CN109374922A - 一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，包括从上至下依次同轴、竖直设置的长圆形浮体、圆筒状电池密封舱和ADCP，在浮体的顶部设有电气密封舱，在电气密封舱内安装有数据采集模块、GPS定位模块、卫星通讯模块以及控制模块，在电池密封舱内安装有电池包，在浮体的底部设有浮体支架，ADCP与电池密封舱的下端连接，ADCP与数据采集模块和控制模块连接，数据采集模块接收ADCP和GPS定位模块的数据，并通过卫星通讯模块与岸基监控中心进行无线通讯以实现数据传输。本发明垂向稳定性高、水平阻力小，可以实现海面漂流浮标的功能，适合拖拽，同时能够实现测量数据的实时远程通讯。
Description
技术领域
本发明涉及海气界面观测关键技术，特别是一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标。
背景技术
在海气界面观测中，海洋上层水体的流速剖面信息是一项重要测量内容，切实可行而且高效地获取海洋上层水体的高精度流速剖面信息对海洋动力过程研究具有重要意义。传统浮漂在大洋表面随波逐流运动，通过GPS定位坐标点之间的距离和定位时间间隔计算海洋表面的统计平均流速，传统浮漂测流存在三个缺陷：1)由于海面风速的影响，海面统计平均流速测量存在误差；2)传统浮漂随波逐流运动，往往随着大洋环流等漂向远方无法回收，造成海洋污染和资源浪费，如果利用波浪滑翔器或者无人船等牵引，则失去了浮漂测量海洋表面统计平均流速的基本条件；3)传统浮漂只能实现海面的统计平均流速测量，无法实现瞬时的海面流速测量，更无法实现海洋上层几百米剖面的瞬时流速信息测量。在科考船或者无人船船底安装搭载ADCP(声学多普勒流速剖面仪)进行流速剖面测量将要耗费较大的人力物力，传统无人船的续航时间短而且不适合长期低速运动。利用波浪滑翔器搭载ADCP测量流速剖面信息也不是很理想，因为波浪滑翔器的船体在海浪的作用下俯仰横滚姿态变化大，不能满足ADCP要求的姿态倾斜角度小于±15度的要求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，该浮标垂向稳定性高、水平阻力小，可以较好地实现海面漂流浮标漂浮在海水表面测量海洋上层的剖面流速的功能，适合拖拽，同时能够有效地实现测量数据与岸站监控中心之间的实时远程通讯。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，包括从上至下依次同轴、竖直设置的长圆形浮体、圆筒状电池密封舱和ADCP，在所述长圆形浮体的顶部设有圆柱形凹槽，在所述圆柱形凹槽内安装有电气密封舱，在所述电气密封舱内安装有数据采集模块、GPS定位模块、卫星通讯模块以及控制模块，在所述长圆形浮体内设有与其同轴的过缆通道Ⅰ，所述过缆通道Ⅰ的上端与所述电气密封舱的底部密封固接，在所述圆筒状电池密封舱内安装有电池包，在所述电池包内设有与所述圆筒状电池密封舱同轴的过缆通道Ⅱ，所述过缆通道Ⅰ的下端伸出所述长圆形浮体的底端并与所述圆筒状电池密封舱的顶部密封连接，在所述长圆形浮体的底部设有浮体支架，所述浮体支架固定在所述圆筒状电池密封舱的顶部，所述ADCP通过连接环与所述圆筒状电池密封舱的下端连接，所述ADCP依次通过水密缆Ⅲ、水密接插件Ⅱ、水密缆Ⅱ、水密接插件Ⅰ和水密缆Ⅰ与所述数据采集模块和所述控制模块连接，所述水密缆Ⅱ设置在所述过缆通道Ⅱ内，所述水密缆Ⅰ设置在所述过缆通道Ⅰ内，所述水密接插件Ⅱ设置在所述圆筒状电池密封舱的底部，所述水密接插件Ⅰ设置在所述圆筒状电池密封舱的顶部，所述数据采集模块接收所述ADCP和所述GPS定位模块的数据，并通过所述卫星通讯模块与岸基监控中心进行无线通讯以实现数据传输。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
所述浮体支架采用筒状栅格结构，套装在所述过缆通道Ⅰ的外侧，固定在所述圆筒状电池密封舱的顶部。
在所述过缆通道Ⅱ的周围设有多层中间支撑板、上盖板和下盖板，所述电池包的多个电池设置在所述多层中间支撑板之间，并采用所述上盖板、所述下盖板和拉杆拉紧固定。
在所述连接环上连接有ADCP保护罩。
所述ADCP保护罩采用筒状栅格结构。
在所述连接环上设有过流孔。
在所述电气密封舱的底部设有插装在所述过缆通道Ⅰ内的接头，在所述接头与所述过缆通道Ⅰ之间设有密封圈。
本发明具有的优点和积极效果是：通过采用竖直设置的圆柱形电池密封舱和长圆形浮体，将电池密封舱置于长圆形浮体之下，将ADCP置于电池密封舱之下，能够减小浮标的水平阻力，适合拖拽，并且结构紧凑模块化；通过将电气密封舱设置在长圆形浮体的顶部，将电池密封舱和电池包置于长圆形浮体之下，能够使浮标的重心靠下、浮心靠上，垂向波浪起伏对浮标的垂向运动位移影响小，因此本发明具有非常好的垂向稳定性，能够满足ADCP要求的姿态倾斜角度小于15度的要求，能够保证ADCP测量流速剖面信息和卫星通讯的成功率，进而较好的实现浮标飘在海水表面测量海洋上层的剖面流速。本发明可用于对从海水表面到水下几百米深度的水体进行垂直剖面测流，该垂向稳定声学多普勒流速剖面测量海面漂流浮标可以随波逐流式地漂在海水表面测量海洋上层水体的剖面流速，也可以通过波浪滑翔器、无人船或者科考船等在低速运动下拖曳进而完成垂直剖面流速测量，测量的流速信息与海面漂流浮标所在的位置会通过卫星通讯远程实时回传。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的长圆形浮体和密封电气舱结构示意图；
图3为本发明的密封电池舱结构示意图；
图4为本发明的ADCP装配示意图。
图中：1、电气密封舱；1-1、接头；2、长圆形浮体；3、浮体支架；4、圆筒状电池密封舱；5、连接环；5-1、过流孔；6、ADCP；7、过缆通道Ⅰ；8、水密接插件Ⅰ；9、拉杆；10、上盖板；11、过缆通道Ⅱ；12、下盖板；13、水密接插件Ⅱ；14、电池；15、中间支撑板；16、ADCP保护罩。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，包括从上至下依次同轴、竖直设置的长圆形浮体2、圆筒状电池密封舱4和ADCP6，在所述长圆形浮体2的顶部设有圆柱形凹槽，在所述圆柱形凹槽内安装有电气密封舱1，在所述电气密封舱1内安装有数据采集模块、GPS定位模块、卫星通讯模块以及控制模块，在所述长圆形浮体2内设有与其同轴的过缆通道Ⅰ7，所述过缆通道Ⅰ7的上端与所述电气密封舱1的底部密封固接，在所述圆筒状电池密封舱4内安装有电池包，在所述电池包内设有与所述圆筒状电池密封舱4同轴的过缆通道Ⅱ11；所述过缆通道Ⅰ7的下端伸出所述长圆形浮体2的底端并与所述圆筒状电池密封舱4的顶部密封连接，在所述长圆形浮体2的底部设有浮体支架3，所述浮体支架3固定在所述圆筒状电池密封舱4的顶部；所述ADCP6通过连接环5与所述圆筒状电池密封舱4的下端连接；所述ADCP6依次通过水密缆Ⅲ、水密接插件Ⅱ13、水密缆Ⅱ、水密接插件Ⅰ8和水密缆Ⅰ与所述数据采集模块和所述控制模块连接，所述水密缆Ⅱ设置在所述过缆通道Ⅱ11内，所述水密缆Ⅰ设置在所述过缆通道Ⅰ7内，所述水密接插件Ⅱ13设置在所述圆筒状电池密封舱4的底部，所述水密接插件Ⅰ8设置在所述圆筒状电池密封舱4的顶部，所述数据采集模块接收所述ADCP6和所述GPS定位模块的数据，并通过所述卫星通讯模块与岸基监控中心进行无线通讯以实现数据传输。
所述控制模块依次通过水密缆Ⅰ和水密接插件Ⅰ8与所述电池包连接，所述控制模块依次通过所述水密缆Ⅰ、水密接插件Ⅰ8、水密缆Ⅱ和水密接插件Ⅱ13与所述ADCP6电连接，为所述ADCP6供电，所述控制模块给所述数据采集模块、所述GPS定位模块和所述卫星通讯模块供电。
上述浮标体形修长，重心靠下、浮心靠上，垂向波浪起伏对浮标的垂向运动位移影响小，因此具有非常好的垂向稳定性，能够满足ADCP要求的姿态倾斜角度小于15度的要求，能够保证ADCP测量流速剖面信息和卫星通讯的成功率，进而较好的实现浮标飘在海水表面测量海洋上层的剖面流速。
在本实施例中，所述浮体支架3采用筒状结构，套装在所述过缆通道Ⅰ7的外侧，固定在所述圆筒状电池密封舱4的顶部，结构简单，稳定可靠。为了增加垂向稳定性和结构紧凑性，进一步降低浮标重心，在所述过缆通道Ⅱ11的周围设有多层中间支撑板15、上盖板10和下盖板12，所述电池包的多个电池14设置在所述多层中间支撑板15之间，并采用所述上盖板10、所述下盖板12和拉杆9拉紧固定。在所述连接环5上连接有ADCP保护罩16，以减少罩在其中的ADCP6受到损坏，所述ADCP保护罩采用筒状栅格结构，结构简单，制作方便。在所述连接环5上设有过流孔5-1，以减小对水流的阻力。在所述电气密封舱1的底部设有插装在所述过缆通道Ⅰ内的接头1-1，在所述接头1-1与所述过缆通道Ⅰ7之间设有密封圈，密封稳定、可靠。
使用时，上述浮标可以随波逐流式的飘漂浮在海水表面，也可在浮球支架3上连接凯夫拉缆绳，采用凯夫拉缆绳将浮标与波浪滑翔器、无人船或者科考船等低速运动观测设备连接。将ADCP采集的流速数据输送给数据采集模块和控制，数据采集模块和控制模块将信息存储到存储器中，同时通过卫星通讯模块按照固定的时间间隔周期性地向岸站监控系统发送数据，此外，数据采集模块和控制模块读取GPS定位模块的信息，并将坐标点和时间信息一并经由卫星通讯模块发回岸站监控中心。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，包括从上至下依次同轴、竖直设置的长圆形浮体、圆筒状电池密封舱和ADCP，
在所述长圆形浮体的顶部设有圆柱形凹槽，在所述圆柱形凹槽内安装有电气密封舱，在所述电气密封舱内安装有数据采集模块、GPS定位模块、卫星通讯模块以及控制模块，
在所述长圆形浮体内设有与其同轴的过缆通道Ⅰ，所述过缆通道Ⅰ的上端与所述电气密封舱的底部密封固接，
在所述圆筒状电池密封舱内安装有电池包，在所述电池包内设有与所述圆筒状电池密封舱同轴的过缆通道Ⅱ，
所述过缆通道Ⅰ的下端伸出所述长圆形浮体的底端并与所述圆筒状电池密封舱的顶部密封连接，在所述长圆形浮体的底部设有浮体支架，所述浮体支架固定在所述圆筒状电池密封舱的顶部，
所述ADCP通过连接环与所述圆筒状电池密封舱的下端连接，
所述ADCP依次通过水密缆Ⅲ、水密接插件Ⅱ、水密缆Ⅱ、水密接插件Ⅰ和水密缆Ⅰ与所述数据采集模块和所述控制模块连接，所述水密缆Ⅱ设置在所述过缆通道Ⅱ内，所述水密缆Ⅰ设置在所述过缆通道Ⅰ内，所述水密接插件Ⅱ设置在所述圆筒状电池密封舱的底部，所述水密接插件Ⅰ设置在所述圆筒状电池密封舱的顶部，
所述数据采集模块接收所述ADCP和所述GPS定位模块的数据，并通过所述卫星通讯模块与岸基监控中心进行无线通讯以实现数据传输。
2.根据权利要求1所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，所述浮体支架采用筒状栅格结构，套装在所述过缆通道Ⅰ的外侧，固定在所述圆筒状电池密封舱的顶部。
3.根据权利要求1所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，在所述过缆通道Ⅱ的周围设有多层中间支撑板、上盖板和下盖板，所述电池包的多个电池设置在所述多层中间支撑板之间，并采用所述上盖板、所述下盖板和拉杆拉紧固定。
4.根据权利要求1所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，在所述连接环上连接有ADCP保护罩。
5.根据权利要求4所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，所述ADCP保护罩采用筒状栅格结构。
6.根据权利要求1所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，在所述连接环上设有过流孔。
7.根据权利要求1所述的用于波浪滑翔器拖曳式垂向稳定流速剖面测量浮标，其特征在于，在所述电气密封舱的底部设有插装在所述过缆通道Ⅰ内的接头，在所述接头与所述过缆通道Ⅰ之间设有密封圈。
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