CN111071390B - 一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，主要包括从上至下依次连接的耐压浮球、测量垂直阵、潜标系统和锚系系统。所述的测量垂直阵由若干个用于采集环境信息的子段活动连接组成；所述的潜标系统内设置有潜标模块用于同步储存测量垂直阵最后一个子段所输出的数据信息。本发明的有益效果为：符合在中浅海海域观测水文环境及海洋环境噪声设计规范要求，具有对海洋环境噪声测量、水声信号测量、海水温度测量、海水压力测量能力，为海洋调查测量船在中浅海域测量水文环境及海洋环境噪声水平提供了有效途径，增强了海洋环境噪声测量、水声信号测量、海水温度测量、海水压力测量能力，提高了应用海洋仪器的国产化技术水平。

Description

一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置

技术领域

本发明涉及海洋环境信息获取的领域，具体涉及一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置。

背景技术

海洋环境噪声既是各种海洋声学系统的背景噪声干扰场，同时也携带着大量有用的海洋环境信息，因此海洋环境噪声研究无论在民用还是军事上均具有非常重要的意义。为了提高水声探测设备的性能，需要对海洋环境噪声特性进行充分的调查和分析，深刻认识海洋环境噪声的时域、频域和空域等特性，这就要求对海洋环境噪声进行连续地测量。随着潜艇及水下航行器减振降噪技术的发展，水下运动目标的辐射噪声能级越来越低，甚至趋近于环境本底噪声，因此研究海洋环境噪声获取系统难度较大，但同时也具有非常重要的社会意义和军事价值。实时传输，数据会受海况影响；自容式数据存储技术只是对所采集到的数据进行存储，不会进行初步的预处理。

中国专利201410030440.1公开了一种光纤温深潜标连续测量系统，该系统包括通讯附表、主浮球、仪器舱、解调系统和温深链、缆绳、声学释放器和锚定重物，该系统所测量的海洋温深度信息通过实时传输的方式通过通讯浮标传递给远程计算机进行实时储存处理，这种实时通讯所采集的信号数据的方式会受到海浪的拍打以及海平面上不同的漂浮物的影响，使得所采集的数据质量不好，具有很多噪声在里面。

中国专利201220749657.4公开了一种1800米潜标，由第一浮球组、温度链、400米kevlar绳、主浮体支架、1000米kevlar绳、第二浮球组、300米kevlar绳、第三浮球组、释放器组、锚系串联而成，用到ADCP1个，架装在主浮体支架上，向上探测距海平面400米范围内的海流剖面内的温盐深和流速剖面数据，数据进行自容式储存。这种存储数据的方式为各个传感器的数据单独存储，不具有整合打包一并传输给远程计算机的作用，因此，传输到计算机的数据零散分散，不易进行同一时段内的整合处理，数据处理分析时间更长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，能够多通道同步采集、传输和存储不同海深条件下的环境噪声信息和温度、深度信息，能够进行数据整合打包，便于计算机处理分析。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，主要包括从上至下依次连接的耐压浮球、测量垂直阵、潜标系统和锚系系统；所述的测量垂直阵由若干个用于采集环境信息的子段活动连接组成；所述的潜标系统内设置有潜标模块用于同步储存测量垂直阵最后一个子段所输出的数据信息；所述的锚系系统包括内置有锚系模块的声学释放器和水泥重块。

作为进一步的技术方案，所述测量垂直阵的每个子段包括用于与其他子段相连接的首连接器和尾连接器，所述的首连接器和尾连接器通过拉力绳连接，在拉力绳上均匀分布有多个支撑骨架；每个子段内均布有多个接收水听器和温深传感器用于采集相应数据，通过采集中继模块接收、处理采集得到的数据，并传递给下一子段的采集中继模块。

作为进一步的技术方案，所述的子段外周包覆绝缘防水护套，在绝缘防水护套外表面包覆有细纤维编织的飘带，在绝缘防水护套内填充氰蜡油。

作为优选的技术方案，所述的测量垂直阵的子段数量为5～15个。

作为优选的技术方案，所述的耐压浮球上设置有闪光信标机和无线信标机。

所述的潜标系统包括潜标体，在潜标体内设置有锂电池舱和用于安装潜标模块的潜标电子舱。

所述的锚系系统还包括用于连接水泥重块的连接机构及用于固定声学释放器的并联机构和绑带。

所述的连接机构包括分别与固定声学释放器两侧连接的连接环，连接环下端连接第一锚链，第一锚链下端连接不锈钢圆环，第二锚链连接在不锈钢圆环下端，卸扣设置在第二锚链尾部用于连接水泥重块。

作为进一步的技术方案，所述的锚系系统还包括设置于并联机构上方的多个玻璃浮球。

作为优选的技术方案，所述的耐压浮球和测量垂直阵之间、潜标系统与锚系系统之间均通过凯夫拉缆绳相连接。

本发明的有益效果为：

1)同步采集不同海深条件下的环境噪声数据、温深度传感器数据，为后期实现环境多参数反演、中尺度环境预报和环境态势分析提供重要的数据保证，有效地扩充了和丰富了海洋环境信息获取系统，填补了多参数多元海洋环境信息同步测量潜标的空白；

2)能够均匀采集子段乃至整个测量垂直阵所在垂直剖面的环境噪声数据和温深度数据，全面地并且同时得到和反映不同海深条件下的海洋环境信息，当某一个测量垂直阵的子段出现故障的时候，可以仅更换这一子段，方便设备后期保养和维修，且降低前期研制生产过程中的工艺难度；

3)不同于实时传输数据或者自溶式数据存储技术，多个子段内的采集中继模块在接收本模块内传感器所采集的信息的同时，还能够接收上一子段内的采集中继模块所接收到的信息组合，进行该子段数据信息和上一子段数据的包组合处理后，传输给下一个子段的采集中继模块，最终传递给潜标系统的潜标模块，进行不同海深的环境信息数据包组合数据的存储；潜标模块能够同步处理和储存测量垂直阵所接收采集的海洋环境信息数据，提高了所储存的数据质量，减少了计算机处理数据的难度和时间，提高了计算机处理数据的效率；能够在潜标装置回收后直接将没有环境干扰的数据直接导入计算机进行恢复时域信号和功率谱分析的处理，经过处理后的海洋环境信息数据能够有效地反映当前环境下的噪声分布，为其他声学设备的探测提供借鉴，提高其他声学设备的探测性能。

4)通过飘带的添加，能够有效避免外界海洋的水流遇到潜标系统所产生的漩涡对接收水听器所采集的信息的干扰，降低环境背景噪声信息，提高接收水听器的信息采集精度。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的子段结构示意图。

图3为本发明实施例1各个子段的连接结构示意图。

图4为本发明潜标系统的结构示意图。

图5为本发明实施例1、2的锚系系统的结构示意图。

图6为本发明耐压浮球的结构示意图。

图7为本发明实施例3的子段结构示意图。

图8为本发明实施例3的锚系系统的结构示意图。

附图标记说明：耐压浮球1、测量垂直阵2、潜标系统3、锚系系统4、凯夫拉缆绳5、闪光信标机1-1、无线信标机1-2、子段21、首连接器21-1、尾连接器21-2、拉力绳21-3、支撑骨架21-4、绝缘防水护套21-5、氰蜡油21-6、接收水听器21-7、温深传感器21-8、采集中继模块21-9、飘带21-10、第二子段22、第二子段接收水听器22-7、第二子段温深传感器22-8、第二子段采集中继模块22-9、第三子段23、第三子段接收水听器23-7、第三子段温深传感器23-8、第三子段采集中继模块23-9、第四子段24、第五子段25、第六子段26、第七子段27、第八子段28、潜标模块3-1、潜标体3-2、潜标电子舱3-3、锂电池舱3-4、声学释放器4-1、水泥重块4-2、并联机构4-3、绑带4-4、连接机构4-5、第一锚链4-51、连接环A4-511、连接环B4-512、不锈钢圆环4-52、第二锚链4-53、卸扣4-54、玻璃浮球4-6。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例1：如附图1所示，这种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，包括从上至下依次连接的耐压浮球1、测量垂直阵2、潜标系统3和锚系系统4，其中耐压浮球1和测量垂直阵2之间、潜标系统3与锚系系统4之间通过凯夫拉缆绳5相连接。

如附图2所示，为本实施例测量垂直阵2的横视结构示意图，测量垂直阵2包括八段活动连接的用于采集环境信息的测量垂直阵子段，每个子段中包括用于与其他子段相连接的首连接器21-1和尾连接器21-2、连接首连接器21-1和尾连接器21-2的拉力绳21-3、均匀分布于拉力绳21-3上的多个支撑骨架21-4、包覆子段的绝缘防水护套21-5和填充于绝缘防水护套21-5内的氰蜡油21-6；同时测量垂直阵2内的每个子段21内设置有均匀分布的两个接收水听器21-7、两个温深传感器21-8和一个用于接收、处理接收水听器21-7和温深传感器21-8所采集的数据的采集中继模块21-9；

通过拉力绳21-3将首连接器21-1与尾连接器21-2相连接起来，然后通过多个支撑骨架21-4将整个测量垂直阵子段21支撑固定，再通过外面包覆的绝缘防水护套21-5包覆后，可以有效防止海水进入测量垂直阵子段21内，有效保护其中的多个接收水听器21-7、多个温深传感器21-8和采集中继模块21-9，保证接收水听器21-7、温深传感器21-8以及采集中继模块21-9的有效数据信息传输，通过在护套内填充和海水密度相近的氰蜡油21-6，一方面可以有效地将测量垂直阵内的水听器21-7、传感器21-8和采集中继模块21-9悬浮于海水中，有效测量所在深度内的海洋环境信息数据，另一方面可以有效保证数据可以传输至下一子段22内的采集中继模块内进行数据加工处理。作为优选，所述的绝缘防水护套21-5采用聚氨酯材料制成。

如附图3所示，多个子段内的采集中继模块相互之间进行信号传输，测量垂直阵内的第一个子段21内的采集中继模块21-9采集本子段内的海洋环境信号数据后，传递给第二子段22内的第二子段采集中继模块22-9，同时第二子段采集中继模块22-9也接收第二子段22内的第二子段接收水听器22-7所采集的海洋环境噪声信息、第二子段温深传感器22-8所采集的所在海深的温度、深度数据信息，第二子段采集中继模块22-9将上一子段21的海洋环境信号数据同本子段内的海洋环境信号数据进行所有数据的包组合处理后，传递给第三子段23的第三子段采集中继模块23-9，第三子段采集中继模块23-9在采集本子段内的海洋环境信息，同时将接收到的第一个子段21和第二子段22的数据处理包组合继续进行数据的包组合处理，后续子段的数据包传输情况同理；最终第八子段28接收到第七子段27已经对前面的六个子段内所有数据信息的数据处理包和第七子段27内接收的环境信息的整合处理后的数据处理包，潜标系统3内设置有同步储存测量垂直阵2最后一个子段所输出的数据信息的潜标模块3-1，最后第八子段28将最终的数据处理包传递给潜标系统内的潜标模块3-1。

如附图4所示，潜标系统3包括潜标体3-2、设置于潜标体3-2上的潜标电子舱3-3和锂电池舱3-4，潜标模块3-1设置于所述潜标电子舱3-3内；锂电池舱3-4用于为潜标电子舱3-3内的潜标模块3-1提供工作用电。

如附图5所示，锚系系统4包括内置有锚系模块4-11的声学释放器4-1、水泥重块4-2、用于固定所述声学释放器4-1的并联机构4-3和绑带4-4，用于连接水泥重块4-2的连接机构4-5，连接机构4-5包括第一锚链4-51、不锈钢圆环4-52、第二锚链4-53和卸扣4-54，第一锚链4-51分别通过连接环A4-511和连接环B4-512与所述声学释放器4-1的两侧相连；并联机构4-3与声学释放器4-1的上部固接，并通过凯夫拉缆绳5将锚系系统4与潜标系统3连接，声学释放器4-1的下部通过绑带4-4固定，避免了声学释放器4-1随着海浪的波动而互相分散撞击导致不稳定的情况；两连接环4-511、4-512下端连接第一锚链4-51，第一锚链4-51下端连接不锈钢圆环4-52，第二锚链4-53连接在不锈钢圆环4-52下端，卸扣4-54设置在第二锚链4-53尾部用于连接水泥重块4-2。

如附图6所示，耐压浮球1上设置有闪光信标机1-1和无线信标机1-2，闪光信标机1-1和无线信标机1-2能够感受外界水压，根据水压的变化，来控制自身是否开始工作，当需要回收海洋环境信息潜标装置时，此时由于水泥重块4-2的释放，水压变小，闪光信标机1-1和无线信标机1-2感受到水压变小，开始工作，闪光信标机1-1开始闪烁光，便于工作人员发现上浮的海洋环境信息潜标装置，无线信标机1-2开始向工作人员发射无线电信号，工作人员根据无线电信号更加准确定位海洋环境信息潜标装置的位置，减少了回收时间，提高了回收效率。

本实施例的工作过程：在需要进行数据采集存储时，工作人员将整个装置通过卸扣4-54加载水泥重块4-2沉入水中，测量垂直阵2通过采集多路接收水听器21-7探测到的环境噪声信息和温深传感器21-8探测到的温深度信息，并将同步采集到的数据整合进行包组合处理，最终传递给潜标系统3的潜标模块3-1，潜标系统3通过潜标模块3-1接收测量垂直阵2的整合数字化处理后的数据，以数据文件的形式存储所述信息，提高了最终提供给计算机的数据质量，当采集存储完数据后，锚系系统4能够接收外部甲板单元的回收命令，控制声学释放器4-1脱开与其下部相连的第一锚链4-51的一端，进而释放出不锈钢圆环4-52，水泥重块4-2由于重力作用下沉，带动第二锚链4-53和不锈钢圆环4-52沉入水中，使得整个潜标装置上浮至水面，此时闪光信标机1-1和无线信标机1-2开始工作，发出光信号和无线电信号引导工作人员回收潜标装置，工作人员将其中的潜标模块3-1接入计算机后可以提取其中打包处理好的数据直接进行时间域恢复和谱分析。

实施例2：与实施例1不同之处在于，所述的测量垂直阵2仅有5个测量子段，所述的绝缘防水护套21-5的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

实施例3：与实施例1不同之处在于，所述的测量垂直阵2共有15个测量子段。如附图7所示，所述的绝缘防水护套21-5外表面包覆有细纤维编织的飘带21-10，利用飘带21-10改变海流水体经过测量垂直阵2表面非流线型物体时产生的漩涡，破坏涡流的形成，进而减少漩涡层流场产生的振动噪声，降低接收水听器21-7所采集到的信息无法真实还原海洋环境噪声水平的几率，提高所采集到的环境噪声信号的真实性；作为优选，所述的绝缘防水护套21-5的材质为聚乙烯；

如附图8所示，锚系系统4还包括在设置在并联机构4-3上方的多个玻璃浮球4-6，用于提高整个潜标装置在海洋纵剖面的垂直稳定性，避免因为仅在上方设置一个耐压浮球1，而导致在受到海水经过的作用力不同时，整个测量垂直阵2与海平面之间发生倾斜的情况，提高测量垂直阵2测量海洋某一纵剖面信息的一致性。

本发明的应用情况说明：2018年5月，海洋环境噪声测量潜标(浅海型)参与国防科技创新特区深海目标、声场耦合建模与探测方法研究项目海上联合试验，在南海中沙海域进行海洋环境测试，水深约300米。

本发明的设备自5月21日10：25至5月21日18：23连续运行8小时，连续采集海洋环境噪声、温度、压力数据，系统无故障发生，无数据丢失现象发生，表现出良好的工作稳定性和海洋环境适应性。

本发明的设备符合在中浅海海域观测水文环境及海洋环境噪声设计规范要求，具有对海洋环境噪声测量、水声信号测量、海水温度测量、海水压力测量能力，为海洋调查测量船在中浅海域测量水文环境及海洋环境噪声水平提供了有效途径，采用接收水听器和温深传感器同步采集存储技术，增强了海洋环境噪声测量、水声信号测量、海水温度测量、海水压力测量能力，提高了应用海洋仪器的国产化技术水平。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：主要包括从上至下依次连接的耐压浮球(1)、测量垂直阵(2)、潜标系统(3)和锚系系统(4)；所述的测量垂直阵(2)由若干个用于采集环境信息的子段(21)活动连接组成；所述的潜标系统(3)内设置有潜标模块(3-1)用于同步储存测量垂直阵(2)最后一个子段(21)所输出的数据信息；所述的锚系系统(4)包括内置有锚系模块(4-11)的声学释放器(4-1)和水泥重块(4-2)；所述测量垂直阵(2)的每个子段(21)包括用于与其他子段(21)相连接的首连接器(21-1)和尾连接器(21-2)，所述的首连接器(21-1)和尾连接器(21-2)通过拉力绳(21-3)连接，在拉力绳(21-3)上均匀分布有多个支撑骨架(21-4)；每个子段(21)内均布有多个接收水听器(21-7)和温深传感器(21-8)用于采集相应数据，通过采集中继模块(21-9)接收、处理采集得到的数据，并传递给下一子段(21)的采集中继模块(21-9)。

2.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的子段(21)外周包覆绝缘防水护套(21-5)，在绝缘防水护套(21-5)外表面包覆有细纤维编织的飘带(21-10)，在绝缘防水护套(21-5)内填充氰蜡油(21-6)。

3.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的测量垂直阵(2)的子段(21)数量为5～15个。

4.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的耐压浮球(1)上设置有闪光信标机(1-1)和无线信标机(1-2)。

5.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的潜标系统(3)包括潜标体(3-2)，在潜标体(3-2)内设置有锂电池舱(3-4)和用于安装潜标模块(3-1)的潜标电子舱(3-3)。

6.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的锚系系统(4)还包括用于连接水泥重块(4-2)的连接机构(4-5)及用于固定声学释放器(4-1)的并联机构(4-3)和绑带(4-4)。

7.根据权利要求6所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的连接机构(4-5)包括分别与固定声学释放器(4-1)两侧连接的连接环(4-511；4-512)，连接环(4-511；4-512)下端连接第一锚链(4-51)，第一锚链(4-51)下端连接不锈钢圆环(4-52)，第二锚链(4-53)连接在不锈钢圆环(4-52)下端，卸扣(4-54)设置在第二锚链(4-53)尾部用于连接水泥重块(4-2)。

8.根据权利要求6所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的锚系系统(4)还包括设置于并联机构(4-3)上方的多个玻璃浮球(4-6)。

9.根据权利要求1所述的基于多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，其特征在于：所述的耐压浮球(1)和测量垂直阵(2)之间、潜标系统(3)与锚系系统(4)之间均通过凯夫拉缆绳(5)相连接。

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