CN109195134B - 水底测量装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种水底测量装置、系统及方法，包括：潜藏探测器本体通过锚链与锚连接；所述潜藏探测器本体内设置有多个电磁弹射仓；每个所述电磁弹射仓内设置有应急通信浮标；所述潜藏探测器本体上还设置有天线，所述天线和每一电磁弹射仓均连接中控模块。本发明提供了一种增加水底测量装置在各种场景适用性和可靠性的技术方案，采用在水底浮潜的方式克服了水底环境对水下探测的干扰问题，提供了可靠的长期供电解决方案，同时通过应急通信浮标提升了数据通信的容灾性；通过本发明及优选方案的实施，为现有的水底探测需求提供了更可靠的装置和组网方案，同时能有效降低布设、投放和维护的成本。

Description

水底测量装置、系统及方法

技术领域

本发明属于水下测量设备领域，尤其涉及一种水底测量装置、系统及方法。

背景技术

在水文监测、渔业等领域，有大量通过水下测量获取各类水下参量信息的需求，现有的水下测量装置通过各类传感器、采集器的设置，能够满足大部分需求。但在一些特殊的应用场景，仍存在局限。

比如，在水流速较小的内河、内湖流域，水底的淤泥会对传感器的灵敏度和精确性造成较大的影响，如何保证测量装置长期、稳定的供电也属于较难解决的问题。

此外，对于水下测量装置的数据传输和通信，通常依赖于天线，而当天线发生故障或因为不可预知的因素而受损时，水下测量装置将与收集信息的终端完全失联，如果有未发送成功的紧急数据也无法完成传输。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明采用以下技术方案：

一种水底测量装置，其特征在于：潜藏探测器本体通过锚链与锚连接；所述潜藏探测器本体内设置有多个电磁弹射仓；每个所述电磁弹射仓内设置有应急通信浮标；所述潜藏探测器本体上还设置有天线，所述天线和每一电磁弹射仓均连接中控模块。

优选地，每个所述电磁弹射仓的底部设置有电磁弹射机构。

优选地，所述应急通信浮标内设置有存储器、卫星通信模块和销毁模块。

优选地，所述潜藏探测器本体的一端设置有水下发电装置；所述水下发电装置包括：发电机和转轮；所述转轮的轴心设置有永磁体A；所述发电机设置在水密壳体内；所述水密壳体内还设置有从动轮和增速器；所述从动轮的轴心设置有永磁体B，并设置在水密壳体的一端；所述从动轮与增速器传动连接；所述增速器与发电机传动连接。

优选地，所述潜藏探测器本体的底部设置有与中控模块连接的着陆传感器。

优选地，所述锚采用混凝土底座；所述潜藏探测器本体的底部与混凝土底座之间设置有水密舱，并通过钩锁机构连接；所述水密舱中灌注有蒸馏水，所述潜藏探测器本体的底部还设置有浮体；所述钩锁机构与设置在潜藏探测器本体内的回收机构连接。

优选地，所述锚采用混凝土底座；所述潜藏探测器本体的底部与混凝土底座之间设置有水密舱，并通过电磁吸合机构连接；所述水密舱中灌注有蒸馏水，所述潜藏探测器本体的底部还设置有浮体；所述电磁吸合机构与设置在潜藏探测器本体内的回收机构连接。

以及根据以上水底测量装置构成的水底测量系统，其特征在于：包括多个潜藏探测器本体和多个基站；所述天线的顶端露出水面，所述电磁弹射仓的开口朝向水面。

以及根据以上水底测量装置构成的水底测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S11：如果所述中控模块检测到在预设长度的时间段T1内，天线未能成功发送数据，则执行步骤S12；

步骤S12：选定一个电磁弹射仓，所述中控模块将时间段T1内本应由天线发送的数据传输至所述电磁弹射仓内的应急通信浮标；

步骤S13：激发所述电磁弹射仓，将应急通信浮标弹射出；

步骤S14：当所述应急通信浮标上升至水面后，向通信卫星或基站发送数据；

步骤S15：当数据传送完毕后，所述应急通信浮标自动销毁。

以及根据以上水底测量装置构成的水底测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S21：如果所述中控模块检测到天线受损，则执行步骤S22；

步骤S22：选定一个电磁弹射仓，所述中控模块将尚未发送的数据，以及天线受损的告警信息传输至所述电磁弹射仓内的应急通信浮标；

步骤S23：激发所述电磁弹射仓，将应急通信浮标弹射出；

步骤S24：当所述应急通信浮标上升至水面后，向通信卫星或基站发送数据；

步骤S25：当数据传送完毕后，所述应急通信浮标自动销毁。

本发明提供了一种增加水底测量装置在各种场景适用性和可靠性的技术方案，采用在水底浮潜的方式克服了水底环境对水下探测的干扰问题，提供了可靠的长期供电解决方案，同时通过应急通信浮标提升了数据通信的容灾性；通过本发明及优选方案的实施，为现有的水底探测需求提供了更可靠的装置和组网方案，同时能有效降低布设、投放和维护的成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例1电磁弹射仓结构示意图；

图3是本发明实施例1电磁弹射仓弹射后结构示意图；

图4是本发明实施例1水下发电装置整体结构示意图；

图5是本发明实施例1水下发电装置转轮结构示意图；

图6是本发明实施例2整体结构示意图；

图中：1-锚；2-锚链；3-电磁弹射仓；4-天线；5-水下发电装置；6-水密舱；7-浮体；8-回收机构；11-混凝土底座；21-钩锁机构；31-应急通信浮标；32-电磁铁；33-弹簧；34-铁块；51-转轮；52-水密壳体；53-从动轮；54-增速器；55-发电机；511-叶片；512-永磁体A；521-底面A；522-底面B；532-永磁体B。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举2个实施例，作详细说明如下：

首先需要说明的是，本发明旨在对现有的水下潜藏探测器进行改进，使其整体性能和可靠性更优，故对于常规的模块和部件不多做赘述，如探测和传感部分，可根据具体的需求选用相应的传感器及采集装置。

对于实施例1，就本实施例的具体创新部分而言，如图1所示，在本发明实施例中：潜藏探测器本体通过锚链2与锚1连接，锚1沉于水底，将潜藏探测器本体限制在指定的位置和区域，通过控制潜藏探测器本体的密度，使其小于水，这样潜藏探测器本体在浮力和锚链2牵引力的作用下就可以悬浮在水底的上方，从而避免受到水底淤泥、拖网等干扰物的影响，使探测更为准确，可靠。潜藏探测器本体的底部还可以设置设置有与中控模块（控制器）连接的着陆传感器，以监控和确保潜藏探测器本体不直接与水底接触。

潜藏探测器本体上设置有天线4，天线4的顶端露出水面，作为常规的通信和数据传输通道。

如图3所示，潜藏探测器本体内设置有多个电磁弹射仓3；每个电磁弹射仓3内设置有应急通信浮标31；每个电磁弹射仓3的底部设置有主要由电磁铁32和弹簧33构成的电磁弹射机构。应急通信浮标31密度小于水，其内部设置有存储器、卫星通信模块和销毁模块。

电磁弹射仓3的设计目的在于为潜藏探测器在常规通信和数据传输手段失效时，提供应急的通信方式。

这一功能通过天线4和每一电磁弹射仓3内的应急通信浮标31、电磁铁32均连接的中控模块（控制器）进行判断和触发。如，天线4触发了无法正常工作的告警，或在一定预设的时间内没有执行数据交互，则判断为故障，此时控制电磁弹射仓3启动。

如图3所示，在电磁弹射仓3未启动的情况下，应急通信浮标31密封在电磁弹射仓3当中，电磁弹射仓3上部的开口可采用强度较低的密封材料封口，此时铁块34和电磁铁32处于吸合状态，设置在铁块34和电磁铁32之间的弹簧33被压缩。如图4所示，在电磁弹射仓3被激发后，对电磁铁32施加一个反向电流脉冲，使铁块34和电磁铁32之间的吸力消失，则应急通信浮标31在弹簧33的弹力作用下弹射出电磁弹射仓3，之后在浮力作用下上浮至水面，弹射后的电磁弹射仓3如图4所示。在本实施例中，铁块34可以选定为永磁体，则在电磁铁32不通电和正向通电的情况下，均能够保持铁块34与电磁铁32的吸合，而电磁铁32在被施加反向电流脉冲时，吸力变为排斥力，则完成弹射，这样的设置方式保险性更高，同时，弹簧33也可取消，使装置整体更为简洁，使电磁弹射仓3不至于在失电的情况下被误触发。

作为应急通信方式，应急通信浮标31直接采用卫星通信进行数据的传输，其内置有存储器，当天线4未能正常传输数据时，数据被写入该存储器中。当应急通信浮标31上浮至水面，并向通信卫星发送完成数据之后，启动销毁模块，以销毁存储器当中的数据，保障信息安全。数据自动销毁属于成熟的现有技术，如可以采用消磁的方式直接对存储器进行物理性销毁。

如图4、图5所示，潜藏探测器本体的一端设置有水下发电装置5；在水下发电装置5中：在水密壳体52当中设置有相连接的：从动轮53、增速器54和发电机55（微型），从动轮53可转动地固定在水密壳体52的一侧；在水密壳体52之外设置有转轮51。

其中，转轮51可采用常规水轮发电机转轮的形态和结构，在制作工艺上可采用3D打印的方式一体成型制作。

从动轮53实际上就是有转轮51带动的一个传动中间装置，一般要求其轴心与转轮51的轴心共线。

转轮51和从动轮53之间的传动通过固定在转轮51上的多个永磁体A512与固定在从动轮53上的多个永磁体B532之间的磁吸力实现的，多个永磁体A512和多个永磁体B532相对应地分别轴对称布置在转轮51和从动轮53上：其中从动轮53设置在水密壳体52的一端，而转轮51隔着水密壳体52设置在外侧，二者在磁吸力的作用下紧贴在水密壳体52上。

通过这样的非直接连接的方式，就能够保证水密壳体52的整体密闭性，相对于常规的通过构件之间直接接触的连接方式，由于不会有构件直接穿过水密壳体52，因此本实施例当中的水密壳体52的防水性能更佳，能够适应长时间的水下工作环境。

在本实施例中，为了保证传动的可靠性，永磁体A512设置在转轮51的轴心处，永磁体B532设置在从动轮53的轴心处。

从动轮53优选地可以设计为齿轮（或者在其转动平面上固定有齿轮）从而与增速器54的齿轮咬合连接形成传动关系，这样通过增速器54的放大作用，即使在水流流速较低（0.8m-2m）的情况下也能够保证发电机55输出足够高的电压。

由于增速器54与发电机55如何进行连接是成熟的现有技术，故在本实施例中不多做赘述。

在本实施例中，为了保证从动轮53和转轮51吸合的紧密型，水密壳体52可考虑优选设计为圆柱筒形（或至少保证）从动轮53所在的一侧部有一个平面（底面A521）。此外，底面A521应尽可能地薄，以避免磁力的衰减，且应当尽可能光滑，以减少摩擦，优选为玻璃、陶瓷等材料。

此外，由于转轮51贴合在水密壳体52上进行转动，则转轮51（包括其叶片511）的直径应大于水密壳体52的外径，使其接收水流的动能尽可能避免受到水密壳体52本身的影响。

作为本实施例的电能输出方案，在本实施例中，设计了通过水密壳体52的一端嵌入导电通道的方式，设计为：发电机55的电输出端与水密壳体52的另一底面B522构成电气连接，底面B522的导电区域贯穿正反两面；或者底面B522整体直接采用可导电的材料，同样也能够实现类似的效果。

如图6所示，在实施例2中，其余部分可采用实施例1的装置和设置方式，其区别在于：把锚替换为混凝土底座，可以使成本进一步降低，及在水底的稳定性得到提高。

混凝土底座的上部为一平台与潜藏探测器本体的底部（在本实施例中设计为向上凹的形状）通过两侧的水密设置构成水密舱。该水密舱的作用之一是，在其内部灌注有蒸馏水，并使蒸馏水覆盖混凝土底座的上部平台，以确保锁钩机构在水底环境中不发生锈蚀。

在水密舱的内部， 潜藏器本体通过钩锁机构与混凝土底座连接。水密舱中，潜藏探测器本体的底部还设置有浮体；钩锁机构与设置在潜藏探测器本体内的回收机构连接。该回收机构同样与中控模块相连接，当本实施例装置接到探测器本体需要上浮回收的指令后，在松开钩锁机构使潜藏探测器本体与混凝土底座分离的同时，对浮体进行充气，以增大浮力，以便完成探测器本体的上浮和回收操作。本实施例与实施例1的主要区别也在于此：本实施例装置的整体回收更加便捷。

与实施例1当中的电磁钩锁机构也可以替换为由永磁体和电磁铁构成的电磁吸合机构，该原理与实施例1提供的电磁弹射机构类似，采用永磁体和电磁铁组合的方式而省略弹簧，当需要断开潜藏探测器本体与混凝土底座的连接时，只要对电磁吸合机构的电磁铁施加反向电流脉冲，即可实现。前述的灌注有蒸馏水的水密舱设计也可以在电磁吸合机构的保护上起相对应的作用。

在2个实施例装置的基础上，既可以构建完整的水底测量系统：包括分布式设立的采用本实施例装置和多个漂浮设置在水面上的基站；其中基站的作用是与天线4配合，作为数据传输的中继站。这样的系统可以实现对一个水域范围内多点水底情况的监控、测量需求。

对于2个实施例在控制方法方面，以通信数据的发送时间周期作为判据，启动电磁弹射仓3的过程，包括以下步骤：

步骤S11：如果中控模块检测到在预设长度的时间段T1内，天线4未能成功发送数据，则执行步骤S12；

步骤S12：选定一个电磁弹射仓3，中控模块将时间段T1内本应由天线4发送的数据传输至电磁弹射仓3内的应急通信浮标31；

步骤S13：激发电磁弹射仓3，将应急通信浮标31弹射出；

步骤S14：当应急通信浮标31上升至水面后，向通信卫星发或基站送数据；

步骤S15：当数据传送完毕后，应急通信浮标31自动销毁。

根据上述步骤，可以依次发射应急通信浮标31，使正常通信异常的情况下，还能够维持一段时间的应急通信，及时完成采集获得数据的传输。

以天线4受损作为判据，启动电磁弹射仓3的过程，包括以下步骤：

步骤S21：如果中控模块检测到天线4受损（比如监测到对应告警），则执行步骤S22；

步骤S22：选定一个电磁弹射仓3，中控模块将尚未发送的数据，以及天线4受损的告警信息传输至电磁弹射仓3内的应急通信浮标31；

步骤S23：激发电磁弹射仓3，将应急通信浮标31弹射出；

步骤S24：当应急通信浮标31上升至水面后，向通信卫星或基站发送数据；

步骤S25：当数据传送完毕后，应急通信浮标31自动销毁。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的水底测量装置、系统及方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种水底测量装置，其特征在于：潜藏探测器本体通过锚链与锚连接；所述潜藏探测器本体内设置有多个电磁弹射仓；每个所述电磁弹射仓内设置有应急通信浮标；所述潜藏探测器本体上还设置有天线，所述天线和每一电磁弹射仓均连接中控模块；

每个所述电磁弹射仓的底部设置有电磁弹射机构；

在电磁弹射仓未启动的情况下，应急通信浮标密封在电磁弹射仓当中，电磁弹射仓上部的开口采用密封材料封口，此时铁块和电磁铁处于吸合状态，设置在铁块和电磁铁之间的弹簧被压缩；在电磁弹射仓被激发后，对电磁铁施加一个反向电流脉冲，使铁块和电磁铁之间的吸力消失，则应急通信浮标在弹簧的弹力作用下弹射出电磁弹射仓，之后在浮力作用下上浮至水面；铁块选定为永磁体，则在电磁铁不通电和正向通电的情况下，均能够保持铁块与电磁铁的吸合，而电磁铁在被施加反向电流脉冲时，吸力变为排斥力，则完成弹射；

所述应急通信浮标内设置有存储器、卫星通信模块和销毁模块；

所述潜藏探测器本体的一端设置有水下发电装置；所述水下发电装置包括：发电机和转轮；所述转轮的轴心设置有永磁体A；所述发电机设置在水密壳体内；所述水密壳体内还设置有从动轮和增速器；所述从动轮的轴心设置有永磁体B，并设置在水密壳体的一端；所述从动轮与增速器传动连接；所述增速器与发电机传动连接；

转轮和从动轮之间的传动通过固定在转轮上的多个永磁体A与固定在从动轮上的多个永磁体B之间的磁吸力实现的，多个永磁体A和多个永磁体B相对应地分别轴对称布置在转轮和从动轮上：其中从动轮设置在水密壳体的一端，而转轮隔着水密壳体设置在外侧，二者在磁吸力的作用下紧贴在水密壳体上；

所述锚采用混凝土底座；所述潜藏探测器本体的底部与混凝土底座之间设置有水密舱，并通过钩锁机构或电磁吸合机构连接；所述水密舱中灌注有蒸馏水，所述潜藏探测器本体的底部还设置有浮体；所述钩锁机构或电磁吸合机构与设置在潜藏探测器本体内的回收机构连接。

2.根据权利要求1所述的水底测量装置，其特征在于：所述潜藏探测器本体的底部设置有与中控模块连接的着陆传感器。

3.一种水底测量系统，基于权利要求1或2所述的水底测量装置，其特征在于：包括多个潜藏探测器本体和多个基站，所述天线的顶端露出水面，所述电磁弹射仓的开口朝向水面。

4.一种水底测量方法，应用于权利要求1或2所述的水底测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S11：如果所述中控模块检测到在预设长度的时间段T1内，天线未能成功发送数据，则执行步骤S12；

步骤S12：选定一个电磁弹射仓，所述中控模块将时间段T1内本应由天线发送的数据传输至所述电磁弹射仓内的应急通信浮标；

步骤S13：激发所述电磁弹射仓，将应急通信浮标弹射出；

步骤S14：当所述应急通信浮标上升至水面后，向通信卫星或基站发送数据；

步骤S15：当数据传送完毕后，所述应急通信浮标自动销毁。

5.一种水底测量方法，应用于权利要求1或2所述的水底测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S21：如果所述中控模块检测到天线受损，则执行步骤S22；

步骤S22：选定一个电磁弹射仓，所述中控模块将尚未发送的数据，以及天线受损的告警信息传输至所述电磁弹射仓内的应急通信浮标；

步骤S23：激发所述电磁弹射仓，将应急通信浮标弹射出；

步骤S24：当所述应急通信浮标上升至水面后，向通信卫星或基站发送数据；

步骤S25：当数据传送完毕后，所述应急通信浮标自动销毁。