钩；所述锚链组件的自由端链接在闭合状态的所述声学释放器的释放钩中，且所述支脚位于所述支脚孔中时，所述弹簧上端抵在所述限位机构上，所述弹簧下端抵在所述配重底座上，且所述弹簧处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述配重底座呈田字型框架结构，呈田字型框架结构的所述配重底座的四个角分别设有支脚座，所述支脚座上开设有所述支脚孔，相应地，所述主体框架具有所述支脚数量有四个，且四个所述支脚与四个所述支脚孔形成一一对应关系；

呈田字型框架结构的所述配重底座的十字交叉处设有锚杆座，所述锚杆座上安装有锚杆，所述锚链组件固定在所述锚杆顶端。

3.根据权利要求2所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述主体框架中设有将所述锚链组件隔离的隔离板，所述隔离板上开设有多个孔洞。

4.根据权利要求2所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述声学释放器有两个，为第一声学释放器和第二声学释放器，所述第一声学释放器和所述第二声学释放器并列固定在所述释放器固定架上；所述锚链组件包括一锚链和一圆环，所述圆环固定在所述锚杆顶端，所述锚链穿过所述圆环，所述锚链一端链接在闭合状态的所述第一声学释放器的释放钩中，所述锚链的另一端链接在闭合状态的所述第二声学释放器的释放钩中。

5.根据权利要求1所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述全底质坐底式海底潜标还包括具有水压传感器和光线传感器的自容式闪光灯，所述自容式闪光灯安装在所述主体框架上。

6.根据权利要求5所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述主体框架顶部还加装有旗帜。

7.根据权利要求1所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述限位机构为环绕所述支脚且与所述支脚成一体结构的环状凸沿。

8.根据权利要求1所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：用于检测海底气体的所述气体传感器包括甲烷传感器和二氧化碳传感器。

9.根据权利要求1所述的全底质坐底式海底潜标，其特征在于：所述主体框架由316不锈钢材料制成，所述配重底座由碳素钢Q235材料制成，所述耐压壳体由钛合金TC4材料制成，所述浮体由玻璃微珠材料制成。

10.一种全底质坐底式海底潜标测量系统，其特征在于：所述全底质坐底式海底潜标测量系统包括权利要求1至9任一项所述的全底质坐底式海底潜标，所述全底质坐底式海底潜标测量系统还包括水上机子系统，所述水上机子系统包括无线电定位机、声学释放器水上机和水声通信水上机；其中，所述无线电定位机与所述无线电信标机无线通信连接，所述声学释放器水上机与所述声学释放器声学通信连接；所述水声通信水上机与所述水声通信机声学通信连接。