CN110768713B - 一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋仪器设备技术领域，具体涉及一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，多个抛弃式数据回传装置(2)通过磁力吸附装置(3)与深海潜标(1)采用磁力方式吸附在用于固定安装深海潜标(1)的托盘(7)上，深海潜标(1)通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置(2)在其浮力的作用下释放和上浮；所述深海潜标(1)与抛弃式数据回收装置(2)之间通过安装在各自上的第一红外通信模块(4)和第二红外通信模块(8)实现无线通信连接；本发明的抛弃式数据回收装置可与深海潜标配合使用，实现深海潜标状态数据的定期回传和故障信息的及时上报；也可应用于海洋观测站、海底观测网等水下试验和观测平台。
Description
技术领域
本发明属于海洋仪器设备技术领域，具体涉及一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置。
背景技术
深海环境复杂多变,掌握深海环境参数、认识深海水声传播规律对于海洋环境调查、水声物理、水声通信、水声导航定位等研究都有十分重要的意义。为满足以上需求，实现深海水下长期、定点、连续、多层面的同步测量，目前，主要依靠在预定海域定点布放深海潜标。
深海潜标是一种水下观测平台，锚定在预定海域的海底，即使处于深海恶劣条件下，也可根据提前设定的任务，连续、自主的长期工作。深海潜标能携带声学发射换能器、信号生成和功率放大模块组成声学发射潜标，也能配备接收水听器、数据采集和记录模块，组成声学接收潜标，通过配合其他声学接收或发射装置，开展各类深海声学试验，摸索深海条件下的水声传播规律；深海潜标还可以携带多种海洋环境测量传感器，组成深海环境监测潜标，长期连续的对海面以下几十米到几千米的垂直剖面的海洋环境参数(包括海水温度、盐度、海流以及内波等信息)进行监测。无论以上哪种潜标，都是将采集数据和状态信息通过自容存储方式存储于潜标中，待潜标被打捞回岸上后，才能进行数据分析和处理。
潜标一经布设、锚定于海底后，就无法对潜标的工作状态进行干预，不能保证潜标是否正常。为了获取潜标在深海水下存储的数据和状态信息，目前主要采取以下两种方法来实现：第一种方法，定期回收潜标，读取内部的数据，再重新布放潜标。但是，该方法不能及时有效的对潜标状态进行了解，只能获取过去一段时间的状态信息，若潜标刚布放完成即发生故障，则会造成较大的损失；此外，该方法需要长期租用试验船舶，耗费大量的人力、物力成本。第二种方法，配备海面浮标，海面浮标通过一根锚系绳连接至水下的潜标，并在浮标和潜标上增加水声通信机，首先通过水声通信将数据从潜标传输至浮标，再利用电磁波通过卫星通信等方式将数据从浮标传输至岸上。这种方法虽然可以实时的获取到潜标的状态数据，但由于天气、海况等因素，深海的近海面环境非常复杂，浮标的安全性无法得到保障。因此，如何实现潜标状态数据的定期回传和故障信息的及时上报，对于深海潜标是十分迫切的。
发明内容
本发明的目的在于，为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，可与深海潜标配合使用，实现深海潜标状态数据的定期回传和故障信息的及时上报；也可应用于海洋观测站、海底观测网等水下试验和观测平台。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，多个抛弃式数据回传装置通过磁力吸附装置与深海潜标采用磁力方式吸附在用于固定安装深海潜标的托盘上，深海潜标通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置在其浮力的作用下释放和上浮；所述深海潜标与抛弃式数据回收装置之间通过安装在各自上的第一红外通信模块和第二红外通信模块实现无线通信连接。
作为上述技术方案的改进之一，所述抛弃式数据回传装置包括：主控模块、北斗天线、深度传感器、电池组、第一红外通信模块和耐压水密仓体；
主控模块和电池组安装在耐压水密仓体内，耐压水密仓体上安装北斗天线、深度传感器和红外通信模块；主控模块分别与北斗天线和深度传感器连接；
所述深度传感器，用于实时采集抛弃式数据回传装置的深度数据；
所述主控模块，用于根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置是否到达海面；
所述红外通信模块，用于深海潜标与抛弃式数据回传装置之间的通信；
所述北斗天线，用于将深海潜标的状态数据和故障信息发送至基岸上；
所述电池组，用于为抛弃式数据回传装置供电。
作为上述技术方案的改进之一，所述深度数据为抛弃式数据回传装置所处的深海深度。
作为上述技术方案的改进之一，所述红外通信模块，用于将深海潜标存储的深海潜标的状态数据和故障信息以无线通信的方式发送至抛弃式数据回传装置。
作为上述技术方案的改进之一，所述主控模块包括：低功耗处理器、存储器，以及电源变换与开关控制模块；
所述低功耗处理器分别与北斗天线和深度传感器以无线通信方式连接，电源变换与开关控制模块分别与低功耗处理器、存储器、北斗天线以无线通信方式连接；
所述存储器，用于记录和存储深海潜标的状态数据和故障信息；
所述低功耗处理器，用于根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置是否到达海面；
所述电源变换与开关控制模块，用于完成电压变换，为北斗天线、深度传感器、红外通信模块、低功耗处理器和存储器提供不同的供电电压；并对北斗天线、深度传感器、红外通信模块的供电输出进行开关控制。
作为上述技术方案的改进之一，所述低功耗处理器为超低功耗MSP430系列单片机。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明提出了一种可用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，为深海潜标提供了一种新型的数据回传方式，通过增加深海潜标与抛弃式数据回传装置的通信接口、抛弃式数据回传装置浮出海面后与岸上的通信接口，能够实现潜标状态数据的定期回传和故障信息的及时上报，解决了当前深海潜标在水下状态数据无法获取的局限性，并能及时将重要故障信息传至岸上，便于岸上试验人员掌握潜标工作状态，提高了潜标工作的可靠性和效率，降低了试验设备的维护保障难度，无需长期租用试验船舶和定期回收水下潜标，耗费大量的人力、物力成本。
2、深海潜标与抛弃式数据回传装置之间采用红外无线通信方式，深海潜标布设完成后，可定时通过红外通信模块将自身状态数据发送至抛弃式数据回传装置；当深海潜标出现危及主要任务的故障时，也可将故障信息及时发送至抛弃式数据回传装置。此种通信方式无需使用电缆，将深海潜标与抛弃式数据回传装置连接，具有通信可靠性高、功耗低的优点。同时，在抛弃式数据回传装置释放和上浮过程中，便于实现二者的结构分离。
3、深海潜标与抛弃式数据回传装置的连接采用磁力方式吸附，属于无缆式结构连接。当二者一起布设与海中时，通过强力的磁力吸附连接在一起；当抛弃式数据回传装置需要被释放时，深海潜标通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置在其浮力的作用下释放和上浮。这种磁力吸附和释放的方式，有利于实现深海潜标与抛弃式数据回传装置的可靠连接和分离。相比于通过一根锚系绳连接至水下潜标的海面浮标，本发明的潜标数据获取方式可靠性更高、成本较低，在恶劣天气、海况条件下，无需考虑海面浮标的安全性和生存性问题。
附图说明
图1是本发明的一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置的结构示意图；
图2是本发明的一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置上浮的结构示意图。
附图说明：
1、深海潜标 2、抛弃式数据回收装置
3、磁力吸附装置 4、第一红外通信模块
5、基岸 6、北斗卫星
7、托盘 8、第二红外通信模块
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，多个抛弃式数据回传装置2通过磁力吸附装置3与深海潜标1采用磁力方式吸附在用于固定安装深海潜标的托盘7上，当二者一起布设于深海中时，通过强力的磁力吸附将深海潜标1和抛弃式数据回传装置2连接在一起；当抛弃式数据回传装置2需要被释放时，深海潜标1通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置2在其浮力的作用下释放和上浮；所述深海潜标1与抛弃式数据回收装置2之间通过安装在各自上的第一红外通信模块4和第二红外通信模块8实现无线通信连接，从而不需要使用电缆将二者连接，节约了成本。
所述抛弃式数据回传装置2包括：主控模块、北斗天线、深度传感器、电池组、第一红外通信模块4和耐压水密仓体；
主控模块和电池组安装在耐压水密仓体内，耐压水密仓体上安装北斗天线、深度传感器和红外通信模块4；主控模块分别与北斗天线和深度传感器连接；
所述深度传感器，用于实时采集抛弃式数据回传装置2的深度数据；所述深度数据为抛弃式数据回传装置2所处的深海深度；
所述主控模块，用于根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置2是否到达海面；
所述红外通信模块4，用于深海潜标1与抛弃式数据回传装置2之间的通信；具体地，将深海潜标存储的深海潜标的状态数据和故障信息以无线通信的方式发送至抛弃式数据回传装置；
所述北斗天线，用于将深海潜标1的状态数据和故障信息发送至基岸上；
所述电池组，用于为抛弃式数据回传装置2供电。
所述主控模块包括：低功耗处理器、存储器，以及电源变换与开关控制模块；
所述低功耗处理器分别与北斗天线和深度传感器以无线通信方式连接，电源变换与开关控制模块分别与低功耗处理器、存储器、北斗天线以无线通信方式连接；
所述存储器，用于记录和存储深海潜标的状态数据和故障信息；
所述低功耗处理器，用于根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置是否到达海面，完成超低功耗值班；
如果抛弃式数据回传装置2到达海面，即抛弃式数据回传装置2上浮至海面，则通过北斗天线将深海潜标的状态数据和故障信息发送至基岸上；
如果抛弃式数据回传装置2没有到达海面，则继续判断抛弃式数据回传装置2是否到达海面；
所述低功耗处理器为超低功耗MSP430系列单片机；
所述电源变换与开关控制模块，用于完成电压变换，为北斗天线、深度传感器、红外通信模块、低功耗处理器和存储器提供不同的供电电压；并对北斗天线、深度传感器、红外通信模块的供电输出进行开关控制。
如图1和2所示，深海潜标1通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置2在其浮力的作用下释放和上浮，所述深度传感器实时采集抛弃式数据回传装置2的所处深度，低功耗处理器根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置是否到达海面；如果抛弃式数据回传装置2到达海面，则将深海潜标1存储的状态数据和故障信息通过红外通信模块4发送至抛弃式数据回传装置，抛弃式数据回传装置2的电源变换与开关控制模块将深度传感器和存储器供电打开，把深海潜标的自身状态数据或故障信息存储记录于存储器中，电源变换与开关控制模块为北斗天线供电，再通过北斗天线将深海潜标的自身状态数据和故障信息经北斗卫星6发送至基岸上，岸上做出数据接收响应，完成本次数据回传。抛弃式数据回传装置2完成数据回传任务后，进行自毁。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，其特征在于，深海潜标(1)包括托盘(7)，深海潜标(1)与多个抛弃式数据回传装置(2)通过磁力吸附装置(3)采用磁力吸附的方式吸附连接，磁力吸附装置(3)通过减小吸附磁力使抛弃式数据回传装置(2)和深海潜标(1)分离，并在抛弃式数据回传装置(2)的浮力的作用下释放和上浮；所述深海潜标(1)与抛弃式数据回收装置(2)之间通过安装在各自上的第二红外通信模块(8)和第一红外通信模块(4)实现无线通信连接；
所述抛弃式数据回传装置(2)包括：主控模块、北斗天线、深度传感器、电池组、第一红外通信模块(4)和耐压水密仓体；
主控模块和电池组安装在耐压水密仓体内，耐压水密仓体上安装北斗天线、深度传感器和第一红外通信模块(4)；主控模块分别与北斗天线和深度传感器连接；
所述深度传感器，用于实时采集抛弃式数据回传装置(2)的深度数据；
所述主控模块包括：低功耗处理器、存储器，以及电源变换与开关控制模块；
所述低功耗处理器分别与北斗天线和深度传感器以电路连接方式连接，电源变换与开关控制模块分别与低功耗处理器、存储器、北斗天线、深度传感器和第一红外通信模块(4)以电路连接方式连接；
所述存储器，用于记录和存储深海潜标的状态数据和故障信息；
所述低功耗处理器，用于根据深度传感器采集的深度数据判断抛弃式数据回传装置(2)是否到达海面；
所述电源变换与开关控制模块，用于完成电压变换，为北斗天线、深度传感器、第一红外通信模块(4)、低功耗处理器和存储器提供不同的供电电压；并对北斗天线、深度传感器、第一红外通信模块(4)的供电输出进行开关控制；
所述第一红外通信模块(4)，用于深海潜标(1)与抛弃式数据回传装置(2)之间的通信；
所述北斗天线，用于将深海潜标(1)的状态数据和故障信息发送至基岸上；
所述电池组，用于为抛弃式数据回传装置(2)供电。
2.根据权利要求1所述的用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，其特征在于，所述深度数据为抛弃式数据回传装置(2)所处的深海深度。
3.根据权利要求1所述的用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，其特征在于，所述第一红外通信模块(4)，用于将深海潜标存储的深海潜标的状态数据和故障信息以无线通信的方式发送至抛弃式数据回传装置(2)。
4.根据权利要求1所述的用于深海潜标的抛弃式数据回传装置，其特征在于，所述低功耗处理器为超低功耗MSP430系列单片机。
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| RU2406640C1 (ru) | Циклическая автономная гидрофизическая станция вертикального профилирования |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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