CN110696967A - 一种海洋剖面自动在线监测浮标系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋生态监测的技术领域，公开了一种海洋剖面自动在线监测浮标系统。该浮标系统包括浮体、风力发电系统、仪器支架；仪器支架包括由2~4个支架构成的梭型框架，梭型框架的上端设有护板，护板与缆线上的配重块连接；梭型框架上设有抗拉力件，缆线呈S型设置固定在抗拉力件上；绞车启停装置包括绞车支架、用于收卷缆线的卷筒，卷筒下方设置有磁感应传感器，缆线上设有永久磁铁，在永久磁铁接近磁感应传感器时发出控制信号，控制绞车电机启停。本发明将缆线拉力分散于整个线段，避免出现外护套或导体受力而发生皮芯分离，乃至发生缆线拉断的情况。克服了电机带动仪器支架撞到设备上造成损坏等问题。形成风光互补的供电系统。

Description

一种海洋剖面自动在线监测浮标系统

技术领域

本发明涉及海洋生态监测的技术领域，具体地，涉及一种海洋剖面自动在线监测浮标系统。

背景技术

随着剖面测量技术的日趋成熟，配合数据采集遥测海洋浮标系统及海洋环境水资源管理监控平台软件，可以实现对海洋、入海口、近海等不同水体的水质剖面自动在线监测，有效的实时监测水体的各项变化情况，为水生态、水环境、水安全的有效管理提供可靠的分析和监控。

传统水质观测依赖于在锚系潜标或浮标上悬挂一串昂贵的仪器，成本高，投放复杂，数据一般只能几个月后方可回收下载，风险较高。近年来，水质垂直剖面自动在线监测浮标系统，由于其系统复杂，建设成本高，技术难度大，运营维护成本高等原因，造成进行大面积的布点建设存在较大的困难。

水质垂直剖面测量系统平台主要作用是，平台控制仪器在水中上下移动，进行自主水下剖面测量，可长期、连续、多层面、多要素采集海洋环境数据。可搭载多种传感器，包括CTD、海流计、多参数传感器、荧光计、浊度计和各种化学传感器。

现有的海洋剖面自动在线监测浮标系统使用仪器支架搭载仪器，通过绞车和缆线将仪器支架放入海中。仪器支架在洋流的影响下会进行旋转、摆动等，使得缆线产生较大的应力。另外，如何减小洋流的影响也是重要问题。

现有的仪器支架在海面下会随洋流摆动或旋转等，使得缆线受到较大的扭力，特别是在上升时，较大的扭力存在往往容易造成缆线断掉，造成仪器丢失等问题。

现有的海洋剖面自动在线监测浮标系统在收取缆线时，往往由于设备上存在些较大的转角，在缆线与转角接触时，形成很大的摩擦力，电机难以拉动缆线。

现有的海洋剖面自动在线监测浮标系统仅使用太阳能供电的方式，在冬天或阴雨天因为太阳光不足导致系统电力低下，甚至无法工作。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种海洋剖面自动在线监测浮标系统。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种海洋剖面自动在线监测浮标系统，包括浮体、风力发电系统、用于搭载仪器的仪器支架，所述仪器支架通过缆线与绞车启停装置连接；

所述仪器支架包括由2~4个支架构成的梭型框架，所述梭型框架的上端设有护板，所述护板与缆线上的配重块连接；所述梭型框架上设有抗拉力件，所述缆线呈S型设置固定在抗拉力件上；

所述绞车启停装置包括垂直设置的绞车支架、通过轴承设置在绞车支架上的驱动轴，所述驱动轴上设有用于收卷缆线的卷筒，所述驱动轴由绞车电机驱动；

所述卷筒下方设置有磁感应传感器，所述缆线上设有永久磁铁，在永久磁铁接近磁感应传感器时发出控制信号，控制绞车电机启停；

所述浮体设有用于安装仪器和/或收放仪器的通孔，所述通孔设有倒角。

通过设置倒角，在缆线与转角接触时，可减小摩擦力，以便于轻松拉动缆线。

通过将缆线呈S型设置在抗拉力件上，使得缆线的外护套与导体抱紧，将拉力分散于整个线段，避免出现外护套或导体受力而发生皮芯分离，乃至发生缆线拉断的情况。通过护板将缆线上的配重块夹紧，也使得仪器和其他配重块的重力分散到缆线上，避免缆线与仪器接头处发生断裂等。

通过磁感应传感器作为行程到位的发信装置，缆线上的永久磁铁作为运动部件，一旦接近磁感应传感器便可使它吸合发出信号。连接在磁感应传感器上的信号线与控制器连接，在收到磁感应器信号时，直接控制绞车电机启停。克服了现有启停控制方案带来的滞后时间（1~2秒）里，电机带动仪器支架撞到设备上造成损坏等问题。具有响应时间快，控制方案可靠等优点。

进一步地，所述抗拉力件通过U型件与梭型框架连接；所述U型件的开口端与抗拉力件连接，底部通过螺杆与梭型框架的安装板连接。

进一步地，所述抗拉力件由两块对称设有S型凹槽的板构成，形成夹紧缆线的S型通道。

进一步地，所述梭型框架上设有用于固定仪器的抱箍；所述梭型框架下部设有洋流导向板，底端设有配重块挂孔。

进一步地，所述磁感应传感器设有通孔，缆线上的永久磁铁可通过通孔。缆线通过通孔，一方面能够确保永久磁铁能够接触到磁感应传感器，另一方面增加了一道限位功能，增加缆线收放过程的稳定性。

仪器下放的深度通过压力传感器来监测。在下放或回收时，水深等不断在检测，如果水深没有变化就停止下方仪器。

然而，由于洋流的作用，仪器支架可能倾斜，或偏离垂线位置而实际没有到达相应的水深处，因此，通过倾角传感器监测仪器的倾角，以分析是否偏离位置等。

进一步地，所述通孔的倒角的大小为30°~45°，优选地，所述倒角为圆弧倒角。

进一步地，所述风力发电系统包括风叶、用于安装风叶的安装座、以及垂直轴风力发电机。风力发电系统的电并入供电系统的蓄电池中，以确保设备在电压12V以上或24V以上正常工作。

进一步地，还包括设有雷达反射器、避雷针和X标为一体的安全标识装置。通过集成，避免了设备上的空间浪费。

进一步地，还包括设置于浮体底部的支撑架，所述支撑架上连接锚链。通过支撑架能够有效防止碰撞对浮标系统造成的损害，另一方面支撑架起到配重的作用，使得浮标系统更加平稳，提高抗风浪能力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过将缆线呈S型设置在抗拉力件上，使得缆线的外护套与导体抱紧，将拉力分散于整个线段，避免出现外护套或导体受力而发生皮芯分离，乃至发生缆线拉断的情况。通过护板将缆线上的配重块夹紧，也使得仪器和其他配重块的重力分散到缆线上，避免缆线与仪器接头处发生断裂等。

通过磁感应传感器作为行程到位的发信装置，缆线上的永久磁铁作为运动部件，一旦接近磁感应传感器便可使它吸合发出信号。连接在磁感应传感器上的信号线与控制器连接，在收到磁感应器信号时，直接控制绞车电机启停。克服了现有启停控制方案带来的滞后时间（1~2秒）里，电机带动仪器支架撞到设备上造成损坏等问题。具有响应时间快，控制方案可靠等优点。

风力发电系统并入供电系统的蓄电池中，以确保设备在电压12V以上或24V以上正常工作，形成风光互补的供电系统。

附图说明

图1为海洋剖面自动在线监测浮标系统的结构示意图；

图2为绞车启停装置的正视图；

图3为绞车启停装置的结构示意图；

图4为磁感应传感器的结构示意图；

图5为浮标系统的仪器支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1~5所示，一种海洋剖面自动在线监测浮标系统，包括浮体6、风力发电系统7、用于搭载仪器的仪器支架，仪器支架通过缆线13与绞车启停装置连接；

仪器支架包括由2~4个支架4构成的梭型框架，梭型框架的上端设有护板41，护板41与缆线上的配重块132连接；梭型框架上设有抗拉力件5，缆线13呈S型设置固定在抗拉力件5上；

绞车启停装置包括垂直设置的绞车支架1、通过轴承11设置在绞车支架1上的驱动轴12，驱动轴12上设有用于收卷缆线13的卷筒14，驱动轴12由绞车电机15驱动；

卷筒14下方设置有磁感应传感器2，缆线13上设有永久磁铁131，在永久磁铁131接近磁感应传感器时发出控制信号，控制绞车电机15启停；

浮体6设有用于安装仪器和/或收放仪器的通孔61，通孔设有倒角62。

通过设置倒角62，在缆线13与转角接触时，可减小摩擦力，以便于轻松拉动缆线。

通过将缆线13呈S型设置在抗拉力件5上，使得缆线13的外护套与导体抱紧，将拉力分散于整个线段，避免出现外护套或导体受力而发生皮芯分离，乃至发生缆线拉断的情况。通过护板41将缆线上的配重块132夹紧，也使得仪器和其他配重块的重力分散到缆线上，避免缆线与仪器接头处发生断裂等。

通过磁感应传感器2作为行程到位的发信装置，缆线13上的永久磁铁131作为运动部件，一旦接近磁感应传感器2便可使它吸合发出信号。连接在磁感应传感器2上的信号线与控制器连接，在收到磁感应器信号时，直接控制绞车电机15启停。克服了现有启停控制方案带来的滞后时间（1~2秒）里，电机带动仪器支架撞到设备上造成损坏等问题。具有响应时间快，控制方案可靠等优点。

抗拉力件5通过U型件42与梭型框架连接。U型件42的开口端与抗拉力件5连接，底部通过螺杆与梭型框架的安装板连接。通过U型件5将抗拉力件固定，一方面巧妙的避免了抗拉力件在洋流等因素影响下发生旋转，以免缆线受到扭力；另一方面在护板以及仪器之间增加一道拉力受力处，分散了仪器和仪器支架的重力。

抗拉力件5由两块对称设有S型凹槽的板构成，形成夹紧缆线的S型通道。

梭型框架上设有用于固定仪器的抱箍43；底端设有配重块挂孔44或配重块。仪器通过至少一个抱箍安装，做到稳固安装。

梭型框架下部设有洋流导向板45，通过洋流导向板45实现仪器支架在海面下很好的克服洋流造成的无规则的摆动或旋转等，减小缆线受到的扭力。

磁感应传感器2设有通孔，缆线13上的永久磁铁131可通过通孔。缆线通过通孔，一方面能够确保永久磁铁能够接触到磁感应传感器，另一方面增加了一道限位功能，增加缆线收放过程的稳定性。

磁感应传感器2为圆环形，圆环形外周设有凹槽21。由于收放缆线的过程中，缆线13会左右移动，因此磁感应传感器2也应实现左右运动。通过圆环形设计以及圆环外周的凹槽21与开槽板22配合，在缆线左右移动过程中，能够减小缆线弯折角度，进而减小摩擦阻力和缆线的应力等，以免缆线断裂。

磁感应传感器2通过一水平设置的开槽板22限位运动，凹槽21与开槽板22适配，开槽板22上设有长条U型槽，U型槽的开口端设有限位挡板23。

开槽板22通过侧板24设置在绞车支架1上。开槽板22与侧板24呈90°连接，两者间设有加强筋25。

磁感应传感器2的上下两面设有缓存块26。通过缓冲块26一方面能够保护磁感应传感器，一方面减小缆线的弯折度。

在卷筒14的下方和磁感应传感器2上方之间设置有导向丝杆3，导向丝杆3通过两端的轴承31设置于绞车支架1上。

导向丝杆3设有滑环滑轮组件32和横杆33，滑环滑轮组件32由导向丝杆3驱动左右移动；通过导向丝杆3以及滑环滑轮组件32和横杆33的配合实现缆线导向的作用。

驱动轴12的一端设有第一同步带轮16，导向丝杆3的一端设有第二同步带轮17；第一同步带轮16与第二同步带轮17通过皮带同步运动。

绞车支架1上设有皮带张紧装置18；皮带张紧装置18设有穿过皮带的长条形通孔，通孔上设有张紧轮，张紧轮沿水平方向调节。

仪器下放的深度通过压力传感器来监测。在下放或回收时，水深等不断在检测，如果水深没有变化就停止下方仪器。

然而，由于洋流的作用，仪器支架可能倾斜，或偏离垂线位置而实际没有到达相应的水深处，因此，通过倾角传感器监测仪器的倾角，以分析是否偏离位置等。

通孔61的倒角的大小为30°~45°，优选地，倒角62为圆弧倒角。

风力发电系统7包括风叶71、用于安装风叶的安装座、以及垂直轴风力发电机。风力发电系统的电并入供电系统的蓄电池中，以确保设备在电压12V以上或24V以上正常工作。

还包括设有雷达反射器81、避雷针82和X标83为一体的安全标识装置。通过集成，避免了设备上的空间浪费。

还包括设置于浮体6底部的支撑架9，支撑架9上连接锚链91。通过支撑架9能够有效防止碰撞对浮标系统造成的损害，另一方面支撑架起到配重的作用，使得浮标系统更加平稳，提高抗风浪能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，包括浮体、风力发电系统、用于搭载仪器的仪器支架，所述仪器支架通过缆线与绞车启停装置连接；

所述仪器支架包括由2~4个支架构成的梭型框架，所述梭型框架的上端设有护板，所述护板与缆线上的配重块连接；所述梭型框架上设有抗拉力件，所述缆线呈S型设置固定在抗拉力件上；

所述绞车启停装置包括垂直设置的绞车支架、通过轴承设置在绞车支架上的驱动轴，所述驱动轴上设有用于收卷缆线的卷筒，所述驱动轴由绞车电机驱动；

所述卷筒下方设置有磁感应传感器，所述缆线上设有永久磁铁，在永久磁铁接近磁感应传感器时发出控制信号，控制绞车电机启停；

所述浮体设有用于安装仪器和/或收放仪器的通孔，所述通孔设有倒角。

2.根据权利要求1所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述抗拉力件通过U型件与梭型框架连接；所述U型件的开口端与抗拉力件连接，底部通过螺杆与梭型框架的安装板连接。

3.根据权利要求2所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述抗拉力件由两块对称设有S型凹槽的板构成，形成夹紧缆线的S型通道。

4.根据权利要求3所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述梭型框架上设有用于固定仪器的抱箍；所述梭型框架下部设有洋流导向板，底端设有配重块挂孔。

5.根据权利要求1所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述磁感应传感器设有通孔，缆线上的永久磁铁可通过通孔。

6.根据权利要求1所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述通孔的倒角的大小为30°~45°。

7.根据权利要求1~6任意一项所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，所述风力发电系统包括风叶、用于安装风叶的安装座、以及垂直轴风力发电机。

8.根据权利要求7所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，还包括设有雷达反射器、避雷针和X标为一体的安全标识装置。

9.根据权利要求8所述海洋剖面自动在线监测浮标系统，其特征在于，还包括设置于浮体底部的支撑架，所述支撑架上连接锚链。

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