CN108332787A - 一种座底式海洋环境数据监测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种座底式海洋环境数据监测平台，属于监测平台技术领域，包括：浮球、设备固定架、通信浮标、水下绞车、监测设备、控制单元、声学释放器及压载锚；所述设备固定架通过声学释放器安装在压载锚的顶部，其中，声学释放器一端的连接头与锚体可拆卸连接，另一端与设备固定架的底部固定连接，通过控制声学释放器与所述锚体分离，实现设备固定架与压载锚的分离；浮球安装设备固定架的顶部；通信浮标、水下绞车、监测设备和控制单元分别安装在设备固定架的内部；本发明既能够提高布放过程中的姿态稳定性，又增加平台在海底的吸附力，提高座底稳定性，使其不受海流、漂浮物、渔网等方面的影响。

Description

一种座底式海洋环境数据监测平台

技术领域

本发明属于监测平台技术领域，具体涉及一种座底式海洋环境数据监测平台。

背景技术

海洋既是人类生存的基本空间，也是国际政治斗争的重要舞台，而海洋政治斗争的中心， 是海洋权益。从当前国际形势来看，海洋已成为国家利益拓展和安全空间延伸的一个重要战 略领域。

目前，我国使用的座底式海底监测平台，其存在着如下问题：在布放时受到风浪的影响， 布放船发生摇摆，导致座底式海洋环境数据监测平台入水时为倾斜的姿态；同时，平台入水 下落的过程中可能受到海流、水中漂浮物等影响，平台出现更严重的倾斜，甚至发生倾翻， 导致监测平台不能以正常的姿态座底，从而使观测平台无法正常工作；而且水下环境监测数 据都是通过GPS或北斗通信传输，传输速度慢，数据量小，不适合大容量水下数据的收集、 传输工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种座底式海洋环境数据监测平台，既能够提高布放过 程中的姿态稳定性，又增加平台在海底的吸附力，提高座底稳定性，使其不受海流、漂浮物、 渔网等方面的影响，且通过控制水下绞车释放通信浮体的方式来与外部的控制基地进行数据 传输，使数据的回收变得简单。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种座底式海洋环境数据监测平台，包括：浮球、设备固定架、通信浮标、水下绞车、 监测设备、控制单元、声学释放器及压载锚；

所述压载锚包括：锚体和皮囊；锚体的底部为内凹面，皮囊固定在锚体的底部，皮囊与 内凹面之间形成封闭空腔；锚体上加工有与所述封闭空腔相通的充气管道，充气管道安装有 充气单向阀；

整体连接关系如下：所述设备固定架通过声学释放器安装在压载锚的顶部，其中，声学 释放器一端的连接头与锚体可拆卸连接，另一端与设备固定架的底部固定连接，声学释放器 在控制单元的控制下与所述锚体分离，实现设备固定架与压载锚的分离；

两个以上浮球安装设备固定架的顶部；通信浮标、水下绞车、监测设备和控制单元分别 安装在设备固定架的内部；监测设备用于监测海洋环境的信息，并将得到的监测数据发送给 控制单元，控制单元将所述监测数据发送给通信浮标；

所述水下绞车通过缆绳与通信浮标连接，在所述控制单元的控制下实现通信浮标的释放 或收回；当通信浮标被水下绞车释放到水面后，将所述监测数据发送给外部的控制基地。

进一步，所述锚体由钢筋混泥土浇注成型，其顶部加工有用于安装电池舱的凹腔、用于 安装设备固定架的环形限位槽及用于连接声学释放器的吊耳。

进一步，所述压载锚还包括配重块，配重块固定在皮囊的中部。

进一步，所述设备固定架包括：两端开放的外护罩、环形架、环形筋及翼板；

两个以上翼板分别沿周向固定在外护罩的外圆周面上；两个以上环形架分别同轴固定在 外护罩的内部，环形筋固定在翼板的端部。

进一步，还包括声学应答模块；所述声学应答模块用于接收外部的控制基地的指令信号， 并发送给控制单元。

进一步，所述控制单元还用于接收通信浮标上设有的压力传感器和光传感器发送的信号， 以判断通信浮标是否出水。

进一步，还包括无线充电模块，所述无线充电模块的一端与安装在锚体顶部的电池舱内 的电池电性连接，另一端与通信浮标中的电池电性连接，用于将电池舱中的电源输送给通信 浮体。

进一步，还包括安装在设备固定架上的浮球释放装置和姿态传感器；

所述姿态传感器用于将平台的姿态信息发送给控制单元；

所述浮球释放装置用于收回或释放浮球；控制单元与浮球释放装置电性连接，控制浮球 释放装置释放浮球。

有益效果：(1)本发明通过采用压载锚及固定在压载锚底部内凹面的皮囊和配重块，使 压载锚为类似吸盘的结构，使平台能够垂直座底，且座底后具有一定的吸力，通过其底部的 内凹面使其不受海底水流的影响，能够稳固的座于海底，提高平台受到外力作用时的姿态稳 定性。

(2)本发明通过控制水下绞车释放通信浮体的方式来与外部的控制基地进行数据传输， 使数据的回收变得简单。

(3)本发明通过声学释放器连接设备固定架与压载锚，当声学释放器工作时，能够使设 备固定架与压载锚快速分离，设备固定架在浮球的作用下上浮到水面，实现对设备固定架内 安装的仪器设备的快速回收。

(4)本发明通过浮球的作用是调整平台的浮心与重心的距离，提供平台座底过程中垂直 向上的分力，降低平台翻倒的可能性；还能够为回收设备固定架内的仪器设备提供浮力；当 姿态传感器监测到平台发生倾斜时，控制单元发出指令释放对应的浮球，调高平台在水下的 浮心，保证其水中姿态能够垂直向下。

(5)本发明的翼板的作用是保持平台在下沉过程中的稳定的垂直姿态，若平台有翻倒趋 势时，会受到水流分力的阻力，使平台能够垂直座底而不至于翻倒。

(6)本发明的外护罩的作用是保护其内部的仪器设备免受海底水流的影响或损坏。

附图说明

图1是本发明的总体结构组成示意图；

图2是本发明的带有外护罩的结构示意图；

图3是本发明总体结构的剖视图；

图4是本发明的环形限位槽及充气单向阀的放大图；

其中，1-浮球，2-设备固定架，3-声学应答模块，4-通信浮标，5-无线充电模块，6-水 下绞车，7-声学释放器，8-翼板，9-控制单元，10-监测设备，11-压载锚，12-电池舱，13-锚体，14-充气管道，15-配重块，16-皮囊，17-环形限位槽，18-充气单向阀，19-外护罩。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种座底式海洋环境数据监测平台，参见附图1和2，包括：浮球1、设 备固定架2、声学应答模块3、通信浮标4、无线充电模块5、水下绞车6、声学释放器7、控制单元9、监测设备10及压载锚11；

参见附图3和4，所述压载锚11包括：电池舱12、锚体13、配重块15及皮囊16；锚体13为由钢筋混泥土浇注成型的圆台状结构，锚体13的顶部设有用于安装电池舱12的凹腔、 用于安装设备固定架2的环形限位槽17及用于连接声学释放器7的吊耳，锚体13的底部为 内凹面，皮囊16被压环压紧固定在锚体13的底部，皮囊16与内凹面之间形成封闭空腔；锚 体13上加工有与所述封闭空腔相通的充气管道14，充气管道14安装有充气单向阀18，使得 能够通过充气管道14向封闭空腔充入设定压力的气体；电池舱12安装在所述凹腔中，用于 给设备固定架2内的仪器设备提供电源；配重块15固定在皮囊16的中部，用于进一步稳定 平台入水中的姿态；

参见附图2，所述设备固定架2包括：两端开放的圆台状外护罩19、环形架、环形筋及 翼板8；三个翼板8分别沿周向焊接固定在外护罩19的外圆周面上；三个环形架分别同轴焊 接固定在外护罩19的内部，环形筋焊接固定在三个翼板8的一端，用于稳固翼板8，且环形 筋位于外护罩19的小端所在侧；

整体连接关系如下：所述设备固定架2通过声学释放器7安装在压载锚11的顶部，其中， 声学释放器7一端的连接头与锚体13的吊耳可拆卸连接，另一端固定在设备固定架2上，通 过控制声学释放器7与所述吊耳分离，实现设备固定架2与压载锚11的分离，设备固定架2 上浮时即可实现对其的快速回收；且设备固定架2的外护罩19的大端位于压载锚11的环形 限位槽17内，防止布放平台时，设备固定架2与压载锚11发生相对位移；

三个浮球1分别通过浮球释放装置安装固定架2的环形筋上，浮球释放装置的出绳长度 为100mm～500mm；通过浮球释放装置释放对应的浮球1，能够调节平台的姿态；

所述姿态传感器、声学应答模块3、通信浮标4、无线充电模块5、水下绞车6、控制单元9和监测设备10均安装在设备固定架2内的环形架上；

其中，所述姿态传感器用于将平台的姿态信息发送给控制单元9；

所述声学应答模块3用于接收外部的控制基地的指令信号，并发送给控制单元9；

所述通信浮标4用于与外部的控制基地进行信号通信；

所述水下绞车6通过缆绳与通信浮标4连接，通过控制水下绞车6的缆绳收放，实现与 其连接的通信浮标4的释放或收回；

所述无线充电模块5的一端与电池舱12内的电池电性连接，另一端与通信浮标4中的电 池电性连接，用于将电池舱12中的电源输送给通信浮体4；

所述监测设备10用于监测海洋环境中的噪声、地震波、磁、水温、盐度、深度、浊度、海流及生物化学的数据；

所述控制单元9与监测设备10电性连接，用于控制监测设备10的工作，并接收监测设 备10的监测数据；所述控制单元9与声学应答模块3电性连接，用于接收声学应答模块3的 指令信号；所述控制单元9与通信浮标4内设有的信号发射模块电性连接，用于给通信浮标 4内设有的信号发射模块发送监测数据；控制单元9还与通信浮标4上设有的压力传感器和 光传感器电性连接，用于接收所述压力传感器和光传感器发送的信号，以判断通信浮标4是 否出水；控制单元9与水下绞车6电性连接，用于控制水下绞车6的缆绳收放；控制单元9与声学释放器7电性连接，用于控制声学释放器7与锚体13的吊耳连接或分离；控制单元9与姿态传感器电性连接，用于接收姿态传感器发送的姿态信息；控制单元9与浮球释放装置电性连接，用于控制浮球释放装置释放浮球1；

工作原理：所述平台在布放入水前，通过充气管道14向压载锚11的封闭空腔内充入设 定压力的气体，然后将平台布放入水；

平台由于自身重力开始下沉，在平台下沉过程中，姿态传感器将平台的姿态信息实时发 送给控制单元9，若平台倾斜超过设定角度，控制单元9根据倾斜角度释放对应的浮球1来 调节平台的姿态，使得平台沉底过程中能够始终保持垂直向上的姿态；同时，由于平台在入 水过程中有一定的下沉速度，受水的阻力作用，向上挤压皮囊16，皮囊16及配重块15向上 移动，并压缩封闭空腔内的气体；当被压缩的气体的气压高于充气单向阀18的额定阀值时， 封闭空腔内的气体由单向阀18溢出；直到皮囊16的内表面与压载锚11的内凹面贴合；

当平台沉底时，皮囊16的外表面与水底泥沙贴合，增大了平台底盘与泥沙的贴合面积， 阻止平台的进一步下陷，同时这种结构具有类似于日常用的真空吸盘的效果，使平台最终能 够稳固的座底于水底；

平台沉底后，控制单元9控制监测设备10开始采集信号，控制单元9接收监测设备10 的监测数据后，对所述监测数据进行判断，若为有用数据，则将所述监测数据进行存储，若 为无用数据，则直接舍去；

当外部的控制基地需要提取控制单元9内存储的监测数据时，外部的控制基地向声学应 答模块3发送数据指令信号(声信号)，声学应答模块3接收到所述数据指令信号后，发送给 控制单元9；

控制单元9接收到所述数据指令信号后，将其存储的监测数据发送给通信浮标4内的信 号发射模块，然后控制水下绞车6的缆绳放开，以释放通信浮体4；通信浮体4在其自身的 正浮力作用下上浮，上浮过程中，控制单元9接收通信浮体4中的压力传感器和光传感器发 送的信号，来判断通信浮标4是否出水(若压力传感器的信号不变或为0，同时触发光传感 器发送信号，则表示已出水，反之，则未出水)；当通信浮标4未出水时，控制单元9控制水下绞车6继续释放通信浮体4；当通信浮标4出水时，控制单元9则控制水下绞车6停止释 放通信浮体4；

通信浮标4出水后，则通过信号发射模块给外部的控制基地发送所述监测数据，经过设 定时间后，控制单元9控制水下绞车6回收通信浮标4；由于通信浮体4体积的限制，其携 带的电池有限，为了延长通信浮体4的工作时间，通信浮体4中的电池为可充电电池，通过 充电模块5将电池舱12中的电源输送给通信浮体4；

当需要回收所述平台时，控制单元9控制声学释放器7与压载锚11分离，设备固定架2 及安装在设备固定架2内部的声学应答模块3、通信浮标4、无线充电模块5、水下绞车6、声学释放器7、控制单元9及监测设备10在浮球1的作用下开始上浮，直到上浮到水面时， 打捞回收平台。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。

Claims (8)

1.一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，包括：浮球(1)、设备固定架(2)、通信浮标(4)、水下绞车(6)、监测设备(10)、控制单元(9)、声学释放器(7)及压载锚(11)；

所述压载锚(11)包括：锚体(13)和皮囊(16)；锚体(13)的底部为内凹面，皮囊(16)固定在锚体(13)的底部，皮囊(16)与内凹面之间形成封闭空腔；锚体(13)上加工有与所述封闭空腔相通的充气管道(14)，充气管道(14)安装有充气单向阀(18)；

整体连接关系如下：所述设备固定架(2)通过声学释放器(7)安装在压载锚(11)的顶部，其中，声学释放器(7)一端的连接头与锚体(13)可拆卸连接，另一端与设备固定架(2)的底部固定连接，声学释放器(7)在控制单元(9)的控制下与所述锚体(13)分离，实现设备固定架(2)与压载锚(11)的分离；

两个以上浮球(1)安装设备固定架(2)的顶部；通信浮标(4)、水下绞车(6)、监测设备(10)和控制单元(9)分别安装在设备固定架(2)的内部；监测设备(10)用于监测海洋环境的信息，并将得到的监测数据发送给控制单元(9)，控制单元(9)将所述监测数据发送给通信浮标(4)；

所述水下绞车(6)通过缆绳与通信浮标(4)连接，在所述控制单元(9)的控制下实现通信浮标(4)的释放或收回；当通信浮标(4)被水下绞车(6)释放到水面后，将所述监测数据发送给外部的控制基地。

2.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，所述锚体(13)由钢筋混泥土浇注成型，其顶部加工有用于安装电池舱(12)的凹腔、用于安装设备固定架(2)的环形限位槽(17)及用于连接声学释放器(7)的吊耳。

3.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，所述压载锚(11)还包括配重块(15)，配重块(15)固定在皮囊(16)的中部。

4.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，所述设备固定架(2)包括：两端开放的外护罩(19)、环形架、环形筋及翼板(8)；

两个以上翼板(8)分别沿周向固定在外护罩(19)的外圆周面上；两个以上环形架分别同轴固定在外护罩(19)的内部，环形筋固定在翼板(8)的端部。

5.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，还包括声学应答模块(3)；所述声学应答模块(3)用于接收外部的控制基地的指令信号，并发送给控制单元(9)。

6.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，所述控制单元(9)还用于接收通信浮标(4)上设有的压力传感器和光传感器发送的信号，以判断通信浮标(4)是否出水。

7.如权利要求2所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，还包括无线充电模块(5)，所述无线充电模块(5)的一端与安装在锚体(13)顶部的电池舱(12)内的电池电性连接，另一端与通信浮标(4)中的电池电性连接，用于将电池舱(12)中的电源输送给通信浮体(4)。

8.如权利要求1所述的一种座底式海洋环境数据监测平台，其特征在于，还包括安装在设备固定架(2)上的浮球释放装置和姿态传感器；

所述姿态传感器用于将平台的姿态信息发送给控制单元(9)；

所述浮球释放装置用于收回或释放浮球(1)；控制单元(9)与浮球释放装置电性连接，控制浮球释放装置释放浮球(1)。