CN109823480B - 一种用于海洋观测的浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于海洋观测的浮标，属于海洋水文观测设备领域，本发明的浮标包括浮力模块、观测模块和配重模块，浮力模块，包括柱状浮体，浮体侧面具有相对浮体中心轴线螺旋环绕的导流槽，浮体侧面还具有一水平放置的杆体，杆体上布设浮子；观测模块，包括浮体围绕旋转的透明管，透明管内连接有外露的水文观测设备，本发明的浮标不会被物体缠绕破坏，水文检测数据精准，适用于复杂海洋环境，回收再利用率高，使用寿命长。

Description

一种用于海洋观测的浮标

技术领域

本发明属于海洋水文观测设备领域，具体涉及一种用于海洋观测的浮标。

背景技术

海上溢油就是石油在海上运输或开采过程中的流失。随着陆地资源的日趋匾乏和人类对能源需求的迅速增长，海洋石油工业和海上石油运输业正蓬勃发展。目前，进入生产性海上石油钻探的国家已达100多个，全世界每年油轮运输量已超过20亿吨，随之造成的石油污染也日趋严重。为了实现在海上溢油第一时间发现溢油海域范围，经常采用带水文观测设备的浮标定点投放海中，但浮标在水中长久使用后其数据精准性和设备完整性往往难以保证，此外浮标回收后再利用率不高，造成海上溢油观测成本大幅度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮标不会被物体缠绕破坏，水文检测数据精准，适用于复杂海洋环境，回收再利用率高，使用寿命长的用于海洋观测的浮标。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种用于海洋观测的浮标，包括浮力模块、观测模块和配重模块，

浮力模块，包括柱状浮体，浮体侧面具有相对浮体中心轴线螺旋环绕的导流槽，浮体侧面还具有一水平放置的杆体，杆体上布设浮子；

观测模块，包括浮体围绕旋转的透明管，透明管内连接有外露的水文观测设备。

本发明通过在海域内定点投放浮标对海域内出现的溢油情况进行监控同步监控海域水质，浮力模块为观测模块提供一定浮力使其保持上浮状态，而配重模块的设置可调整浮标整体重量以适应不同环境的海洋情况，例如海水流速较大区域增加配重模块的配重片数量，为降低浮标损坏率，通过设计浮体的结构形状以及在浮体侧面设计杆体和浮子，使浮标在受波浪冲击作用时，浮体绕透明管旋转，透明管在水中保持不动状态通过浮体旋转作用来消除波浪对浮标的冲击破坏并在浮体附近形成螺旋水流以防物体缠绕，进一步的浮体旋转过程中带动杆体同步旋转，可实现波浪的湍流强度和垂直速度分布的形状受圆周运动的杆体影响，水流流经旋转杆体受水流运动方向反向阻力以消除波浪对浮体的冲击破坏，提高浮标的使用寿命和回收再利用率。

优选的，配重模块，包括可围绕透明管旋转的底盘，底盘底面中心处具有一连接柱，连接柱侧面环绕开设槽口用于插接配重片，采用插接的连接方式来装配配重片，一则具有浮标重力调节方便的优点，二则插接状态下的配重片在水中受水流作用可驱动底盘绕透明管产生旋转以降低水流作用于观测模块的作用力，降低浮标核心部件受损几率，三则可旋转的配重片对缠绕在浮标上的物体具有切割作用，例如切割缠绕在浮标上的水草，四则浮标底部受物体撞击时，配重模块可起到保护作用，具体的物体撞击配重模块时作用于配重片使其驱动底盘旋转实现将直线冲击力分化起到降低冲击的作用。

优选的，透明管与底盘连接处设有凸环，用于实现底盘绕透明管旋转，当然不仅限于该结构，还可在底盘与透明管连接处布设滚珠以实现底盘绕透明管旋转。

优选的，配重片之间的底盘表面设有中心线呈倾斜设置的流孔，浮标在水中受水流作用时配重片使其驱动底盘旋转水流流经流孔，水体经过中心线呈倾斜设置的流孔其水压增大且扭转，流孔排出至透明管方向的水流具有紊动现象起到对透明管表面清洁的作用，并且出现的水流紊动可使水流能量消散以提高浮标整体在水中的稳定性。

优选的，水文观测设备与内设于透明管的微控制芯片连接，微控制芯片还分别与设于透明管内的蓄电池、摄像机和设于透明管端部的信号收发器、信号灯连接，透明管选用透明塑料，利用水文观测设备对其定点投放区域内的水质进行实时检测，检测结果传输微控制芯片由微控制芯片进行判断水质是否超出设定值，水质超标微控制芯片控制信号收发器发送数据至控制台，实现第一时间获取海域溢油信息，并且还可通过摄像机获取图像数据，同时在透明管内设置上述部件可间接提高浮标于水中的稳定性。

优选的，透明管插接于浮体，且透明管与浮体连接处设有凸环，用于实现浮体在水流冲击作用下绕透明管产生旋转作用。

优选的，透明管内部中空，可扩大透明管内的观测设备的存放空间，提高浮标获取数据种类，透明管上下端口封口处理，以防止水体渗入破坏其内部仪器设备，保证观测设备正常工作，同时与透明管连接且部分外露的部件的连接处均使用密封构件，例如水文观测设备与透明管连接处设有密封圈。

优选的，配重模块通过绳体与海床连接，其一用于实现浮标在海域中定点投放，当出现海面溢油情况时，确定溢油范围，其二用于提高浮体在水中的稳定性，以防浮体漂浮走失造成经济损失。该绳体优选采用可伸缩的弹性绳以调节浮标相对于海水的高度变化。

优选的，杆体为刚性材质，杆体长度为浮体直径的1.5倍至1倍之间，选用刚性材质的杆体可避免杆体自身缠绕浮体的问题，并通过控制杆体相对浮体直径的长度来控制杆体旋转直径范围保证杆体可与浮体同步旋转并消浪效果最优化。

优选的，浮力模块上部连接有漂浮体，相对提高浮体在水中的浮力，并提高浮体在水面中的辨识度和稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在海域内定点投放浮标对海域内出现的溢油情况进行监控同步监控海域水质，实现第一时间获取海域溢油信息，所设计的浮标自身对波浪具有消浪作用，所设计的配重模块和浮力模块有效解决了物体缠绕浮标的问题，浮标的使用寿命和再利用率高，并且适用于复杂海洋环境。

附图说明

图1为本发明一种用于海洋观测的浮标结构示意图；

图2为本发明的浮体与透明管连接示意图；

图3为本发明的透明管内部结构示意图；

图4为本发明的配重模块结构示意图；

图5为本发明的用于海洋观测的浮标连接于海床结构示意图；

图6为实施例2的另一用于海洋观测的浮标结构示意图。

附图标记说明：10.浮力模块；11.导流槽；12.杆体；13.浮子；14.浮体；20.观测模块；21.透明管；22.水文观测设备；23.信号收发器；24.信号灯；25.微控制芯片；26.蓄电池；27.摄像机；30.配重模块；31.底盘；32.配重片；33.连接柱；34.槽口；35.流孔；40.绳体；50.漂浮体；51.连接绳；52.连接环。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

如图1-5所示，一种用于海洋观测的浮标，包括浮力模块10、观测模块20和配重模块30，

浮力模块10，包括柱状浮体14，浮体14侧面具有相对浮体14中心轴线螺旋环绕的导流槽11，浮体14侧面还具有一水平放置的杆体12，杆体12上布设浮子13；

观测模块20，包括浮体14围绕旋转的透明管21，透明管21内连接有外露的水文观测设备22。

本发明通过在海域内定点投放浮标对海域内出现的溢油情况进行监控同步监控海域水质，浮力模块10为观测模块20提供一定浮力使其保持上浮状态，而配重模块30的设置可调整浮标整体重量以适应不同环境的海洋情况，例如海水流速较大区域增加配重模块30的配重片32数量，为降低浮标损坏率，通过设计浮体14的结构形状以及在浮体14侧面设计杆体12和浮子13，使浮标在受波浪冲击作用时，浮体14绕透明管21旋转，透明管21在水中保持不动状态通过浮体14旋转作用来消除波浪对浮标的冲击破坏并在浮体附近形成螺旋水流以防物体缠绕，进一步的浮体14旋转过程中带动杆体12同步旋转，可实现波浪的湍流强度和垂直速度分布的形状受圆周运动的杆体12影响，水流流经旋转杆体12受水流运动方向反向阻力以消除波浪对浮体的冲击破坏，提高浮标的使用寿命和回收再利用率。

配重模块30，包括可围绕透明管21旋转的底盘31，底盘31底面中心处具有一连接柱33，连接柱33侧面环绕开设槽口34用于插接配重片32，采用插接的连接方式来装配配重片32，一则具有浮标重力调节方便的优点，二则插接状态下的配重片32在水中受水流作用可驱动底盘31绕透明管21产生旋转以降低水流作用于观测模块20的作用力，降低浮标核心部件受损几率，三则可旋转的配重片32对缠绕在浮标上的物体具有切割作用，例如切割缠绕在浮标上的水草，四则浮标底部受物体撞击时，配重模块30可起到保护作用，具体的物体撞击配重模块30时作用于配重片32使其驱动底盘31旋转实现将直线冲击力分化起到降低冲击的作用。

透明管21与底盘31连接处设有凸环，用于实现底盘31绕透明管21旋转，当然不仅限于该结构，还可在底盘31与透明管21连接处布设滚珠以实现底盘31绕透明管21旋转。

配重片32之间的底盘31表面设有中心线呈倾斜设置的流孔35，浮标在水中受水流作用时配重片32使其驱动底盘31旋转水流流经流孔35，水体经过中心线呈倾斜设置的流孔35其水压增大且扭转，流孔35排出至透明管21方向的水流具有紊动现象起到对透明管21表面清洁的作用，并且出现的水流紊动可使水流能量消散以提高浮标整体在水中的稳定性。

水文观测设备22与内设于透明管21的微控制芯片25连接，微控制芯片25还分别与设于透明管21内的蓄电池26、摄像机27和设于透明管21端部的信号收发器23、信号灯24连接，透明管21选用透明塑料，利用水文观测设备22对其定点投放区域内的水质进行实时检测，检测结果传输微控制芯片25由微控制芯片25进行判断水质是否超出设定值，水质超标微控制芯片25控制信号收发器23发送数据至控制台，实现第一时间获取海域溢油信息，并且还可通过摄像机27获取图像数据，同时在透明管21内设置上述部件可间接提高浮标于水中的稳定性。

透明管21插接于浮体14，且透明管21与浮体14连接处设有凸环，用于实现浮体14在水流冲击作用下绕透明管21产生旋转作用。

透明管21内部中空，可扩大透明管21内的观测设备的存放空间，提高浮标获取数据种类，透明管21上下端口封口处理，以防止水体渗入破坏其内部仪器设备，保证观测设备正常工作，同时与透明管21连接且部分外露的部件的连接处均使用密封构件，例如水文观测设备22与透明管21连接处设有密封圈。

配重模块30通过绳体40与海床连接，其一用于实现浮标在海域中定点投放，当出现海面溢油情况时，确定溢油范围，其二用于提高浮体在水中的稳定性，以防浮体漂浮走失造成经济损失。该绳体40优选采用可伸缩的弹性绳以调节浮标相对于海水的高度变化。

杆体12为刚性材质，杆体12长度为浮体14直径的1.5倍至1倍之间，选用刚性材质的杆体12可避免杆体12自身缠绕浮体14的问题，并通过控制杆体12相对浮体14直径的长度来控制杆体12旋转直径范围保证杆体12可与浮体14同步旋转并消浪效果最优化。

浮力模块10上部连接有漂浮体50，相对提高浮体在水中的浮力，并提高浮体在水面中的辨识度和稳定性。

本发明的透明管21选用透明塑料，该透明塑料的制备方法如下：

将正硅酸乙酯、异丙醇、正丁醇、去离子水混合搅拌，搅拌过程中倒入冰醋酸和微量盐酸、季戊四醇磷酸酯，常温下磁力搅拌2小时形成硅溶胶，待用，在正硅酸乙酯水解聚合反应后加入甲基丙烯酸氧基丙基三甲氧基硅烷和硬脂醇甘草亭酸酯，混合搅拌2h形成改性硅溶胶，将改性硅溶胶注入注射成型机中（宝盈，多回路注塑机）获得本发明结构的透明管21，通过加入微量的季戊四醇磷酸酯以实现硅溶胶形成过程中有机团无法阻碍聚合反应的进行，同时在改性过程中加入硬脂醇甘草亭酸酯以实现在注塑成型过程中热处理时低分子有机物去除率提高并促进分子之间的进一步聚合形成致密性较高的透明管21使其在水中的抗水压性能大大增强，通过上述方法所制得的透明管21表面的光滑性较高不易粘附水生物或污垢。

实施例2：

如图6所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化为：漂浮体50为尾翼状，该漂浮体内部中空且充有氢气，漂浮体14上端设有连接环52，该连接环52通过连接绳52与漂浮体50连接。利用相对提高浮体在水中的浮力，并提高浮体在水面中的辨识度和稳定性，具体的尾翼状的漂浮体50受海面风流影响绕浮体14作旋转运动或朝向一方向漂浮，在其朝向一方向漂浮对浮体存在向上提拉力提高浮体在水中的浮力，在其绕浮体14作旋转运动时浮体获得向下的作用力，浮体在水中的稳定性得到提高。

实施例3：

本发明的用于海洋观测的浮标实际使用时：将本发明的浮标在海域内进行定点投放，具体的通过绳体40与海床连接，利用水文观测设备22对其定点投放区域内的水质进行实时检测，检测结果传输微控制芯片25由微控制芯片25进行判断水质是否超出设定值，水质超标微控制芯片25控制信号收发器23发送数据至控制台，实现第一时间获取海域溢油信息，控制台还可通过发送命令至浮标上控制水文观测设备等的启停，在浮标回收或工作人员观测海面浮标位置时控制信号灯24亮起，便于工作人员进行相应操作。

本发明中所采用的水文观测设备例如采用陆恒生物生产的多参数水产养殖检测仪，但不应局限于此检测仪还可以是其他水文观测设备，至于信号收发器、微控芯片等根据实际需求市场购买即可，也应为本领域技术人员应知晓，在此不再详细赘述。

本发明的实施方式不限于上例，还有很多等功能代换结构，只要采用本发明的技术思路的所有技术方案均属本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于海洋观测的浮标，包括浮力模块(10)、观测模块(20)和配重模块(30)，其特征在于：

所述浮力模块(10)，包括柱状浮体(14)，所述浮体(14)侧面具有相对所述浮体(14)中心轴线螺旋环绕的导流槽(11)，所述浮体(14)侧面还具有一水平放置的杆体(12)，所述杆体(12)上布设浮子(13)；

所述观测模块(20)，包括浮体(14)围绕旋转的透明管(21)，所述透明管(21)内连接有外露的水文观测设备(22)；

所述配重模块(30)，包括可围绕透明管(21)旋转的底盘(31)，所述底盘(31)底面中心处具有一连接柱(33)，所述连接柱(33)侧面环绕开设槽口(34)用于插接配重片(32)；所述配重片(32)之间的底盘(31)表面设有中心线呈倾斜设置的流孔(35)；所述水文观测设备(22)与内设于透明管(21)的微控制芯片(25)连接，所述微控制芯片(25)还分别与设于透明管(21)内的蓄电池(26)、摄像机(27)和设于透明管(21)端部的信号收发器(23)、信号灯(24)连接；所述透明管（21）与底盘（31）连接处设有凸环，用于实现底盘（31）绕透明管（21）旋转。

2.根据权利要求1任一权利要求所述的一种用于海洋观测的浮标，其特征在于：所述透明管(21)插接于浮体(14)，且透明管(21)与浮体(14)连接处设有凸环。

3.根据权利要求1任一权利要求所述的一种用于海洋观测的浮标，其特征在于：所述透明管(21)内部中空，上下端口封口处理。

4.根据权利要求1任一权利要求所述的一种用于海洋观测的浮标，其特征在于：所述配重模块(30)通过绳体(40)与海床连接。

5.根据权利要求1任一权利要求所述的一种用于海洋观测的浮标，其特征在于：所述杆体(12)为刚性材质，所述杆体(12)长度为浮体(14)直径的1 .5倍至1倍之间。

6.根据权利要求1任一权利要求所述的一种用于海洋观测的浮标，其特征在于：所述浮力模块(10)上部连接有漂浮体(50)。

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