CN110285795A - 一种船载自动式海气通量观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船载自动式海气通量观测系统，包括船体，船体上端一侧固定连接有主支柱，主支柱上一侧分别连接有一号矢量电子海图和二号矢量电子海图，主支柱顶端一侧连接有悬臂，本发明的有益效果：本发明一种船载自动式海气通量观测系统，充分考虑了海气通量观测中综合因素的要求，通过简单的安装设置以及和若干传感器的相互配合，可以观测出太阳净辐射、三维风向风速、空气温度、相对湿度、声学、等多个气象要素，该系统可为科研人员提供准确的科研数据，同时设置了悬臂移动收缩机构，可在外控开关的作用下控制悬臂的自动收缩，悬臂伸出后由可拆卸活动卡套将所对应观测设备活动连接在悬臂上，方便了观测设备的安装拆卸。

Description

一种船载自动式海气通量观测系统

技术领域

本发明属于海洋检测设备技术领域，特别涉及一种船载自动式海气通量观测系统。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，要认识海洋、开发和利用海洋就要进行海洋调查。高新技术的海洋装备是海洋调查的重要保障。为发现海洋新现象、验证海洋新理论和满足海洋科学发展需求，在研究海域获取稳定、可靠的多要素海洋科学数据至关重要。海气通量观测系统是海洋调查通用设备，是海洋科考能力建设的重要组成部分，也是物理海洋学家进行海洋调查和研究海洋现象所必备的设备。海气通量观测系统可获取海面和大气热通量、动量通量的详细数据资料，可改善数值模式边界层参数化方案，提高海洋大气耦合数值模式预报能力，为科学研究的战略发展提供有力保障，目前的海气通量观测系统集成度低、兼容性差、抗扰动性弱，观测所产生的数据容易出现较大的波动，影响最后数据结果。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种船载自动式海气通量观测系统，解决了目前现有的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

所述船体上方一种船载自动式海气通量观测系统，包括船体，所述船体上方一侧设有海量观测系统，所述海量观测系统一侧设有主支柱，所述主支柱与船体相连接，所述主支柱上一侧分别连接有一号矢量电子海图和二号矢量电子海图，所述主支柱顶端一侧通过悬臂移动收缩机构连接有悬臂，所述悬臂一端连接有可移动支柱，所述可移动支柱机构远离于主支柱的一侧且在悬臂上连接有风向风速传感器连接杆，所述风向风速传感器连接杆一侧连接有红外温度探头，所述红外温度探头上方且在风向风速传感器连接杆顶端连接有风向风速传感器，所述风向风速传感器连接杆远离于可移动支柱的一侧且在悬臂上连接GPS定位仪，所述GPS定位仪上端一侧连接有湿度传感器，所述GPS定位仪远离于风向风速传感器连接杆的一侧且在悬臂上连接有罗经，所述罗经垂直于悬臂的一端连接有开路式气体分析仪，所述悬臂远离于主支柱的一端连接有四分量净辐射传感器。

作为优选，所述悬臂移动收缩机构由伺服电机、焊接板、固定框、滚珠、固定齿条、转动轴和齿轮盘构成，所述悬臂上套设有固定框，所述固定框下端与主支柱固定连接，所述固定框内壁上均匀连接有若干滚珠，所述固定框通过滚珠与悬臂相连接，所述固定框开口一端固定连接有焊接板，所述焊接板远离于滚珠的一侧面通过螺栓与伺服电机相连接，所述伺服电机下方的输出端连接有转动轴，所述转动轴下方连接有齿轮盘，所述伺服电机通过转动轴与齿轮盘相连接，所述悬臂靠近齿轮盘的一端连接有固定齿条，所述固定齿条与齿轮盘相连接。

作为优选，所述开路式气体分析仪由支架、上气体检测舱、上支撑臂、三维超声风速发射探头、下气体检测舱、下支撑臂和三维超声风速接收探头构成，所述支架通过横杆与悬臂相连接，所述支架上端连接有上气体检测舱，所述上气体检测舱下端均匀连接有若干上支撑臂，所述上支撑臂远离于上气体检测舱的一端连接有三维超声风速发射探头，所述支架远离于上气体检测舱的一端连接有下气体检测舱，所述下气体检测舱上端均匀连接有若干下支撑臂，所述下支撑臂远离于下气体检测舱的一端连接有三维超声风速接收探头。

作为优选，所述四分量净辐射传感器由一号CM3短波辐射传感器、二号CM3短波辐射传感器、一号CG3长波辐射传感器和二号CG3长波辐射传感器构成，所述悬臂远离于主支柱的一端连接有传感器连接腔体，所述传感器连接腔体上端面分别连接有一号CM3短波辐射传感器和一号CG3长波辐射传感器，所述腔体下端面且与一号CM3短波辐射传感器和一号CG3长波辐射传感器分别对应连接有二号CM3短波辐射传感器和二号CG3长波辐射传感器。

作为优选，所述三维超声风速发射探头和三维超声风速接收探头数量均一致。

作为优选，所述移动支柱、风向风速传感器连接杆、GPS定位仪、罗经和四分量净辐射传感器均通过可拆卸活动卡套与悬臂活动连接。

作为优选，所述主支柱和悬臂均相互垂直设置。

本发明的有益效果：本发明一种船载自动式海气通量观测系统，充分考虑了海气通量观测中综合因素的要求，通过简单的安装设置以及和若干传感器的相互配合，可以观测出太阳净辐射、三维风向风速、空气温度、相对湿度、声学、等多个气象要素，该系统可为科研人员提供准确的科研数据，为科学研究提供高质量的数据保障，同时设置了悬臂移动收缩机构，可在外控开关的作用下控制悬臂的自动收缩，悬臂伸出后由可拆卸活动卡套将所对应观测设备活动连接在悬臂上，方便了观测设备的安装拆卸。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的观测系统机构结构示意图；

图3是本发明的四分量净辐射传感器结构示意图；

图4是本发明的开路式气体分析仪结构示意图；

图5是本发明的可移动支柱机构的结构示意图。

图中：1、船体；2、主支柱；3、一号矢量电子海图；4、二号矢量电子海图；5、悬臂；6、悬臂移动收缩机构；61、伺服电机；62、焊接板；63、固定框；64、滚珠；65、固定齿条；66、转动轴；67、齿轮盘；7、四分量净辐射传感器；71、一号CM3短波辐射传感器；72、二号CM3短波辐射传感器；73、一号CG3长波辐射传感器；74、二号CG3长波辐射传感器；8、开路式气体分析仪；81、支架；82、上气体检测舱；83、上支撑臂；84、三维超声风速发射探头；85、下气体检测舱；86、下支撑臂；87、三维超声风速接收探头；9、罗经；10、可拆卸活动卡套；11、移动支柱；12、风向风速传感器连接杆；13、红外温度探头；14、风向风速传感器；15、GPS定位仪；16、湿度传感器；17、海量观测系统。

具体实施方式：

如图1-5所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种船载自动式海气通量观测系统，包括船体1，所述船体1上方一侧设有海量观测系统17，所述海量观测系统17一侧设有主支柱2，所述主支柱2与船体1相连接，所述主支柱2上一侧分别连接有一号矢量电子海图3和二号矢量电子海图4，所述主支柱2顶端一侧通过悬臂移动收缩机构6连接有悬臂5，所述悬臂5一端连接有可移动支柱11，所述可移动支柱机构11远离于主支柱2的一侧且在悬臂5上连接有风向风速传感器连接杆12，所述风向风速传感器连接杆12一侧连接有红外温度探头13，所述红外温度探头13上方且在风向风速传感器连接杆12顶端连接有风向风速传感器14，所述风向风速传感器连接杆12远离于可移动支柱11的一侧且在悬臂5上连接GPS定位仪15，所述GPS定位仪15上端一侧连接有湿度传感器16，所述GPS定位仪15远离于风向风速传感器连接杆12的一侧且在悬臂5上连接有罗经9，罗经9用于测量观测系统的横摇、纵倾、沉浮以及三个方向上的加速度信息，为其余传感器的数据校正提供准确的姿态数据，所述罗经9垂直于悬臂5的一端连接有开路式气体分析仪8，所述悬臂5远离于主支柱2的一端连接有四分量净辐射传感器7。

其中，所述悬臂移动收缩机构6由伺服电机61、焊接板62、固定框63、滚珠64、固定齿条65、转动轴66和齿轮盘67构成，所述悬臂5上套设有固定框63，所述固定框63下端与主支柱2固定连接，所述固定框63内壁上均匀连接有若干滚珠64，所述固定框63通过滚珠64与悬臂5相连接，所述固定框63开口一端固定连接有焊接板62，所述焊接板62远离于滚珠64的一侧面通过螺栓与伺服电机61相连接，所述伺服电机61下方的输出端连接有转动轴66，所述转动轴66下方连接有齿轮盘67，所述伺服电机61通过转动轴66与齿轮盘67相连接，所述悬臂5靠近齿轮盘67的一端连接有固定齿条65，所述固定齿条65与齿轮盘67相连接。

其中，所述开路式气体分析仪8由支架81、上气体检测舱82、上支撑臂83、三维超声风速发射探头84、下气体检测舱85、下支撑臂86和三维超声风速接收探头87构成，所述支架81通过横杆与悬臂5相连接，所述支架81上端连接有上气体检测舱82，所述上气体检测舱82下端均匀连接有若干上支撑臂83，所述上支撑臂83远离于上气体检测舱82的一端连接有三维超声风速发射探头84，所述支架81远离于上气体检测舱82的一端连接有下气体检测舱85，所述下气体检测舱85上端均匀连接有若干下支撑臂86，所述下支撑臂86远离于下气体检测舱85的一端连接有三维超声风速接收探头87，开路式气体分析仪8型号为EC150，且开路式气体分析仪8且带上可选的CSAT3A三维超声风速探头，开路式气体分析仪8还可以测量三维风速和声学空气温度。

其中，所述四分量净辐射传感器7由一号CM3短波辐射传感器71、二号CM3短波辐射传感器72、一号CG3长波辐射传感器73和二号CG3长波辐射传感器74构成，所述悬臂5远离于主支柱2的一端连接有传感器连接腔体，所述传感器连接腔体上端面分别连接有一号CM3短波辐射传感器71和一号CG3长波辐射传感器73，所述腔体下端面且与一号CM3短波辐射传感器71和一号CG3长波辐射传感器73分别对应连接有二号CM3短波辐射传感器72和二号CG3长波辐射传感器74，分别测量向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射，四个传感器探头的灵敏度系数相同，除此之外，四分量净辐射传感器7还包含一个DINA级Pt-100温度传感器，用来测量四分量净辐射表的腔体温度，防止传感器表面结露，其次在该四分量净辐射传感器7腔体的内部还安装了一个加热器。

其中，所述三维超声风速发射探头84和三维超声风速接收探头87数量均一致，增加三维超声风速发射探头84的信号发射以及三维超声风速接收探头87的信号接收匹配效果，提高反馈的信号强度。

其中，所述移动支柱11、风向风速传感器连接杆12、GPS定位仪15、罗经9和四分量净辐射传感器7均通过可拆卸活动卡套10与悬臂5活动连接。

其中，所述主支柱2和悬臂5均相互垂直设置。

具体的：本发明在使用的时候，根据一号矢量电子海图3和二号矢量电子海图4进行航船的路线行驶，外控开关启动伺服电机61，伺服电机64带动齿轮盘67转动，齿轮盘67带动活动齿条65移动，因此可控制悬臂5的自动收缩和伸出，悬臂5伸出后由可拆卸活动卡套10将所对应观测设备活动连接在悬臂5上，方便了观测设备的安装拆卸，GPS定位仪15用于给整套观测系统提供实时的经纬度信息，罗经9用于测量观测系统的横摇、纵倾、沉浮以及三个方向上的加速度信息，为其余传感器的数据校正提供准确的姿态数据，移动支柱68可在悬臂5上移动，四分量净辐射传感器7分别测量向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射，四分量净辐射传感器7还包含一个DINA级Pt-100温度传感器，用来测量四分量净辐射表的腔体温度，防止传感器表面结露，其次在该四分量净辐射传感器7腔体的内部还安装了一个加热器，用来化霜，开路式气体分析仪8的支撑臂上带有若干CSAT3A三维超声风速探头，因此可以测量三维风速和声学空气温度，结合红外温度探头13和湿度传感器16，可以观测出空气温度以及相对湿度，因此该系统可为科研人员提供准确的科研数据，为科学研究提供高质量的数据保障。

本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种船载自动式海气通量观测系统，包括船体（1），其特征在于:所述船体（1）上方一侧设有海量观测系统（17），所述海量观测系统（17）一侧设有主支柱（2），所述主支柱（2）与船体（1）相连接，所述主支柱（2）上一侧分别连接有一号矢量电子海图（3）和二号矢量电子海图（4），所述主支柱（2）顶端一侧通过悬臂移动收缩机构（6）连接有悬臂（5），所述悬臂（5）一端连接有可移动支柱（11），所述可移动支柱机构（11）远离于主支柱（2）的一侧且在悬臂（5）上连接有风向风速传感器连接杆（12），所述风向风速传感器连接杆（12）一侧连接有红外温度探头（13），所述红外温度探头（13）上方且在风向风速传感器连接杆（12）顶端连接有风向风速传感器（14），所述风向风速传感器连接杆（12）远离于可移动支柱（11）的一侧且在悬臂（5）上连接GPS定位仪（15），所述GPS定位仪（15）上端一侧连接有湿度传感器（16），所述GPS定位仪（15）远离于风向风速传感器连接杆（12）的一侧且在悬臂（5）上连接有罗经（9），所述罗经（9）垂直于悬臂（5）的一端连接有开路式气体分析仪（8），所述悬臂（5）远离于主支柱（2）的一端连接有四分量净辐射传感器（7）。

2.根据权利要求1所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述悬臂移动收缩机构（6）由伺服电机（61）、焊接板（62）、固定框（63）、滚珠（64）、固定齿条（65）、转动轴（66）和齿轮盘（67）构成，所述悬臂（5）上套设有固定框（63），所述固定框（63）下端与主支柱（2）固定连接，所述固定框（63）内壁上均匀连接有若干滚珠（64），所述固定框（63）通过滚珠（64）与悬臂（5）相连接，所述固定框（63）开口一端固定连接有焊接板（62），所述焊接板（62）远离于滚珠（64）的一侧面通过螺栓与伺服电机（61）相连接，所述伺服电机（61）下方的输出端连接有转动轴（66），所述转动轴（66）下方连接有齿轮盘（67），所述伺服电机（61）通过转动轴（66）与齿轮盘（67）相连接，所述悬臂（5）靠近齿轮盘（67）的一端连接有固定齿条（65），所述固定齿条（65）与齿轮盘（67）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述开路式气体分析仪（8）由支架（81）、上气体检测舱（82）、上支撑臂（83）、三维超声风速发射探头（84）、下气体检测舱（85）、下支撑臂（86）和三维超声风速接收探头（87）构成，所述支架（81）通过横杆与悬臂（5）相连接，所述支架（81）上端连接有上气体检测舱（82），所述上气体检测舱（82）下端均匀连接有若干上支撑臂（83），所述上支撑臂（83）远离于上气体检测舱（82）的一端连接有三维超声风速发射探头（84），所述支架（81）远离于上气体检测舱（82）的一端连接有下气体检测舱（85），所述下气体检测舱（85）上端均匀连接有若干下支撑臂（86），所述下支撑臂（86）远离于下气体检测舱（85）的一端连接有三维超声风速接收探头（87）。

4.根据权利要求1所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述四分量净辐射传感器（7）由一号CM3短波辐射传感器（71）、二号CM3短波辐射传感器（72）、一号CG3长波辐射传感器（73）和二号CG3长波辐射传感器（74）构成，所述悬臂（5）远离于主支柱（2）的一端连接有传感器连接腔体，所述传感器连接腔体上端面分别连接有一号CM3短波辐射传感器（71）和一号CG3长波辐射传感器（73），所述腔体下端面且与一号CM3短波辐射传感器（71）和一号CG3长波辐射传感器（73）分别对应连接有二号CM3短波辐射传感器（72）和二号CG3长波辐射传感器（74）。

5.根据权利要求3所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述三维超声风速发射探头（84）和三维超声风速接收探头（87）数量均一致。

6.根据权利要求2所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述移动支柱（11）、风向风速传感器连接杆（12）、GPS定位仪（15）、罗经（9）和四分量净辐射传感器（7）均通过可拆卸活动卡套（10）与悬臂（5）活动连接。

7.根据权利要求1所述的一种船载自动式海气通量观测系统，其特征在于：所述主支柱（2）和悬臂（5）均相互垂直设置。