CN109850072A - 基于海洋环境监测的浮标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于海洋环境监测的浮标装置，属于海洋观测设备技术领域，浮标装置包括浮体，浮体四周通过摆臂连接有减摇机构，浮体下部具有一套管，套管与浮体连接端封口处理，另一端开口设置，套管内安装有一水质检测仪，浮体与套管之间穿接一水管，水管进水口位于浮体侧壁，出水口位于套管内/底部。本发明的浮标装置具有减摇、缓冲、自动扶正效果，浮标自清洁程度较高且适用于复杂海洋环境。

Description

基于海洋环境监测的浮标装置

技术领域

本发明属于海洋观测设备技术领域，具体涉及一种基于海洋环境监测的浮标装置。

背景技术

浮标在海面上的浮标受到风浪流等环境载荷的作用，会发生大幅的摇摆响应。摇摆运动对浮标的影响主要体现在两个方面：首先，浮标的摇摆运动极大影响着浮标水文和气象等参数的观测，通常浮标摇摆角度越小，探测传感器的测量准确度越高；其次，浮标的摇摆影响着浮标维护人员的登标维修和维护作业。海洋观测浮标搭载了众多的探测仪器，这些仪器服役在高湿度、高盐度的海洋环境中，并遭受着大风和波浪的作用，其老化和损坏的概率较陆地上高的多，需要更短周期的设备维护和维修作业。因此，风浪中浮标摇摆角度的合理控制是浮标设计的重要指标。浮标属于单点系泊体，通常是通过锚链固定在海底的。由于海况情况复杂，难以预测，波浪的冲击使浮标随时都处于摇动状态，一旦海浪过大，可能会有倾覆的趋势。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种具有自动扶正效果，浮标自清洁程度较高且具备自动浮力调节功能，适用于复杂海洋环境的基于海洋环境监测的浮标装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：基于海洋环境监测的浮标装置，包括浮体，浮体四周通过摆臂连接有减摇机构，浮体下部具有一套管，套管与浮体连接端封口处理，另一端开口设置，套管内安装有一水质检测仪，浮体与套管之间穿接一水管，水管进水口位于浮体侧壁，出水口位于套管内/底部。

本发明的在浮体四周设置减摇机构来吸收波浪对浮体作用能量，提高浮体在水中稳定性，浮标在摇晃后通过减摇机构可自动扶正，并且减摇装置在波浪中摇晃可驱赶浮标装置附近水生物，套管的设置可对水质检测仪在水中起到保护作用，水管的设置对浮体附近水流具有改变其作用力的效果使其沿水管方向向下流动，产生向下水流驱动力增强浮体和套管的重心提高浮体在水中的稳定性，水管在浮体与套管之间呈弧状布设有利于水体在水管中流动过程中略微保持点旋转，紧贴管壁提高出水口的水力，使管内水体能量消散使其与水管出口端的水体温度接近保证水质检测数据精准并在套管底部产生向上推力，对浮标装置上下浮动起到缓冲作用。

作为优选，浮体具有一控制器和一蓄电池，浮体上表面具有一信号收发器和一风向仪。通过控制器控制水中检测仪、信号收发器、风向仪，将定点监测数据反馈陆地控制台，蓄电池为浮标上各部件提供运行电力。

作为优选，浮体侧面固接有支架，用于与摆臂所连接，支架与摆臂之间摆动角度为0°~60°，支架与摆臂之间设置成可摆动的方式，提高浮体与减摇机构在水中的灵活性，使其适应于各种复杂海洋环境，特别是大风浪天气。

作为优选，减摇机构包括一柱桩且上下贯通的减摇管，减摇管侧面开设一竖直贯通的槽体，

减摇管内底部固接浮柱，减摇管内上部活动连接升降柱，升降柱升起时与浮柱之间存在间隙，降落时与浮柱顶部接触，

升降柱端部固接连接体，连接体表面具有与摆臂连接的浮球。

本发明在槽体的开设用于部分作用于减摇管的水体流入管内起到消浪的作用效果，同时减轻浮体晃动，浮球对升降柱具有使其向上的作用力，在水体进入减摇管内后由于波浪作用使升降柱产生上下升降运动对减摇管内的水体产生动态压缩使水体从较小的槽体流出，压缩力促使水分子之间产生非完全弹性碰撞，形成声波对浮标装置附近水生物进行驱赶，通常产生的声波频率在1-100赫兹之间，对水母的驱赶效果最优，并且水体在减摇管内受压缩过程中减摇机构整体的浮力也相应进行调节。

作为优选，减摇管侧面均布同轴圆盘状配重板，配重板表面均设流通孔。配重盘用于调节减摇机构的整体浮力使减摇管半漂浮于水面或浮球漂浮于水面上，根据实际情况选择配重盘数量，而配重盘上的流通孔用于减小配重盘在上下浮动过程中的相应阻力。

作为优选，套管表面均设微孔，孔径为0.1-1mm，通过在套管表面设置微孔避免套管内水体水质检测数据有误，并通过微孔来防止较大的水草穿过微孔缠绕水质检测仪。

作为优选，浮体上端盖接有透明盖板，盖板下方的浮体内设荧光板，用于夜间显示浮体在水中的位置，透明盖板对荧光板具有防护作用。

作为优选，套管内的水管为直管或螺旋管，都可使套管内/底部存在向上推力，其中套管内的水管为螺旋管时形成螺旋水流对套管内壁具有清洁作用。

作为优选，摆臂上通过连接绳连接有浮子。用于提高摆臂和浮球的浮力，并进一步增强浮标装置在海面的可识别度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的在浮体、四周设置减摇机构来吸收波浪对浮体作用能量，提高浮体在水中稳定性，浮标在摇晃后通过减摇机构可自动扶正，并且减摇装置在波浪中摇晃可驱赶浮标装置附近水生物，浮标装置整体在水中的稳定性高，具备自动扶正的效果，适用于复杂海洋环境的监测使用。

本发明通过提供上述基于海洋环境监测的浮标装置的技术方案，弥补了现有技术的不足，设计合理，使用方便。

附图说明书

图1为本发明的基于海洋环境监测的浮标装置的示意图；

图2为本发明的浮标与套管的内部示意图；

图3为本发明的减摇机构结构示意图；

图4为本发明基于海洋环境监测的浮标装置在风浪过程中倾斜后的示意图；

图5为本发明实施例2提供的另一技术方案示意图。

附图标记说明：10、浮体；11、透明盖；12、支架；13、摆臂；14、荧光板；20、减摇机构；21、浮球；22、连接体；23、升降柱；24、减摇管；25、槽体；26、浮柱；27、流通孔；28、配重板；30、套管；40、水管；50、控制器；51、蓄电池；52、信号收发器；53、风向仪；54、水质检测仪；60、绳体；61、链条；62、重块；70、浮环；80、浮子。

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1-4所示，基于海洋环境监测的浮标装置，包括浮体10，浮体10四周通过摆臂连接有减摇机构20，浮体10下部具有一套管30，套管30与浮体10连接端封口处理，另一端开口设置，套管30内安装有一水质检测仪54，浮体10与套管30之间穿接一水管40，水管40进水口位于浮体10侧壁，出水口位于套管30底部。

本发明的在浮体10四周设置减摇机构20来吸收波浪对浮体10作用能量，提高浮体10在水中稳定性，浮标在摇晃后通过减摇机构20可自动扶正，并且减摇装置20在波浪中摇晃可驱赶浮标装置附近水生物，套管30的设置可对水质检测仪54在水中起到保护作用，水管40的设置对浮体10附近水流具有改变其作用力的效果使其沿水管40方向向下流动，产生向下水流驱动力增强浮体10和套管30的重心提高浮体10在水中的稳定性，水管40在浮体10与套管30之间呈弧状布设有利于水体在水管40中流动过程中略微保持点旋转，紧贴管壁提高出水口的水力，使管内水体能量消散使其与水管40出口端的水体温度接近保证水质检测数据精准并在套管30底部产生向上推力，对浮标装置上下浮动起到缓冲作用。

浮体10具有一控制器50和一蓄电池51，浮体10上表面具有一信号收发器52和一风向仪53。通过控制器50控制水中检测仪54、信号收发器52、风向仪53，将定点监测数据反馈陆地控制台，蓄电池51为浮标10上各部件提供运行电力。

浮体10侧面固接有支架12，用于与摆臂13所连接，支架12与摆臂13之间摆动角度为0°~60°，支架12与摆臂13之间设置成可摆动的方式，提高浮体10与减摇机构20在水中的灵活性，使其适应于各种复杂海洋环境，特别是大风浪天气。

减摇机构20包括一柱桩且上下贯通的减摇管24，减摇管24侧面开设一竖直贯通的槽体25，

减摇管24内底部固接浮柱26，减摇管24内上部活动连接升降柱23，升降柱23升起时与浮柱26之间存在间隙，降落时与浮柱26顶部接触，

升降柱23端部固接连接体22，连接体22表面具有与摆臂13连接的浮球21。

本发明在槽体25的开设用于部分作用于减摇管24的水体流入管内起到消浪的作用效果，同时减轻浮体10晃动，浮球21对升降柱23具有使其向上的作用力，在水体进入减摇管24内后由于波浪作用使升降柱23产生上下升降运动对减摇管24内的水体产生动态压缩使水体从较小的槽体25流出，压缩力促使水分子之间产生非完全弹性碰撞，形成声波对浮标装置附近水生物进行驱赶，通常产生的声波频率在1-100赫兹之间，对水母的驱赶效果最优，并且水体在减摇管24内受压缩过程中减摇机构20整体的浮力也相应进行调节。

减摇管24侧面均布同轴圆盘状配重板28，配重板28表面均设流通孔27。配重盘28用于调节减摇机构20的整体浮力使减摇管24半漂浮于水面或浮球21漂浮于水面上，根据实际情况选择配重盘28数量，而配重盘28上的流通孔27用于减小配重盘28在上下浮动过程中的相应阻力。

套管30表面均设微孔，孔径为0.1-1mm，优选为1mm，通过在套管30表面设置微孔避免套管30内水体水质检测数据有误，并通过微孔来防止较大的水草穿过微孔缠绕水质检测仪54。

浮体10上端盖接有透明盖板11，盖板11下方的浮体1内设荧光板14，用于夜间显示浮体10在水中的位置，透明盖板11对荧光板14具有防护作用。

套管30内的水管40为直管或螺旋管，都可使套管30内/底部存在向上推力，其中套管30内的水管40为螺旋管时形成螺旋水流对套管30内壁具有清洁作用。

摆臂13上通过连接绳连接有浮子80。用于提高摆臂13和浮球21的浮力，并进一步增强浮标装置在海面的可识别度。

本发明的浮柱26、浮球21、浮子80均为泡沫材质，成本低廉，其具体制备方法如下：

1）将一定重量份的玉米秸秆粉放入具有搅拌、冷凝回流和温度计的三口烧瓶中，然后加入聚乙二醇与甘油混合液和浓硫酸，混合3min，混合均匀后，将三口烧瓶放入恒温油浴中进行液化反应，温度升高到60-200℃，时间为10-14min，反应完毕将三口烧瓶放入冷水中以终止反应，得液化产物。

2）采用室温一步法发泡工艺，具体过程如下:用 NaOH 中和液化产物至 pH 为 7，然后将液化产物置于真空干燥箱( 真空度 0．08MPa，温度 90℃ ) 干燥 72h，将干燥后的一定量的液化产物放入反应容器中，加入规定量的水、茉莉酮酸甲酯、聚乙二醇和浓硫酸，在2000r/min高速搅拌下进行混合30s，倒入模具中，在室温下静止发泡，待反应完毕后在70℃温度下熟化30min，得泡沫体：浮柱26或浮球21或浮子80。制备过程中的玉米秸秆粉为80目，本发明采用一步法制备植物型聚氨酯泡沫，也就是将玉米秸秆的液化产物、异氰酸酯和催化剂一次性混合，同时发生聚氨酯链增长、发泡、交联等反应，制备过程中利用茉莉酮酸甲酯的加入来阻止—NCO基团与分子链上中部羟基发生反应，以降低分子链中部交联的程度，具体的茉莉酮酸甲酯的加入可使分子链中部羟基发生反应的可能性降低，使交联度降低，因此最终所获得的泡沫具有优异回弹性和的减振功能，且振动频率越大减振效果越好，该泡沫的回弹性为98.56%。

上述泡沫制备所采用的材料和重量份如下：玉米秸秆粉33份、聚乙二醇14份、甘油17份、浓硫酸10份、NaOH 10份、水45份、茉莉酮酸甲酯3份。

实施例2：

本实施例提供另一种基于海洋环境监测的浮标装置技术方案，该技术方案在实施例1的基础上进一步增加如下技术方案：

如图5所示，套管30外部通过连接杆连接有一浮环70，浮环70外侧面具有弧形状槽口且均布。浮环70的设置一则可提高浮标装置在水中的浮力并对应调节机构20来提高波浪冲击后的浮标装置的自动扶正速度，二则浮环70侧方的弧形槽口可在浮标装置上下浮动过程中起到引导水流的作用以实现引导的水流对浮体10以及套管30外表面进行冲洗去除污垢和粘附的水生物。

套管30底端通过绳体60连接一垂直放置的链条61，链条上连接一重块62，用于实现增强浮标装置的重心，实现定点投放浮标装置对定点海域进行环境监测。

实施例3：

本发明的基于海洋环境监测的浮标装置实际使用时：在浮体10四周布设4个减摇机构20，夹角为90°，浮体10与减摇机构20之间通过摆臂13连接，该摆臂13优选为刚性件，例如本实施例采用的钢管，在浮体10与减摇机构20装配完成后将其通过船体运输至指定海域，定点投放，通过控制器50控制水中检测仪54、信号收发器52、风向仪53，将定点监测数据反馈陆地控制台，蓄电池51为浮标10上各部件提供运行电力。

支架12与摆臂13之间摆动角度包括但不限于0°或1°或2°或3°或4°或5°……57°或58°或59°或60°；套管30表面微孔孔径包括但不限于0.1mm或0.2mm或0.3mm或0.4mm或0.5mm或0.6mm或0.7mm或0.8mm或0.9mm或1mm；

本发明中所采用的水质检测仪54，例如采用市场够买的良表牌，型号为AD-82B的水质检测仪进行水质检测，当然不应仅限于此品牌的水质检测仪，荧光板14选用表面涂覆有荧光粉的板体，至于蓄电池、控制器、信号收发器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 (9)

1.基于海洋环境监测的浮标装置，包括浮体（10），所述浮体（10）四周通过摆臂（13）连接有减摇机构（20），所述浮体（10）下部具有一套管（30），所述套管（30）与浮体（10）连接端封口处理，另一端开口设置，所述套管（30）内安装有一水质检测仪（54），其特征在于：所述浮体（10）与套管（30）之间穿接一水管（40），水管（40）进水口位于浮体（10）侧壁，出水口位于套管（30）内/底部。

2.根据权利要求1所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述浮体（10）具有一控制器（50）和一蓄电池（51），所述浮体（10）上表面具有一信号收发器（52）和一风向仪（53）。

3.根据权利要求1所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述浮体（10）侧面固接有支架（12），用于与摆臂（13）所连接，支架（12）与摆臂（13）之间摆动角度为0°~60°。

4.根据权利要求1所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：

所述减摇机构（20）包括一柱桩且上下贯通的减摇管（24），所述减摇管（24）侧面开设一竖直贯通的槽体（25），

所述减摇管（24）内底部固接浮柱（26），所述减摇管（24）内上部活动连接升降柱（23），所述升降柱（23）升起时与浮柱（26）之间存在间隙，降落时与浮柱（26）顶部接触，

所述升降柱（23）端部固接连接体（22），所述连接体（22）表面具有与摆臂（13）连接的浮球（21）。

5.根据权利要求4所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述减摇管（24）侧面均布同轴圆盘状配重板（28），所述配重板（28）表面均设流通孔（27）。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述套管（30）表面均设微孔，孔径为0.1-1mm。

7.根据权利要求1-5任一权利要求所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述浮体（10）上端盖接有透明盖板（11），所述盖板（11）下方的浮体（1）内设荧光板（14）。

8.根据权利要求1-5任一权利要求所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述套管（30）内的水管（40）为直管或螺旋管。

9.根据权利要求1-5任一权利要求所述的基于海洋环境监测的浮标装置，其特征在于：所述摆臂（13）上通过连接绳连接有浮子（80）。