CN113060245A - 具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，包括浮球组、沉底装置，以及设于浮球组和沉底装置之间的多个依次串联的仪器包，相邻仪器包之间，以及仪器包和沉底装置之间通过电气承力缆连接，浮球组和仪器包之间通过系留绳索连接，沉底装置内设有水下电源，各仪器包中的传感器通过电气承力缆连接至水下电源，仪器包中还设有分布式浮力件。与现有技术相比，本发明通过电气承力缆，实现潜标系统剖面各观测层位仪器的实时供电和大数据量通信；将水下电源设置在沉底装置中，作为集中的供电电源，提高了相同电容量下的潜标的持续供电时间，并且电源自身作为辅助重块帮助沉底。此外，在仪器包上配置分布式浮力件，从而避免与其连接的系留缆断裂引起仪器包遗失。

Description

具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统
技术领域
本发明涉及一种适用于深蓝海洋的潜标系统，尤其是涉及一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统。
背景技术
长期以来，我国潜标观测技术相对传统，多采用钢缆、尼龙绳等作为系留结构，其上根据研究需求在特定层位布放自带电池的传感器，通常在潜标回收后进行不同层位的数据采集。
但是随着海洋研究的深入，传统的潜标难以满足需求，例如深蓝海洋的研究中，往往需要测量不同层位之间的数据，因此需要配置多个仪器包，多个仪器包之间通过高强度绳索连接，但是由于海洋环境非常复杂，不同传感器的实际耗电量动态变化，难以做到在设计的时候按照实际耗电量进行配比各传感器的电容量，这就导致了实现同样的工作时长要求需要配置更大容量的电池，造成了资源的浪费，此外由于深蓝海洋中复杂的环境导致了绳索断裂风险的增加，绳索断裂后也容易导致仪器包的丢失。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，通过电气承力缆，并将水下电源设置在沉底装置中，可以设置集中的供电电源，提高了相同电容量下的潜标的持续供电时间，并且电源自身作为辅助重块帮助沉底，此外，在仪器包上配置分布式浮力件，从而避免与其连接的系留缆断裂引起仪器包遗失。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，包括浮球组、沉底装置，以及设于浮球组和沉底装置之间的多个依次串联的仪器包，相邻仪器包之间，以及仪器包和沉底装置之间通过电气承力缆连接，所述浮球组和仪器包之间通过系留绳索连接，所述沉底装置内设有水下电源，各仪器包中的传感器通过电气承力缆连接至水下电源，所述仪器包中还设有分布式浮力件。
所述分布式浮力件固定于仪器包的上方。
所述电气承力缆包括：
高强线缆外套，用于承载拉力；
供电及通信线缆，包裹于高强线缆外套内。
所述沉底装置还包括观测仪器适配器，进行系统电能的变压与分配、通信管理，以及收集下级传感器等仪器设备采集的数据并向上级传输信号。
所述沉底装置还包括海床基，所述水下电源和观测仪器适配器均置于海床基内。
所述水下电源和观测仪器适配器之间通过第五水密连接缆连接。
所述观测仪器适配器与电气承力缆之间通过水密连接缆连接。
所述海床基与电气承力缆之间通过法兰连接。
所述浮球组包括浮球架以及设于浮球架内的多个浮球。
所述仪器包内的传感器均通过水密连接缆连接电气承力缆。
所述沉底装置还设有温盐深传感器和声学多普勒流速剖面仪。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过电气承力缆，并将水下电源设置在沉底装置中，可以设置集中的供电电源，提高了相同电容量下的潜标的持续供电时间，并且电源自身作为辅助重块帮助沉底，此外，在仪器包上配置分布式浮力件，从而避免与其连接的系留缆断裂引起仪器包遗失。
2)分布式浮力件固定于仪器包的上方，可以避免电气承力缆弯曲和打结，从而提高潜标的工作稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例第一仪器包结构示意图。
图3为本发明实施例第二仪器包结构示意图。
图4为本发明实施例海床基结构示意图。
图5为本发明实施例第一电气承力缆结构示意图。
图6为本发明实施例第二电气承力缆结构示意图。
其中：1、浮球组，2、浮球架，3、系留绳索，4、第一分布式浮力件，5、第一数采，6、第一仪器包，7、第一法兰，8、第一水密连接缆，9、第二法兰，10、第一电气承力缆，11、第三法兰，12、第四法兰，13、第二分布式浮力件，14、第二水密连接缆，15、第二数采，16、第二仪器包，17、第三水密连接缆，18、第五法兰，19、第六法兰，20、第二电气承力缆，21、第七法兰，22、第八法兰，23、海床基，24、第四水密连接缆，25、第五水密连接缆，26、水下电源，27、观测仪器适配器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，如图1至图4所示，包括浮球组1、沉底装置，以及设于浮球组1和沉底装置之间的多个依次串联的仪器包，其特征在于，相邻仪器包之间，以及仪器包和沉底装置之间通过电气承力缆连接，浮球组1和仪器包之间通过系留绳索连接，沉底装置内设有水下电源26，各仪器包中的传感器通过电气承力缆连接至水下电源26，仪器包中还设有分布式浮力件。
通过电气承力缆，并将水下电源设置在沉底装置中，可以设置集中的供电电源，提高了相同电容量下的潜标的持续供电时间，并且电源自身作为辅助重块帮助沉底，此外，在仪器包上配置分布式浮力件，从而避免与其连接的系留缆断裂引起仪器包遗失。
在一些实施例中，分布式浮力件固定于仪器包的上方，可以避免电气承力缆弯曲和打结，从而提高潜标的工作稳定性。
本实施例中，采用层位架构，两个仪器包分别为第一仪器包6和第二仪器包16，其中，第一仪器包6为上层传感器等仪器的安装平台，除安装有仪器设备外，还搭载有第一分布式浮力件4，以确保与其连接的系留绳索3、第一电气承力缆10在遇到极限海况均断裂的情况下，仍能依靠自身浮力上浮海面，便于工作人员打捞，避免仪器设备的遗失。第一仪器包6底部为第一法兰7，通过螺栓与第一电气承力缆10顶部的第二法兰9紧固连接。
第二仪器包16为中间层传感器等仪器的安装平台，除安装有仪器设备外，还搭载有第二分布式浮力件13，以确保与其连接的第一电气承力缆10、第二电气承力缆20在遇到极限海况均断裂的情况下，仍能依靠自身浮力上浮海面，便于工作人员打捞，避免仪器设备的遗失。第二仪器包16顶部为第四法兰12，通过螺栓与第一电气承力缆10底部的第三法兰11紧固连接。第二仪器包16底部为第五法兰18，通过螺栓与第二电气承力缆20顶部的第六法兰19紧固连接。
海床基23安置于潜标系统底部，作为底层传感器等仪器的安装平台，同时也作为锚泊装置使系统锚定于水下。海床基23上安装有观测仪器适配器27，可进行系统电能的变压与分配、通信管理及收集下级传感器等仪器设备采集的数据并向上级传输信号。海床基23上安装有水下电源26，通过第五水密连接缆25连接观测仪器适配器27。
第一电气承力缆10和第二电气承力缆20作为潜标的主要系留缆，如图5和图6所示，内部有供电及通信线缆，外部是防止扭转、弯曲及承受拉力的特种线缆，可根据实际应用需求调整其长度。第一电气承力缆10两端为第二法兰9、第三法兰11，通过螺栓分别与第一法兰7、第四法兰12紧固连接。第二电气承力缆20两端为第六法兰19、第七法兰21，通过螺栓分别与第一仪器包16的第五法兰18、海床基23的第八法兰22紧固连接。第一水密连接缆8从第一电气承力缆10上端引出，与第一数采8相连。第二水密连接缆14从第一电气承力缆10下端引出，与第二数采15相连。第三水密连接缆17从第二电气承力缆20上端引出，与第二数采15相连。第四水密连接缆14从第二电气承力缆20下端引出，与观测仪器适配器27相连。
第一仪器包6和第二仪器包16分别安装有第一数采5和第二数采15。第一仪器包6中安装的传感器等仪器，均通过水密连接缆连接到第一数采5。第二仪器包16中安装的传感器等仪器，均通过水密连接缆连接到第二数采15。第一数采5和第二数采15，均可实现对其所在层位的仪器设备电能的变压与分配、通信管理以及收集传感器等仪器设备采集的数据。由第一电气承力缆10两端出来的水密连接缆，分别接入第一数采5和第二数采15。由第二电气承力缆20两端出来的水密连接缆，分别接入第二数采15和观测仪器适配27。
现布放该潜标系统于海洋，水深约60m。设计潜标系统如图1所示，共设计三个层位监测海水中的科学数据变化，设计两段电气承力缆，即第一电气承力缆10、第二电气承力缆20，每段约10m。上层第一仪器包6安装温盐深传感器、单点海流计；中间层第二仪器包16安装温盐深传感器、单点海流计、甲烷传感器；底层海床基23安装温盐深传感器，声学多普勒流速剖面仪。
具体的应用过程如下：
(1)在码头准备好本发明涉及的所有零部件、工具等。使用相关工具测试第一电气承力缆10、第二电气承力缆的20的通断性及电气性能，确保电气承力缆供电及数据传输性能可靠。
(2)分别测试各传感器、第一数采5、第二数采15、水下电源26、观测仪器适配器27等仪器设备，确保下水前各仪器设备正常。
(3)将浮球逐个安装进浮球架2；
(4)将第一分布式浮力件4、温盐深传感器、单点海流计、第一数采5安装在第一仪器包6合适安装位，用夹具紧固。通过水密连接缆将温盐深传感器、单点海流计连入第一数采5；
(5)将第二分布式浮力件13、温盐深传感器、单点海流计、甲烷传感器、第二数采15安装在第二仪器包16合适安装位，用夹具紧固。通过水密连接缆将温盐深传感器、单点海流计、甲烷传感器连入第二数采15；
(6)将温盐深传感器、声学多普勒流速剖面仪、水下电源26、观测仪器适配器27分别安装在海床基23安装位处，用夹具紧固；
(7)将海床基23上的温盐深传感器、声学多普勒流速剖面仪、水下电源26使用水密连接缆接入观测仪器适配器27；
(9)将第二电气承力缆20上端的第六法兰19通过螺栓与第二仪器包16的第五法兰18紧固连接，将第二电气承力缆20下端的第七法兰21通过螺栓与第八法兰22紧固连接。将第二电气承力缆20端头处引出的第三水密连接缆17插入第二数采15。将第二电气承力缆20下端的第七法兰21通过螺栓与海床基23的第八法兰22紧固连接。将第二电气承力缆20端头处引出的第四水密连接缆24插入观测仪器适配器27；
(10)将第一电气承力缆10上端的第二法兰9通过螺栓与第一仪器包6的第一法兰7紧固连接。将第一电气承力缆10下端的第三法兰11通过螺栓与第二仪器包16的第四法兰12紧固连接。将第一电气承力缆10的第一水密连接缆8插入第一数采8。将第一电气承力缆10端头处引出的第三水密连接缆17接入第二数采15；
(11)将浮球架2通过普通系留缆3与第一仪器包6连接；
(12)整套装置组装完成；
(13)在码头测试整套系统，确保装置供电、通信、数据采集、存储等一切正常；
(14)将装置起吊上施工船，施工船布放下水；
(15)船只撤离，作业完成。

Claims (10)

1.一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，包括浮球组(1)、沉底装置，以及设于浮球组(1)和沉底装置之间的多个依次串联的仪器包，其特征在于，相邻仪器包之间，以及仪器包和沉底装置之间通过电气承力缆连接，所述浮球组(1)和仪器包之间通过系留绳索连接，所述沉底装置内设有水下电源(26)，各仪器包中的传感器通过电气承力缆连接至水下电源(26)，所述仪器包中还设有分布式浮力件。
2.根据权利要求1所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述分布式浮力件固定于仪器包的上方。
3.根据权利要求1所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述电气承力缆包括：
高强线缆外套，用于承载拉力；
供电及通信线缆，包裹于高强线缆外套内。
4.根据权利要求1所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述沉底装置还包括观测仪器适配器(27)，进行系统电能的变压与分配、通信管理，以及收集下级传感器等仪器设备采集的数据并向上级传输信号。
5.根据权利要求4所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述沉底装置还包括海床基(23)，所述水下电源(26)和观测仪器适配器(27)均置于海床基(23)内。
6.根据权利要求4所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述水下电源(26)和观测仪器适配器(27)之间通过第五水密连接缆(25)连接。
7.根据权利要求4所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述观测仪器适配器(27)与电气承力缆之间通过水密连接缆连接。
8.根据权利要求5所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述海床基(23)与电气承力缆之间通过法兰连接。
9.根据权利要求1所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述仪器包内的传感器均通过水密连接缆连接电气承力缆。
10.根据权利要求1所述的一种具备剖面实时供电和通信功能的分布式浮力配置潜标系统，其特征在于，所述沉底装置还设有温盐深传感器和声学多普勒流速剖面仪。
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