CN112046683A - 高稳定性的海上浮标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋环境监测的技术领域，公开了高稳定性的海上浮标，包括浮体和上层支架，所述浮体包括核心浮力区域和抗冲击区域，所述抗冲击区域设于所述核心浮力区域的周边外侧；所述上层支架设于所述浮体上方，所述上层支架包括穿透性的支架主体、仪器舱和缓冲圈，所述仪器舱设于所述支架主体上，所述缓冲圈环绕所述仪器舱设置。通过设置于浮体上方的穿透性的支架主体，使得支架主体承受风浪冲击时的受力面积小，从而其抗风浪能力较强；通过设置环绕于仪器舱设置的缓冲圈，使得浮标上搭载的仪器设备可得到有效的防碰撞保护，从而整体上的稳定性、防护性能都有较大提升。

Description

高稳定性的海上浮标

技术领域

本发明专利涉及海洋环境监测的技术领域，具体而言，涉及高稳定性的海上浮标。

背景技术

海洋的面积占地球表面积的71％，海洋里含有丰富的矿产资源、医药资源、水产资源等，同时海洋对整个地球的生态平衡扮演着一个极为重要的角色。在沿海和近海海域通常设置有许多大型的海洋浮标体，在这些海洋浮标体中，常常搭载着大量的贵重仪器、设备，以进行水质、水文和气象等的监测，如果有外界物体碰撞了这些海洋浮标体，发生了事故，则容易造成很大的损失。

现有技术中只是在浮标主体上设置防护装置，而对仪器舱缺乏足够的保护，在复杂的海洋环境中，容易因撞击而造成监测仪器的损坏，而且现有浮标的主体结构往往是实心的，直接承受风浪的冲击，其抗风浪能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供高稳定性的海上浮标，旨在解决现有技术中海上浮标抗风浪能力较弱、仪器舱缺乏足够保护的问题。

本发明是这样实现的，高稳定性的海上浮标，包括：

浮体，所述浮体包括核心浮力区域和抗冲击区域，所述抗冲击区域设于所述核心浮力区域的周边外侧；

上层支架，所述上层支架设于所述浮体上方，所述上层支架包括穿透性的支架主体、仪器舱和缓冲圈，所述仪器舱设于所述支架主体上，所述缓冲圈环绕所述仪器舱设置。

进一步的，所述缓冲圈包括内缓冲圈和外缓冲圈，所述内缓冲圈连接于所述仪器舱的顶部，所述内缓冲圈的外侧设置有多个弹性件，所述外缓冲圈通过所述弹性件连接于所述内缓冲圈的外侧。

进一步的，所述内缓冲圈和所述外缓冲圈均为圆形，所述内缓冲圈的直径小于所述外缓冲圈的直径，所述弹性件为刚性弹簧。

进一步的，所述支架主体包括至少三根侧杆、至少三根下底杆和至少三根上顶杆，所述至少三根下底杆在下底面围合，所述至少三根上顶杆在上顶面围合；所述侧杆的上端连接于所述上顶杆，所述侧杆的下端连接于所述下底杆；所述上顶杆的长度小于所述下底杆的长度。

进一步的，所述上顶杆是所述仪器舱底面的一部分，所述侧杆上安装有侧立的太阳能板。

进一步的，所述支架主体还包括上框架和下框架，所述上框架和所述下框架均位于所述上顶杆和所述下底杆之间，所述上框架、所述下框架和所述侧杆围成开放空间，所述开放空间用于安置剖面升降系统。

进一步的，所述核心浮力区域的中间具有中央通孔，便于将搭载的仪器伸入到海水当中。

进一步的，所述浮体底部边缘形成有倾斜面。

进一步的，所述海上浮标还包括底部支撑架，所述底部支撑架设于所述浮体的下方，用于支撑所述浮体。

进一步的，所述底部支撑架呈长方体形状布置，所述底部支撑架的底端设置有连接头，所述连接头上具有通孔或螺纹孔。

与现有技术相比，本发明提供的高稳定性的海上浮标，通过设置于浮体上方的穿透性的支架主体，使得支架主体承受风浪冲击时的受力面积小，从而其抗风浪能力较强；通过设置环绕于仪器舱设置的缓冲圈，使得浮标上搭载的仪器设备可得到有效的防碰撞保护，从而整体上的稳定性、防护性能都有较大提升。

附图说明

图1是本发明提供的高稳定性的海上浮标的立体示意图；

图2是本发明提供的高稳定性的海上浮标的上层支架的立体示意图；

图3是本发明提供的高稳定性的海上浮标的浮体的立体示意图。

图4是本发明提供的高稳定性的海上浮标的底部支撑架的立体示意图；

图5是本发明提供的高稳定性的海上浮标的剖面升降系统的立体示意图。

附图标记说明：

浮体100，核心浮力区域110，抗冲击区域120，中央通孔130，凹槽140，倾斜面150；

上层支架200；支架主体210，下底杆211，上顶杆212，侧杆213，上框架214，下框架215，太阳能板216，把手217；仪器舱220；缓冲圈230，外缓冲圈231，内缓冲圈232，刚性弹簧233；

底部支撑架300；长杆310，短杆320，长辐条330，连接头340；剖面升降系统400。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-4所示，为本发明提供的较佳实施例。

参见图1，高稳定性的海上浮标，包括：

浮体100，浮体100包括核心浮力区域110和抗冲击区域120，抗冲击区域120设于核心浮力区域110的周边外侧；

上层支架200，上层支架200设于浮体100上方，上层支架200包括穿透性的支架主体210、仪器舱220和缓冲圈230，仪器舱220设于支架主体210上，缓冲圈230环绕所述仪器舱220设置。

本实施例提供的高稳定性的海上浮标，通过设置于浮体100上方的穿透性的支架主体210，使得支架主体210承受风浪冲击时的受力面积小，从而其抗风浪能力较强；通过设置环绕于仪器舱220设置的缓冲圈230，使得浮标上搭载的仪器设备可得到有效的防碰撞保护，从而整体上的稳定性、防护性能都有较大提升。

参见图2，缓冲圈230包括内缓冲圈232和外缓冲圈231，相比单个缓冲圈环绕仪器舱220进行保护而言，明显提升其防碰撞的防护能力。内缓冲圈232和外缓冲圈231均为圆形，内缓冲圈232的直径小于外缓冲圈231的直径。内缓冲圈232的外侧设置有多个弹性件，外缓冲圈231通过弹性件连接于内缓冲圈232的外侧，该弹性件可以是刚性弹簧233，刚性弹簧233具有较强的刚性，用来在水平方向上支撑住外缓冲圈231，同时外缓冲圈231在水平方向受力时，刚性弹簧233还会发生形变，具有缓冲作用。当外部物体碰撞海上浮标的上半部分时，首先碰到的就是外缓冲圈231，被碰撞一侧的刚性弹簧233被挤压，从而外缓冲圈231不容易被撞坏。

外缓冲圈231可由刚性材料制成，也可在刚性材料制成的外缓冲圈231上包裹一层橡胶垫，使得外缓冲圈231具有更好的防碰撞性能。或者外缓冲圈231采用橡胶圈，这样外缓冲圈231仍具有一定的强度，同时具备较好的防碰撞性能。

外缓冲圈231的下方也可设置多个弹性构件，例如刚性弹簧，对外缓冲圈231加以支撑，弹性构件的一端连接在外缓冲圈231上，另一端连接在支架主体210上。这样外缓冲区分别受到水平方向的弹性件和倾斜的弹性构件的支撑，形成可自动调节的稳定的三角支撑，即使被碰撞一下，也可快速回复到原先状态，防护性能大大加强。

内缓冲圈232可由刚性材料制成，也可在刚性材料制成的外缓冲圈231上包裹一层橡胶垫，内缓冲圈232环绕仪器舱220设置，目的是为了有效保护好仪器舱220内的仪器、设备。内缓冲圈232可通过连接件固定在仪器舱220的顶部，这样的话既可以防护好仪器舱220，使得来自上方的碰撞都不会首先碰到仪器舱220，同时仪器舱220的顶部和缓冲圈230形成了顶部设备平台，方便安置相关设备，例如警示灯、天线、风速测量仪等。海上浮标通过天线可以接收和发送无线电信号，使得用户可以远距离获取第一手的监测数据，可对海上浮标所搭载的仪器进行有关操作，例如将监测仪器伸入到海水某一深度，或者将监测仪器从海水中提升上来。风速测量仪可用于测量海面上风速，用户可获得第一手的气象信息，防范海上风暴对出海人产生的风险。

内缓冲圈232也可通过弹性件，如刚性弹簧，连接在仪器舱220的周边，使得内缓冲圈232的缓冲、防碰撞性能变强。内缓冲圈232的下方也可设置多个弹性构件，如刚性弹簧，对内缓冲圈232加以支撑，弹性构件的一端连接在内缓冲圈232上，另一端连接在支架主体210或仪器舱220上。这样内缓冲区分别受到水平方向的弹性件和倾斜的弹性构件的支撑，形成可自动调节的稳定的三角支撑，即使被碰撞一下，也可快速回复到原先状态，防护性能大大加强。

内缓冲圈232既可以连接在仪器舱220的顶部，也可以连接在仪器舱220的中部，甚至连接在仪器舱220的底部，防护好来自水平方向外部物体的碰撞。

支架主体210是杆状物连接的主体结构，海水冲击支架主体210时，海水直接穿过杆状物中间的大片空隙，由于杆状物的受力面积小，因此支架主体210具有较好的抗风浪性能。

为了让支架主体210具有较好的稳定性，支架主体210包括至少三根侧杆213、至少三根下底杆211和至少三根上顶杆212，下底杆211在下底面围合，上顶杆212在上顶面围合。三根下底杆211可围成稳定的三角形结构，四根下底杆211可围成矩形结构，五根下底杆211可围成五边形结构，等等。侧杆213的上端固定连接在上顶杆212的端部，侧杆213的下端固定连接在下底杆211的端部，上顶杆212、下底杆211、侧杆213之间可焊接成支架主体210，也可通过螺钉连接成支架主体210。优选的，支架主体210包括4根上顶杆212、4根下底杆211和4根侧杆213，4根上顶杆212头尾相连焊接成一个正方形，4根下底杆211头尾相连焊接成一个正方形，上下两个正方形的角分别通过4根侧杆213焊接，形成了支架主体210。

在上顶杆212与下底杆211之间除了侧杆213连接外，还可以设置辐条以增强支架主体210的稳定性，例如辐条的上端焊接在上顶杆212的中部，辐条的下端焊接在下底杆211的中部，使得支架主体210的稳定性增强。上顶杆212的长度小于下底杆211，使得支架主体210形成稳定的塔状结构，稳定性较好。

支架主体210的上顶杆212可作为仪器舱220底面的一部分，即支架主体210的上顶杆212同时也做为仪器舱220底的边缘，既实现固定仪器舱220底的功能，也实现搭建支架主体210，稳定支架主体210结构的效用。

或者，仪器舱220可通过焊接、螺钉连接等方式固定在支架主体210的上顶杆212所围成的顶部，保证仪器舱220的稳定。

仪器舱220包括舱体和舱门，舱门铰接于舱体上，舱门上具有锁紧装置。舱门上的锁紧装置可采用磁吸附、卡扣、机械锁等的方式，例如，在舱体和舱门的上方内侧设置两根可伸缩杆，可伸缩杆上套设有弹簧，在舱门及舱体的下方设置有内置的锁紧开关，当按压舱门时，锁紧开关打开，舱门在可伸缩杆的弹簧作用下弹开；当再次将舱门按压下去后，锁紧开关自动扣合，舱门自动关闭，如此可方便地开关舱门。或者在舱门和舱体上分别设置有磁吸附部件，舱门上磁吸附部件通过旋钮旋转时，可与舱体上的磁吸附部件形成异性相吸、或同性相斥的布置，当形成同性相斥的布置时，舱门自动弹开；当形成异性相吸的布置时，舱门被牢牢地锁上。

仪器舱220的舱门和舱体之间包括有密封胶条，仪器舱220内可形成防水的密闭空间，仪器舱220内的空间用于安置相关的仪器、设备，例如蓄电池、控制电路板等，把所搭载的仪器、设备保护起来，防止在复杂多变的海洋环境中监测仪器受损、不能工作。

支架主体210还包括上框架214和下框架215，上框架214和下框架215均位于上顶杆212和下底杆211之间，上框架214、下框架215和侧杆213围成开放空间，开放空间用于安置剖面升降系统400。剖面升降系统400用于将所需监测仪器伸入到海水当中一定深度，以及将监测仪器从海水当中提上来。

用于海上浮标的剖面升降系统400包括卷线滚筒、排线器、压线器、外部框架、线缆张紧装置、仪器栏、仪器栏固定装置、和用于驱动卷线滚筒转动的电机。卷线滚筒用于收拢或放出线缆，仪器栏用于安置用在海水中的监测仪器，仪器栏固定装置用于将仪器栏提升上来固定位置，避免仪器栏大幅摆动。卷线滚筒与排线器之间通过链条及链轮传动，这样两者的运动只需一个驱动电机，而且两者可以相距较大距离，方便布置。

线缆张紧装置设置于外部框架的顶部，线缆张紧装置包括拉力弹簧和滑轮，用于让线缆始终保持紧绷状态，防止线缆卡死。排线器包括排线架、往复丝杆、限位轴和底座，往复丝杆的两端设置在底座上，限位轴与往复丝杆平行布置，限位轴的两端可设置在底座上，或者可设置在固定线缆排线结构的外部框架上；排线架的一端套设在往复丝杆和限位轴上，排线架的另一端设置有用于引导线缆的滑轮。

从仪器栏这端开始，线缆依次通过线缆张紧装置的滑轮、排线器的滑轮、压线器的套筒、卷线滚筒的外部、卷线滚筒的内部；在卷线滚筒的内部，具有良好的防水措施，线缆可与导电滑环电连接，再连接到数据采集设备、控制电路上。在海上复杂的环境当中，海上浮标所搭载的监测仪器可伸入到海水中一定深度，并可从海水中提升上来，在线缆张紧装置、排线器、压线器的作用下，在海上浮标受海浪影响摇摆的过程中，线缆无论是在静止状态、下降状态或者提升状态，都可以保持紧绷有序地排布，不易发生偏移、卡死，保障海上浮标高稳定性地运作、监测海洋有关信息。

海上浮标上线缆的外表面可设置有刻度，以便于实时、清楚地知道监测仪器被下降至海面下多深，想对海面下多深的环境进行监测，就相应下放多少米长的线缆，比较简便。

驱动卷线滚筒转动的电机可以是步进电机，通过控制步进电机的转动可以精确控制监测仪器的下降距离，例如，可预先设计好传动比，设计好步进电机转一圈，对应监测仪器下降多少，这样就可以实现智能化地控制仪器被下降到海面下多深。智能化地控制也可以采用搜索表格的方式进行，采用实地验证的方式，监测仪器每下降一米，步进电机转过多少圈，对应建立搜索表格，这样的话，想让仪器下降多少米，就通过软件去搜索表格找到对应步进电机需转过多少圈，控制步进电机按搜索表格所列的圈数转动，即可实现智能化地控制仪器下降至海面下的位置。再通过无线电信号的发送及接收，可实现远程地控制海上浮标搭载的监测仪器在海面下的深度。

支架主体210的侧杆213上活动连接有太阳能板216，为海上浮标所搭载的仪器供电。太阳能板216具有上连接部和下连接部。太阳能板216可分别通过上连接部和下连接部与侧杆213转动连接，此时太阳能板216还可用作支架主体210的上部舱门，在海上浮标的运输过程中或者其他有需要的情形下，太阳能板216作为上部舱门可关闭。在其工作状态，太阳能板216打开到一定位置后锁紧，容易接收到光照，以便为仪器、设备供电。

或者，太阳能板216可通过上连接部与侧杆213转动连接；通过下连接部与下框架215转动连接，该转动连接的位置与侧杆213相隔一定的距离。在关闭状态，太阳能板216作为上部舱门使用；在打开到最大时，太阳能板216的背面被侧杆213抵住，这样上连接部、下连接部和侧杆213形成的三角区域为太阳能板216提供稳定的支撑，有利于太阳能稳定的张开。

在侧杆213上还可包括把手217，既有利于支架主体210的安装、搬运，同时也为太阳能板216在打开状态时提供支撑。在支架主体210上具有太阳能板216的锁紧装置，例如，当太阳能板216打开状态时，太阳能板216背面被弹簧拉住，弹簧的另一端设置在支架主体210上。

参见图3，海上浮标的浮体100主要为海上浮标提供浮力，浮体100大体上呈圆柱形，浮体100包括核心浮力区域110和抗冲击区域120，核心浮力区域110主要位于浮体100的中部，抗冲击区域120设于核心浮力区域110的周边外侧。当浮体100受到外部物体碰撞时，首先碰到的是抗冲击区域120，抗冲击区域120为浮体100提供了保护。在浮体100的中心区域具有中央通孔130，通过该中央通孔130可将相关仪器伸入到海水当中一定深度或从海水当中提上来，例如流速仪等，以便获得水文数据；而且，海水冲击到海水浮标时，海水穿过支架主体210后可从中央通孔130流回到大海当中。核心浮力区域110可由金属、塑料等材料形成一定的封闭空腔，为浮体100提供足够的浮力。核心浮力区域110的上表面具有多个凹槽140，该凹槽140中可配重，提升海上浮标的稳定性。抗冲击区域120可由密度较小的泡沫、橡胶等材料制成，一方面可提供浮力，另一方面对浮体100提供保护，即使抗冲击区域120受损，也没有形成空腔存储海水，这样保证浮体100即使部分受损，也能正常工作。

在圆柱形浮体100的底部边缘形成有倾斜面150，例如，将圆柱形浮体100底部环切一等腰直角三角形，即倾斜面150的倾斜角度为45°，由于绕柱环流现象，可使得纵横向的冲击力转化为向上的升沉力，提高浮体100稳定性。

参见图4，海上浮标还包括底部支撑架300，底部支撑架300设于浮体100的下方，用于支撑浮体100。底部支撑架300可通过螺钉固定在浮体100的底部。底部支撑架300呈长方体形状布置，底部支撑架300采用多根杆状物相互连接形成，例如采用金属杆及辐条焊接而成，使得底部支撑件受到海水冲击时，受力面积较小，提高海上浮标的稳定性。

底部支撑架300的底部可由4根长杆310，例如钢筋，首尾相连焊接成正方形，底部支撑架300的顶部可由4根长杆310首尾相连焊接成正方形，底部支撑架300的底部正方形和顶部正方形通过短杆320连接成一体。顶部的正方形每条边上都焊接有2根相对布置的长辐条330，相当于在顶部的正方形上形成井字性框架，井字形框架中间的口子对应于浮体100中心区域的中央通孔130，以便需伸入海水的监测仪器通过，长辐条330上具有通孔或螺孔，可用螺钉将底部支撑架300连接到浮体100的底部，便于维修和安装。

底部支撑架300的底部正方形上设置有连接头340，连接头340上具有通孔或螺纹孔，便于将多个底部支撑架300连接在一起，例如将2个海上浮标通过底部支撑件的连接头340连接在一起，放置不同的仪器，同时获取不同监测数据。或者可用绳索穿过底部支撑架300连接头340的通孔，将海上浮标从海上某一位置拖拽到另一位置进行监测，而不需要费力地搬运，甚至在拖拽海上浮标的过程中，其搭载的仪器、设备还在工作，可获得实时的水文变化的数据，非常方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述海上浮标包括：

浮体，所述浮体包括核心浮力区域和抗冲击区域，所述抗冲击区域设于所述核心浮力区域的周边外侧；

上层支架，所述上层支架设于所述浮体上方，所述上层支架包括穿透性的支架主体、仪器舱和缓冲圈，所述仪器舱设于所述支架主体上，所述缓冲圈环绕所述仪器舱设置。

2.如权利要求1所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述缓冲圈包括内缓冲圈和外缓冲圈，所述内缓冲圈连接于所述仪器舱的顶部，所述内缓冲圈的外侧设置有多个弹性件，所述外缓冲圈通过所述弹性件连接于所述内缓冲圈的外侧。

3.如权利要求2所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述内缓冲圈和所述外缓冲圈均为圆形，所述内缓冲圈的直径小于所述外缓冲圈的直径，所述弹性件为刚性弹簧。

4.如权利要求2所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述支架主体包括至少三根侧杆、至少三根下底杆和至少三根上顶杆，所述至少三根下底杆在下底面围合，所述至少三根上顶杆在上顶面围合；所述侧杆的上端连接于所述上顶杆，所述侧杆的下端连接于所述下底杆；所述上顶杆的长度小于所述下底杆的长度。

5.如权利要求4所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述上顶杆是所述仪器舱底面的一部分，所述侧杆上安装有侧立的太阳能板。

6.如权利要求4所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述支架主体还包括上框架和下框架，所述上框架和所述下框架均位于所述上顶杆和所述下底杆之间，所述上框架、所述下框架和所述侧杆围成开放空间，所述开放空间用于安置剖面升降系统。

7.如权利要求1-6任意一项所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述核心浮力区域的中间具有中央通孔，便于将搭载的仪器伸入到海水当中。

8.如权利要求7所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述浮体底部边缘形成有倾斜面。

9.如权利要求1-6任意一项所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述海上浮标还包括底部支撑架，所述底部支撑架设于所述浮体的下方，用于支撑所述浮体。

10.如权利要求9所述的高稳定性的海上浮标，其特征在于，所述底部支撑架呈长方体形状布置，所述底部支撑架的底端设置有连接头，所述连接头上具有通孔或螺纹孔。

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