CN109737926A - 深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，海表面通信浮子与主浮体之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，水下感应耦合传输缆上安装有浮力浮球串；深海声学释放器的上下两端分别连接有凯夫拉绳，上端的凯夫拉绳上安装有深水浮球，且上端的凯夫拉绳与主浮体之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，下端的凯夫拉绳上连接有锚定重块；海表面通信浮子与主浮体之间的水下感应耦合传输缆上以及主浮体与深海声学释放器之间的水下感应耦合传输缆上均安装有测量采集单元。本发明具有同步工作、垂直剖面定点长时间观测和数据实时传输到岸站的特点。

Description

深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统

技术领域

本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统。

背景技术

观测技术是促进海洋科学逐渐走向成熟的关键因素之一，海洋科学从物理、生物到地质，从海气交换到大洋剖面水体，观测尺度和范围跨越时间和空间几十个数量级。目前随着观测技术的发展，海洋科学发展所依赖的海洋数据获取方式正在从“考察”向“观测”转变，而且海洋环境监测己进入从空间、沿岸、水面及水下对海洋环境进行全方位、全天候立体监测的时代。然而,目前我国大部分的海洋环境监测技术仍然依靠船舶观测和台站观测技术周期性的采集海洋表层或有限的一些水层的要素数据,对于海洋次表层以及深层水下的资料十分稀缺。随着人们对海洋科学认知需求的提升,仅仅依靠表层或有限水层的要素数据,难以对我国广阔海域的物理、生物、化学环境等多方面状况进行深入了解,无法满足全方位的立体监测要求,不能适应我国海洋经济发展的需要。

实时获取、连续监测深海剖面海洋参数，在预报和减灾上可以为海洋环境数值预报和灾害性海况遥测提供数据资料；在军事上可以提供海洋环境实测数据，用于声纳作用距离预报和潜艇航行航道保障；在海洋科学研究中具有重要意义。因此,在当前的经济与技术发展水平条件下,如何实时高效地效获取深海水体垂直剖面的海洋环境要素成为深远海观测的重要内容。

发明内容

为了实时高效地获取深海水体垂直剖面的海洋环境要素，本发明的目的在于提供一种深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括主浮体、深海声学释放器、锚定重块、测量采集单元、陆基支撑数据接收处理系统及与该陆基支撑数据接收处理系统进行通讯的海表面通信浮子，其中海表面通信浮子与主浮体之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，该水下感应耦合传输缆上安装有浮力浮球串；所述深海声学释放器的上下两端分别连接有凯夫拉绳，上端的凯夫拉绳上安装有深水浮球，且该上端的凯夫拉绳与所述主浮体之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，下端的凯夫拉绳上连接有锚定重块；所述海表面通信浮子与主浮体之间的水下感应耦合传输缆上以及主浮体与深海声学释放器之间的水下感应耦合传输缆上均安装有测量采集单元；

其中：所述海表面通信浮子包括水密通信天线装置、密封舱盖、壳体、卫星通信模块及控制与电源模块，该壳体上密封安装有密封舱盖，所述卫星通信模块及控制与电源模块分别安装在壳体内，该控制与电源模块为卫星通信模块供电；所述水密通信天线装置安装在密封舱盖上，所述陆基支撑数据接收处理系统通过该水密通信天线装置与卫星通信模块进行通讯；

所述水密通信天线装置包括天线密封盖板、天线密封底托、卫星天线及密封管，该密封管的一端安装在所述密封舱盖上，另一端密封连接有天线密封底托，所述天线密封底托上密封连接的天线密封盖板，所述卫星天线容置于天线密封盖板与天线密封底托围成的空间内部，并穿过所述密封管、与所述卫星通信模块相连；

所述水下感应耦合传输缆包括钢丝绳、包塑层、承重缆及耐磨层，该包塑层包裹在钢丝绳外，所述承重缆包裹在包塑层外侧，该承重缆的外表面上涂覆有耐磨层；所述包塑层的长度小于钢丝绳的长度，即该钢丝绳的两端直接包裹所述承重缆；

所述浮力浮球串包括浮球架及安装在该浮球架上的浮球，所述浮球架连接于海表面通信浮子与主浮体之间的水下感应耦合传输缆上；

所述主浮体包括保护壳体、浮力浮球、支撑架体、浮球固定架、层翼、密封舱及采集控制电路，该支撑架体安装于保护壳体内，在支撑架体内设有浮球固定架，所述浮球固定架上安装有提供浮力的浮力浮球；所述密封舱安装在保护壳体内，内部设有通过水下感应耦合传输缆与所述海表面通信浮子及测量采集单元连接的采集控制电路；所述尾翼连接于保护壳体上；

所述浮力浮球为多组、位于密封舱的上方，每组所述浮力浮球均通过浮球固定架固定在支撑架体上，每组中的各浮力浮球相对于所安装的支撑架体的轴向往复移动；所述浮力浮球位于主浮体的中上部；

所述保护壳体的一端为半球状结构，另一端连接有起导流作用的尾翼，该保护壳体的中间部分为圆柱状流线型结构。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明具有同步工作、垂直剖面定点长时间观测和数据实时传输到岸站的特点。

2.本发明主浮体的浮力可以通过浮力浮球进行调节，而且可以通过调节浮力浮球左右的相对位置，从而保证主浮体左右两端保持近似水平的特性。

3.本发明的观测数据通过非接触式的感应耦合方式传输至海表面通信浮体，克服了有缆传输中通信缆容易受海洋损坏的缺陷，可以保证长时间传输数据的可靠性。

4.本发明的水下感应耦合传输缆的内芯钢丝绳较细，外有包塑层、承重缆层及耐磨层，构成轻型感应耦合传输缆，在水下构成系统工作时，可以使用较小的浮力将缆系拉直浮起，同时也有利于系统的布放回收。

5.本发明的海表面通信浮子为球形，并将电源等较重部件放置在球内侧底部，形成不倒翁形式，在动态的海表面，它相对稳定，有利于海陆间数据通信的稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中海面通信浮子的结构示意图；

图3为图2中水密通信天线装置的结构剖视图；

图4A为图3中天线密封盖板的结构主视图；

图4B为图4A的俯视剖视图；

图5A为图3中天线密封底托的结构主视图；

图5B为图5A的俯视剖视图；

图6为图2中密封舱盖的结构主视图；

图7A为图2中法兰盘的结构主视图；

图7B为图7A的俯视剖视图；

图8为本发明水下感应耦合传输缆的结构剖视图；

图9为图1中浮力浮球串的结构示意图；

图10为图1中主浮体的结构示意图；

其中：1为海表面通信浮子，101为水密通信天线装置，1011为天线密封盖板，1012为紧固螺栓，1013为天线密封底托，1014为卫星天线，1015为密封管，102为密封舱盖，103为法兰盘，104为O型圈，105为球形壳体，106为卫星通信模块，107为控制与电源模块，108为吊轴；2为水下电转环A，3为感应耦合传输仪A，4为水下感应耦合传输缆A，401为钢丝绳，402为包塑层，403为承重缆，404为耐磨层，5为浮力浮球串，501为浮球，502为浮球架，6为上层感应耦合测量传感器，7为感应耦合传输仪B，8为水下电转环B，9为主浮体，901为保护壳体，902为浮力浮球，903为支撑架体，904为浮球固定架，905为尾翼，906为密封舱，907为采集控制电路，10为水下电转环C，11为感应耦合传输仪C，12为水下感应耦合传输缆B，13为下层感应耦合测量传感器，14为机械转环，15为凯夫拉绳A，16为深水浮球，17为深海声学释放器，18为凯夫拉绳B，19为锚链，20为锚定重块,21为陆基支撑数据接收处理系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括主浮体9、深海声学释放器17、锚定重块20、测量采集单元、陆基支撑数据接收处理系统21及与该陆基支撑数据接收处理系统21进行通讯的海表面通信浮子1，其中海表面通信浮子1的下方设有水下电转环A2，主浮体9的上方设有水下电转环B8，水下电转环A2与水下电转环B8之间通过水下感应耦合传输缆A4相连，该水下感应耦合传输缆A4上安装有浮力浮球串5。主浮体9的下方设有水下电转环C10，该水下电转环C10上连接有水下感应耦合传输缆B12；深海声学释放器17的上端连接有凯夫拉绳A15、下端连接有凯夫拉绳B18，上端的凯夫拉绳A15上安装有深水浮球16，且该上端的凯夫拉绳A15通过机械转环14与主浮体9下方的水下感应耦合传输缆B12相连，下端的凯夫拉绳B18上通过锚链19连接有锚定重块20。海表面通信浮子1与主浮体9之间的水下感应耦合传输缆A4上以及主浮体9与深海声学释放器17之间的水下感应耦合传输缆B12上均安装有测量采集单元。

本发明的测量采集单元包括上层感应耦合测量传感器6、下层感应耦合测量传感器13、感应耦合传输仪A3、感应耦合传输仪B7及感应耦合传输仪C11，该上层感应耦合测量传感器6安装在水下感应耦合传输缆A4上，在上层感应耦合测量传感器6的上下两侧分别设有感应耦合传输仪A3和感应耦合传输仪B7，感应耦合传输仪A3和感应耦合传输仪B7分别安装在水下感应耦合传输缆A4上；下层感应耦合测量传感器13安装在水下感应耦合传输缆B12上，该下层感应耦合测量传感器13的上方设有安装在下层感应耦合测量传感器13上的感应耦合传输仪C11。

如图2、图3、图4A、图4B、图5A、图5B、图6、图7A及图7B所示，海表面通信浮子1包括水密通信天线装置101、密封舱盖102、法兰盘103、O型圈104、壳体105、卫星通信模块106及控制与电源模块107，该壳体105呈中空的球形，顶部设有圆形的法兰盘103，该法兰盘103上通过O型圈104密封连接有圆形的密封舱盖102，卫星通信模块106及控制与电源模块107分别安装在壳体105内的底部，形成不倒翁形式，该控制与电源模块107为卫星通信模块106供电；水密通信天线装置101安装在密封舱盖102上，陆基支撑数据接收处理系统21通过该水密通信天线装置101与卫星通信模块106进行通讯。在壳体105的下部设有用于与水下电转环A2连接的吊轴108。

水密通信天线装置101包括天线密封盖板1011、紧固螺栓1012、天线密封底托1013、卫星天线1014及密封管1015，该密封管1015为中空结构，一端(下端)固接在密封舱盖102上，另一端(上端)密封连接有天线密封底托1013；天线密封底托1013呈圆盘状，边缘沿圆周方向均布有多个螺栓孔，并在天线密封底托1013的上表面设有环状的密封凹槽；天线密封盖板1011呈圆盘状，边缘沿圆周方向均布有相同数量的螺栓孔，天线密封盖板101通过紧固螺栓1012与天线密封底托1013固接，且通过容置于密封凹槽内的密封圈与天线密封底托1013密封连接；天线密封盖板1011中间的下表面设有凹槽，卫星天线1014容置于该凹槽内(即天线密封盖板1011与天线密封底托1013围成的空间内部)，并穿过密封管1015、与卫星通信模块106相连。

如图8所示，水下感应耦合传输缆包括钢丝绳401、包塑层402、承重缆403及耐磨层404，该钢丝绳401位于最中间，采用细钢丝绳(直径为3mm)，包塑层402包裹在钢丝绳401外，承重缆403采用轻质抗拉的凯夫拉材料，并包裹在包塑层402外侧，该承重缆403的外表面上涂覆有耐磨层404。本实施例的包塑层402的长度小于钢丝绳401的长度，即该钢丝绳401的两端无包塑层402，而是直接包裹承重缆403。

如图9所示，浮力浮球串5包括浮球架502及安装在该浮球架502上的浮球501，浮球501可为一个或多个，视所需浮力而定；浮球架502连接于海表面通信浮子1与主浮体9之间的水下感应耦合传输缆A4上。

如图10所示，主浮体9包括保护壳体901、浮力浮球902、支撑架体903、浮球固定架904、尾翼905及密封舱906，该保护壳体901的一端为半球状结构，另一端连接有起导流作用的尾翼905，该保护壳体901的中间部分为圆柱状流线型结构。支撑架体903安装在保护壳体901内。密封舱906安装在保护壳体901内，内部设有采集控制电路907，该采集控制电路907向下通过水下电转环C10与感应耦合传输仪C11连接，通过感应耦合的方式负责接收下层感应耦合测量传感器13的观测数据；采集控制电路907向上通过水下电转环B8与感应耦合传输仪B7连接，通过感应耦合的方式将其采集的数据继续上传给感应耦合传输仪A，并汇集到海表面通信浮子1内，它起到下采上传的功能。密封舱906的上方设有浮力浮球902及浮球固定架904，支撑架体903内设有浮球固定架904，浮球固定架904上安装有提供浮力的浮力浮球902。主浮体9在水下呈正浮力，浮力大小可由浮力浮球902的多少来确定。浮力浮球902为多组，每组浮力浮球902均通过浮球固定架904固定在支撑架体903上，每组中的各浮力浮球902相对于所安装的支撑架体903的轴向往复移动。本实施例的浮力浮球902为三组，一组在上、两组在下；为了保证主浮体9在水中的平衡性，将提供浮力的浮力浮球902通过浮球固定架904固定在主浮体9的中上部，并通过调节浮力浮球902左右的相对位置，从而保证主浮体9左右两端保持近似水平的特性。

本发明的陆基支撑数据接收处理系统21为现有技术，具有服务器，用于数据接收处理。本发明的水下电转环为市购产品，购置于青岛荣丰泰不锈钢制品有限公司，型号为DZH—01。

本发明的工作原理为：

将本发明的观测系统投放到设定海域，按照事先设定的时序或时间间隔定时启动工作。首先是位于海表面通信浮子1的控制与电源模块107通过水下电转环A2和感应耦合传输仪A3向下传输命令信号，直接启动上层感应耦合测量传感器6开始工作；并通过主浮体9内的采集控制电路907向下启动下层感应耦合测量传感器13开始工作；下层感应耦合测量传感器13一次工作完成后，其观测数据向上通过感应耦合传输仪C11和水下电转环C10，以感应耦合传输的方式传至主浮体9中的采集控制电路907中；再向上通过水下电转环B8与感应耦合传输仪B7，以感应耦合的方式，连同上层感应耦合测量传感器6的观测数据一起上传给感应耦合传输仪A，并经水下电转环A2汇集到海表面通信浮子1内，由其将此次所有观测数据通过卫星通信的方式实时传回陆基支撑数据接收处理系统21，完成一次测量。下一个时次到达后，重复上面工作过程，如此反复，实现海洋要素垂直全剖面实时、长期、连续观测。

Claims (10)

1.一种深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：包括主浮体(9)、深海声学释放器(17)、锚定重块(20)、测量采集单元、陆基支撑数据接收处理系统(21)及与该陆基支撑数据接收处理系统(21)进行通讯的海表面通信浮子(1)，其中海表面通信浮子(1)与主浮体(9)之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，该水下感应耦合传输缆上安装有浮力浮球串(5)；所述深海声学释放器(17)的上下两端分别连接有凯夫拉绳，上端的凯夫拉绳上安装有深水浮球(16)，且该上端的凯夫拉绳与所述主浮体(9)之间通过水下感应耦合传输缆及水下电转环相连，下端的凯夫拉绳上连接有锚定重块(20)；所述海表面通信浮子(1)与主浮体(9)之间的水下感应耦合传输缆上以及主浮体(9)与深海声学释放器(17)之间的水下感应耦合传输缆上均安装有测量采集单元。

2.根据权利要求1所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述海表面通信浮子(1)包括水密通信天线装置(101)、密封舱盖(102)、壳体(105)、卫星通信模块(106)及控制与电源模块(107)，该壳体(105)上密封安装有密封舱盖(102)，所述卫星通信模块(106)及控制与电源模块(107)分别安装在壳体(105)内，该控制与电源模块(107)为卫星通信模块(106)供电；所述水密通信天线装置(101)安装在密封舱盖(102)上，所述陆基支撑数据接收处理系统(21)通过该水密通信天线装置(101)与卫星通信模块(106)进行通讯。

3.根据权利要求2所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述水密通信天线装置(101)包括天线密封盖板(1011)、天线密封底托(1013)、卫星天线(1014)及密封管(1015)，该密封管(1015)的一端安装在所述密封舱盖(102)上，另一端密封连接有天线密封底托(1013)，所述天线密封底托(1013)上密封连接的天线密封盖板(1011)，所述卫星天线(1014)容置于天线密封盖板(1011)与天线密封底托(1013)围成的空间内部，并穿过所述密封管(1015)、与所述卫星通信模块(106)相连。

4.根据权利要求1所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述水下感应耦合传输缆包括钢丝绳(401)、包塑层(402)、承重缆(403)及耐磨层(404)，该包塑层(402)包裹在钢丝绳(401)外，所述承重缆(403)包裹在包塑层(402)外侧，该承重缆(403)的外表面上涂覆有耐磨层(404)。

5.根据权利要求4所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述包塑层(402)的长度小于钢丝绳(401)的长度，即该钢丝绳(401)的两端直接包裹所述承重缆(403)。

6.根据权利要求1所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述浮力浮球串(5)包括浮球架(502)及安装在该浮球架(502)上的浮球(501)，所述浮球架(502)连接于海表面通信浮子(1)与主浮体(9)之间的水下感应耦合传输缆上。

7.根据权利要求1所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述主浮体(9)包括保护壳体(901)、浮力浮球(902)、支撑架体(903)、浮球固定架(904)、层翼(905)、密封舱(906)及采集控制电路(907)，该支撑架体(903)安装于保护壳体(901)内，在支撑架体(903)内设有浮球固定架(904)，所述浮球固定架(904)上安装有提供浮力的浮力浮球(902)；所述密封舱(906)安装在保护壳体(901)内，内部设有通过水下感应耦合传输缆与所述海表面通信浮子(1)及测量采集单元连接的采集控制电路(907)；所述尾翼(905)连接于保护壳体(901)上。

8.根据权利要求7所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述浮力浮球(902)为多组、位于密封舱(906)的上方，每组所述浮力浮球(902)均通过浮球固定架(904)固定在支撑架体(903)上，每组中的各浮力浮球(902)相对于所安装的支撑架体(903)的轴向往复移动。

9.根据权利要求7所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述浮力浮球(902)位于主浮体(9)的中上部。

10.根据权利要求1所述的深海感应耦合垂直剖面同步实时观测系统，其特征在于：所述保护壳体(901)的一端为半球状结构，另一端连接有起导流作用的尾翼(905)，该保护壳体(901)的中间部分为圆柱状流线型结构。