CN112478059A - 一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置 - Google Patents

一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置 Download PDF

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CN112478059A
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沈银杰
徐剑
张学峰
鹿灿
王子辰
房祥丽
李中政
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，包括金属架体，还包括所述金属架体上安装主控电路装置以及安装在所述主控电路装置下的信息采集装置；所述金属架体上部设置有动力控制装置，所述动力控制装置设置有减速电机、减速电机主控板和电源；述金属架体中部设置有浮力装置；所述主控电路设置有控制装置、ARDUINO芯片装置，GPS接收器装置；所述浮力装置包括镶嵌在金属架体上的可以调节浮沉的浮沉筒，所述浮沉筒下方经透明胶皮导管与装置底部相连；所述信息采集装置设置有深度传感器、温度传感器、pH采集装置、盐度探测装置、浊度探测装置、电导率采集装置。本发明能够自主调节浮力，使同一装置在不同深度时达到稳定状态，从而进行后续数据的采集测量。

Description

一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置
技术领域
本发明涉及潜标、GPS、POS、5G传输等技术，特别涉及一种小型化自潜式探测、水下自潜式探测密封舱技术和电路集成设计技术。
背景技术
21世纪是属于海洋的世纪。海洋是一个巨大的资源宝库，蕴藏着丰富的矿产能源，想要真正地开发和利用海洋，就必须对海洋进行深入的研究调查，尤其是要对海洋要素进行测量和分析。
我国拥有漫长的海岸线和广阔的海洋疆域，具有得天独厚的优势，但是由于海洋环境的复杂多样性，使得我国对海洋要素的监测和管理难以稳定有序进行。而针对传统的海洋监测方式来说，往往存在着：监测周期漫长、获取数据相对单一、数据无法实时更新等一系列不足和缺陷，会耗费大量的人力、物力和财力成本。况且由于海洋内环境数据的采集本身就受到多方面因素的影响，使得海洋要素的测量收集难度加大，尤其是同时对温度、盐度、深度、pH值、电导率、浊度等多个海洋要素依次性采集，更是难以实现。
同中国专利201911305810.7对比，该专利提供的产品主要用于采集并储存海洋环境信息，利用一种多参数传感器的海洋环境信息潜标装置，来测量和收集不同海洋环境下的噪声信息、水声信号、海水温度等参数，借助多个子段的数据整合打包，最终交由计算机处理数据。与该专利不同的是，本专利所采集的海洋要素更为多元化，额外增加了对pH值、电导率、盐度的数据采集，使得获取的信息数据较为全面具体，为后期的数据库统计整合提供便利，同时也为研究人员提供了多个研究角度，以便于反映出海底的真实数据情况。
同中国专利201010591392.5对比，该专利公开的海洋升降潜标系统，其中的浮标通过通信系留揽连接水下的绞车，水下绞车固定在主浮体上。利用控制系统实现对水下绞车的控制，从而对潜标进行上升或者下降的控制。但是该专利存在许多不足，由水下绞车进行牵引的浮标灵活性不足，在不同深度的多要素测量时，存在弊端。并且该装置随着工作时长的增加，运行部件的气密性会受到极大的影响，在长时间连续观测上难以实现。
发明内容
本发明的目的在于解决现有潜标系统测量数据不足的问题和弊端，提供了一种面向近海环境监测保护的多要素测量潜标系统，该系统可以有效采集位于不同深度的多个海洋要素数据，将所得到的大量数据信息进行分析整理，从而解决人们生产生活对海洋监测的需求。
本发明面向近海环境监测保护，服务于海洋养殖、海洋调查、海洋环境评价等领域，可以及时、准确、可靠的反映全方位的海洋环境要素。此外，本发明所涉及到的技术在科技、军事等未来发展方向上，同样具有十分广泛的应用前景。
本发明实现上述目的的技术方案为：一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，主要包括金属架体、透明隔板，安装在所述架体上的主控电路装置和安装在所述主控电路装置下的信息采集装置；所述金属架体上部设置有动力控制装置；所述的动力控制装置设置有减速电机、减速电机主控板和电源；所述金属架体中部设置有浮力装置；所述主控集成电路板设置有控制装置、ARDUINO芯片装置，GPS接收器装置；所述浮力装置包括镶嵌在金属架体上的可以调节浮沉的浮沉筒；所述浮沉筒下方有一根透明胶皮导管与装置底部相连；所述信息采集装置设置有深度传感器、温度传感器、pH采集装置、盐度探测装置、浊度探测装置、电导率采集装置。
所述电源采用充电式蓄电池。
所述信息采集装置采集到的数据信息通过主控电路板5G传输连接至岸上移动通讯设备。
所述信息采集装置装置底部设置有出水口，所述出水口与所述的透明胶皮导管相连接。
所述金属架体外有圆柱形透明壳体，所述壳体外设置有配重装置。
本发明的有益效果为：
1、实现0-100米自主式测量。本发明能够自主调节浮力，使同一装置在不同深度时达到稳定状态，从而进行后续数据的采集测量。
2、实现多个海洋要素的测量。本发明可以实现对温度、深度、pH值、盐度、浊度、电导率等多个海洋要素的采集。
3、设计结构巧妙，运行稳定。本发明整体为竖直式结构，在壳体四个方向上增加了配重装置，增加了运行时的稳定性，最大可能地减少了海洋内部因素，如：海浪、涌流等对装置的影响。
4、具有良好的密封性。本发明能有效防止所述内部电路板装置等核心设备进水，避免其被水损坏。
附图说明
图1：本发明一种基于多要素测量的海洋潜标系统的结构正视图；
图2：本发明一种基于多要素测量的海洋潜标系统的信息流程图；
附图标注：1、减速电机主控板；2、透明隔板；3、金属架体；4、充电式蓄电池；5、减速电机；6、浮沉筒；7、透明胶皮导管；8、控制装置和ARDUINO芯片装置；9、GPS接收器装置；10、pH采集电路板；11、盐度、电导率采集电路板；12、pH采集探头；13、盐度、电导率采集探头；14、浊度采集探头；15、LED显示灯；16、温度采集探头；17、深度采集探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的介绍。
如图1与图2所示，一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，包括自上至下依次连接的动力控制装置、供电装置、浮力装置、主控电路装置、信息采集装置。其中浮沉筒6下端的透明胶皮导管和装置底部相连接；动力控制装置之间通过电路导线相连接；主控电路装置与信息采集装置之间通过导线相连接。
所述的动力控制装置主要由减速电机主控板1、充电式蓄电池4、减速电机5三部分组成。其中减速电机主控板1负责控制减速电机5，主控板内部的控制器中设置有动力、速度控制、位移控制等程序。该主控板能够控制并实现减速电机5的运行，从而带动浮沉筒6内的隔片上下驱动，进而实现吸水或者排水的功能。
所述供电装置为充电式蓄电池4，该电池与各个用电装置相连接，为这个潜标系统提供电源。
所述的浮力装置主要由浮沉筒6和透明胶皮导管7构成，浮沉筒6采用轻质材料，其内部为中空结构。借助动力控制装置的操控，可以对浮沉筒内部水量进行控制，达到整个装置上浮或者下潜的目的。
所述的主控电路装置主要包括：控制装置和ARDUINO芯片装置8、GPS接收器装置9、pH采集电路板10、盐度、电导率采集电路板11。其中控制装置和ARDUINO芯片装置是整套装置的核心部件，它连接pH采集电路板10和盐度、电导率采集电路板11，将所收集的信息数据进行收集并整合到SD卡中，之后将数据借助5G传输至岸上人员的移动通讯设备处。GPS接收装置能够实时采集当前位置的坐标信息，将该位置的坐标发送至数字地图。而pH采集电路板10和盐度、电导率采集电路板11是将pH采集探头12、盐度、电导率采集探头13所采集到的信息进行收集并处理，之后将整合好的数据传输至控制装置和ARDUINO芯片装置上。
所述的信息采集装置有pH采集探头12、盐度、电导率采集探头13、浊度采集探头14、温度采集探头16、深度采集探头17等元件。这些探头分别对潜标装置处于不同深度时的pH值、盐度、电导率、浊度、温度等海洋要素进行测量并收集存储。
本发明中，各个设备舱之间由金属架体3提供支撑，各个设备舱之间由透明隔板2隔开，且均为密封的空间。这样既有利于各个设备的管理，又充分保证了设备的密封性。尤其是在装置底部，采用了特质的材料，这些材料强度大、防水性好，可以充分的保障设备装置的安全性。
本发明工作时的具体流程是：操作人员到达选定的投放地点后，首先打开装置的电源开关，与岸上的通讯设备进行数据连接后。即可将潜标装置投入到所选定的水域当中，电源开关打开后，本发明可进行自主作业。电源对动力控制装置供电后，减速电机5控制浮沉筒6内的隔片进行吸水，从而使得该装置下潜到指定深度。到达指定深度后，各类信息采集探头开始运转，对该深度的pH值、盐度、电导率、浊度、温度等海洋要素进行测量并收集存储，之后这些信息传输到主控电路装置的SD卡上，再由5G传输至岸上人员的移动通讯设备处，完整地实现了多要素海洋信息测量的目的。

Claims (6)

1.一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，包括金属架体，其特征在于，还包括所述金属架体上安装主控电路装置以及安装在所述主控电路装置下的信息采集装置；
所述金属架体上部设置有动力控制装置，所述动力控制装置设置有减速电机、减速电机主控板和电源；
所述金属架体中部设置有浮力装置；
所述主控电路设置有控制装置、ARDUINO芯片装置，GPS接收器装置；
所述浮力装置包括镶嵌在金属架体上的可以调节浮沉的浮沉筒，所述浮沉筒下方经透明胶皮导管与装置底部相连；
所述信息采集装置设置有深度传感器、温度传感器、pH采集装置、盐度探测装置、浊度探测装置、电导率采集装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其特征在于，所述电源采用充电式蓄电池。
3.根据权利要求1所述的一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其特征在于，所述信息采集装置采集到的数据信息通过主控电路板5G传输连接至岸上移动通讯设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其特征在于，所述信息采集装置装置底部设置有出水口，所述出水口与所述的透明胶皮导管相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其特征在于，所述金属架体外有圆柱形透明壳体，所述壳体外设置有配重装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于多要素测量的海洋潜标系统装置，其特征在于，各个设备舱之间由金属架体提供支撑，各个设备舱之间由透明隔板隔开，且均为密封的空间。
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