CN109987205B - 一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海洋湍流观测仪，包括湍流观测传感器、数字化采集舱、软连接机械减振装置、保护机构和主控制舱；所述保护机构包括导流筒罩，导流筒罩的内侧与传动圆盘固定连接，推杆电机通过滚珠丝杠带动传动圆盘及导流筒罩前后移动；所述湍流观测传感器位于导流筒罩的前端中心处，导流筒罩的尾端套在主控制舱的外侧，在推杆电机的带动下，导流筒罩能够相对于湍流观测传感器前后伸缩；数字化采集舱通过软连接机械减振装置与安装支架进行连接。本发明可实现导流筒罩的伸展或收缩控制，可在布放回收过程中保护湍流观测传感器免受恶劣海况或者晃动磕碰原因的破坏；本发明还能够有效的将水下观测平台传递过来的振动消除，确保湍流观测的数据质量。

Description

一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器

技术领域

本发明涉及海洋观测领域，具体地说是涉及一种水下观测平台，更为具体地说是涉及一种连接在水下观测平台上的带有减振及保护结构的海洋观测仪器。

背景技术

目前，水下观测平台主要包括基于锚定式水下观测平台、剖面水下观测平台和水下移动观测平台，其机械结构均采用刚性连接。在工作过程中，受外部海洋环境、自身机械结构影响时，会产生不同程度的振动。这些振动不仅会影响水下观测平台自身的工作性能，而且当水下观测平台的机械振动传递至携带的观测传感器时，会严重影响观测数据的准确性。例如，基于水下移动平台进行湍流观测时，水下移动平台的动力推进系统会产生机械振动，当振动作用在湍流观测传感器时，将会降低其测量精度，影响湍动能耗散率的观测范围。

现有的减振方法，在机械方面，多以填充橡胶材质进行振动的隔离，橡胶材质多制作成不同形状的结构，放置在振动源与被保护装置之间。在数据处理方面，尤其是针对水下观测平台携带的传感器观测数据的噪声去除，多通过数据分析算法，例如交叉谱的运动补偿校正算法、卡尔曼滤波算法等进行振动噪声的去除。

现有的填充橡胶材质进行振动隔离的方法，其橡胶材质在被压缩和长时间应用后弹力恢复性差，减振效率低。数据处理算法能消除特定频域内的振动信号，不能全部消除且效果差，而且振动消除算法处在研究过程的最后环节，容易导致整体观测任务的失败。

另外，现有湍流观测仪上的湍流观测传感器无论是否处于工作状态，均裸露在外，容易受到恶劣海况或者晃动磕碰等的影响，影响湍流观测传感器的测量精度，甚至造成损坏。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，包括湍流观测传感器、数字化采集舱、软连接机械减振装置、保护机构和主控制舱；

所述保护机构包括导流筒罩，导流筒罩的内侧与传动圆盘固定连接，传动圆盘安装在安装支架上，所述安装支架包括一底部圆盘和若干根不锈钢杆，所有不锈钢杆的一端部均焊接在底部圆盘上，且沿底部圆盘的周圈间隔分布，底部圆盘通过螺纹连接方式固定在主控制舱的前端盖；

在底部圆盘上还安装有推杆电机，推杆电机的转动轴与滚珠丝杠的一端传动连接，在传动圆盘上设置有与滚珠丝杠相配合的螺纹孔，滚珠丝杠的另一端从螺纹孔中穿出，推杆电机通过滚珠丝杠带动传动圆盘及导流筒罩前后移动；在传动圆盘上的对应位置处还开设有与不锈钢杆相配合的导向孔，所述不锈钢杆的另一端从导向孔中穿出；

所述湍流观测传感器安装在数字化采集舱的前端盖，数字化采集舱通过软连接机械减振装置与安装支架进行连接；

所述软连接机械减振装置包括前固定环、后固定环、吊环以及拉伸弹簧，前固定环套设在数字化采集舱的前端，后固定环套设在数字化采集舱的后端，吊环位于前固定环和后固定环之间，且吊环的直径大于前固定环、后固定环的直径，数字化采集舱位于吊环的中心，所述拉伸弹簧连接在前固定环和吊环之间，以及后固定环和吊环之间；

所述吊环的周圈间隔设置有穿孔，不锈钢杆的末端从穿孔中穿出，在不锈钢杆的末端设置有螺纹，并配置有紧固螺母，不锈钢杆穿过吊环后通过紧固螺母固定；

所述湍流观测传感器位于导流筒罩的前端中心处，导流筒罩的尾端套在主控制舱的外侧，在推杆电机的带动下，导流筒罩能够相对于湍流观测传感器前后伸缩。

优选的，该海洋观测仪器安装在水下移动平台运行方向的艏部，且相对于移动平台向前伸出。

优选的，保护状态时，导流筒罩将湍流观测传感器完全包裹；工作状态时，导流筒罩滑动至与数字采集舱前端盖齐平位置。

优选的，所述主控制舱结构为圆筒形，主控制舱的外部通过高分子阻尼耦合环与水下移动平台进行连接；所述主控制舱的端部设置有水密插接件。

优选的，所述软连接机械减振装置整体关于吊环呈镜像分布，拉伸弹簧的两端周向均匀分布在前固定环与吊环之间，以及后固定环与吊环之间，形成斜拉的软连接结构。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明海洋观测仪器采用了一种基于拉伸弹簧的软连接机械减振装置，该装置能够有效的将水下观测平台传递过来的振动消除，确保湍流观测的数据质量。本发明采用的软连接机械减振装置可通过优化连接位置、拉伸弹簧的弹簧刚度系数以及空间结构布局，从根源处、高效率的消除水下观测平台振动对湍流观测传感器的影响，提升了水下观测平台自身工作性能和观测数据的准确性。该软连接机械减振装置使用范围广泛，应用灵活，可根据不同空间结构，实现最优的减振策略。

(2)本发明还采用了对湍流观测传感器进行保护的保护机构，该机构可完全自主的实现导流筒罩的伸展或收缩控制，可在布放回收过程中保护湍流观测传感器免受恶劣海况或者晃动磕碰原因的破坏，进一步提高了湍流观测传感器的测量精度及稳定性。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构原理示意图，图中示出湍流观测仪的工作状态；

图2为本发明的结构原理示意图，图中示出湍流观测仪的保护状态；

图3示出本发明中导流筒罩与传动圆盘连接部分的结构原理示意图；

图4示出本发明中安装支架的结构示意图；

图5示出本发明中传动圆盘的结构示意图；

图6示出本发明中安装支架与传动圆盘的连接示意图；

图7示出本发明中软连接机械减振装置的结构示意图；

图8为图7的侧视图；

图9为图7的前视图。

图中：1-湍流观测传感器，2-软连接机械减振装置，3-数字化采集舱，4-安装支架，5-导流筒罩，6-滚珠丝杠，7-传动圆盘，8-推杆电机，9-主控制舱，10-高分子阻尼耦合环，11-水密插接件，12-底部圆盘，13-不锈钢杆，21-前固定环，22-吊环，23-后固定环，24-拉伸弹簧，71-螺纹孔，72-导向孔。

具体实施方式

结合附图，一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，包括湍流观测传感器1、数字化采集舱3、软连接机械减振装置2、保护机构和主控制舱9。所述保护机构包括导流筒罩5，导流筒罩5的内侧与传动圆盘7固定连接，传动圆盘7安装在安装支架4上，所述安装支架包括一底部圆盘12和若干根不锈钢杆13，所有不锈钢杆13的一端部均焊接在底部圆盘12上，且沿底部圆盘12的周圈间隔分布，底部圆盘通过螺纹连接方式固定在主控制舱的前端盖。

在底部圆盘12上还安装有推杆电机8，推杆电机8的转动轴与滚珠丝杠6的一端传动连接，在传动圆盘7上设置有与滚珠丝杠相配合的螺纹孔71，滚珠丝杠的另一端从螺纹孔中穿出，推杆电机通过滚珠丝杠带动传动圆盘及导流筒罩前后移动。在传动圆盘上的对应位置处还开设有与不锈钢杆相配合的导向孔72，所述不锈钢杆的另一端从导向孔中穿出。

所述湍流观测传感器1安装在数字化采集舱3的前端盖，数字化采集舱3通过软连接机械减振装置2与安装支架4进行连接。所述软连接机械减振装置2包括前固定环21、后固定环23、吊环22以及拉伸弹簧24，前固定环套设在数字化采集舱的前端，后固定环套设在数字化采集舱的后端，吊环位于前固定环和后固定环之间，且吊环的直径大于前固定环、后固定环的直径，数字化采集舱位于吊环的中心，所述拉伸弹簧连接在前固定环和吊环之间，以及后固定环和吊环之间。所述吊环的周圈间隔设置有穿孔，不锈钢杆的末端从穿孔中穿出，在不锈钢杆的末端设置有螺纹，并配置有紧固螺母，不锈钢杆穿过吊环后通过紧固螺母固定。

所述湍流观测传感器1位于导流筒罩5的前端中心处，导流筒罩5的尾端套在主控制舱9的外侧，在推杆电机8的带动下，导流筒罩能够相对于湍流观测传感器前后伸缩。

作为对本发明的进一步设计，该海洋湍流观测仪安装在水下移动平台运行方向的艏部，且相对于移动平台向前伸出。

湍流观测传感器1处于保护状态时，导流筒罩5将湍流观测传感器1完全包裹；工作状态时，导流筒罩5滑动至与数字采集舱3前端盖齐平位置。

进一步的，所述主控制舱9设置为圆筒形，主控制舱的外部通过高分子阻尼耦合环10与水下移动平台进行连接；所述主控制舱9的端部设置有水密插接件11。

更进一步的，所述软连接机械减振装置2整体关于吊环呈镜像分布，拉伸弹簧的两端周向均匀分布在前固定环与吊环之间，以及后固定环与吊环之间，形成斜拉的软连接结构。

本发明为了克服现有方法的不足，选择在载荷作用下易产生较大弹性变形，具有缓冲及吸收振动作用的一种弹性元件，通过灵活调整弹性元件以及减振装置的空间优化布局，进而组成软连接的减振装置，实现水下观测平台不同部位最直接有效、最优化的振动消除，其结构稳定性强、减振效率高，提升了观测平台的的稳定性。

本发明还采用了对湍流观测传感器进行保护的保护机构，该机构可完全自主的实现导流筒罩的伸展或收缩控制，可在布放回收过程中保护湍流观测传感器免受恶劣海况或者晃动磕碰原因的破坏，进一步提高了湍流观测传感器的观测精度及稳定性。

下面对本发明的工作原理及过程进行简单说明：

1、关于减振

当水下观测平台振动时，水下观测平台带动海洋湍流观测仪上的安装支架4振动，进而带动软连接机械减振装置2上的吊环22振动。但是吊环22振动时，由于其与前固定环21和后固定环23之间均通过拉伸弹簧24连接，而拉伸弹簧24具有缓冲及吸收振动作用，因而可有效防止吊环22振动时继续带动前后固定环振动。也就是说，通过软连接机械减振装置2的缓冲及吸收振动作用，使得水下观测平台的振动并不能传导至数字化采集舱3和湍流观测传感器1，进而确保了水下观测平台所观测数据的准确性。另外，软连接机械减振装置2可根据减振需求，优化连接位置、拉伸弹簧刚度系数以及空间结构布局，进而从根源处、高效率的消除水下观测平台产生的振动，提升了水下观测平台自身工作性能。

2、关于防护

当不需要湍流观测传感器1进行海洋湍流测量时，即湍流观测传感器1处于不工作状态，比如说在进行布放回收时，此时可通过控制推杆电机8转动，推杆电机的传动轴带动滚珠丝杠6运动，进而推动滚珠丝杠6上连接导流筒罩5的传动圆盘7向左缓慢移动，直至导流筒罩5将湍流观测传感器1完全包裹，湍流观测传感器1处于保护状态。

当需要湍流观测传感器1工作进行湍流数据测量时，可通过控制推杆电机8反向转动，推杆电机的传动轴带动滚珠丝杠6运动，进而推动滚珠丝杠6上连接导流筒罩5的传动圆盘7向右缓慢移动，直至导流筒罩5的端部滑动至与数字化采集舱3的前端盖齐平位置，此时湍流观测传感器1相对于导流筒罩5处于裸露状态。

本发明所采用的整套保护机构可完全自主的实现导流筒罩的伸展或收缩控制，可在布放回收过程中保护湍流观测传感器免受恶劣海况或者晃动磕碰原因的破坏，进一步提高了湍流观测传感器的观测精度及稳定性。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如安装支架4、导流筒罩5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，本领域技术人员在本发明的启示下对这些术语所做的简单替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，其特征在于：包括湍流观测传感器、数字化采集舱、软连接机械减振装置、保护机构和主控制舱；

所述保护机构包括导流筒罩，导流筒罩的内侧与传动圆盘固定连接，传动圆盘安装在安装支架上，所述安装支架包括一底部圆盘和若干根不锈钢杆，所有不锈钢杆的一端部均焊接在底部圆盘上，且沿底部圆盘的周圈间隔分布，底部圆盘通过螺纹连接方式固定在主控制舱的前端盖；

在底部圆盘上还安装有推杆电机，推杆电机的转动轴与滚珠丝杠的一端传动连接，在传动圆盘上设置有与滚珠丝杠相配合的螺纹孔，滚珠丝杠的另一端从螺纹孔中穿出，推杆电机通过滚珠丝杠带动传动圆盘及导流筒罩前后移动；在传动圆盘上的对应位置处还开设有与不锈钢杆相配合的导向孔，所述不锈钢杆的另一端从导向孔中穿出；

所述湍流观测传感器安装在数字化采集舱的前端盖，数字化采集舱通过软连接机械减振装置与安装支架进行连接；

所述软连接机械减振装置包括前固定环、后固定环、吊环以及拉伸弹簧，前固定环套设在数字化采集舱的前端，后固定环套设在数字化采集舱的后端，吊环位于前固定环和后固定环之间，且吊环的直径大于前固定环、后固定环的直径，数字化采集舱位于吊环的中心，所述拉伸弹簧连接在前固定环和吊环之间，以及后固定环和吊环之间；

所述吊环的周圈间隔设置有穿孔，不锈钢杆的末端从穿孔中穿出，在不锈钢杆的末端设置有螺纹，并配置有紧固螺母，不锈钢杆穿过吊环后通过紧固螺母固定；

所述湍流观测传感器位于导流筒罩的前端中心处，导流筒罩的尾端套在主控制舱的外侧，在推杆电机的带动下，导流筒罩能够相对于湍流观测传感器前后伸缩。

2.根据权利要求1所述的一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，其特征在于：该海洋观测仪器安装在水下移动平台运行方向的艏部，且相对于移动平台向前伸出。

3.根据权利要求1所述的一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，其特征在于：保护状态时，导流筒罩将湍流观测传感器完全包裹；工作状态时，导流筒罩滑动至与数字化采集舱前端盖齐平位置。

4.根据权利要求1所述的一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，其特征在于：所述主控制舱结构为圆筒形，主控制舱的外部通过高分子阻尼耦合环与水下移动平台进行连接；所述主控制舱的端部设置有水密插接件。

5.根据权利要求1所述的一种带有减振及保护结构的海洋观测仪器，其特征在于：所述软连接机械减振装置整体关于吊环呈镜像分布，拉伸弹簧的两端周向均匀分布在前固定环与吊环之间，以及后固定环与吊环之间，形成斜拉的软连接结构。

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