CN113501091A - 一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统，属于海洋观测领域，该装置包括托架和至少两个夹持件，各所述夹持件首尾通过电磁解锁螺栓连接后将所述托架固定在冰基剖面仪上；所述电磁解锁螺栓包括壳体、连接件、锁扣件和驱动件，所述连接件一端穿过一夹持件后固定在另一相连的夹持件上，另一端伸入所述壳体中且开有沿轴向的沉孔和沿径向的贯通孔，所述壳体内壁开有卡槽，所述电磁解锁螺栓可切换于两个工作位，配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间。具有结构简单，工作稳定、可靠性强等特点。

Description

一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统
技术领域
本发明涉及冰基剖面仪技术领域，具体涉及一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统。
背景技术
北极对全球气候变化具有重要影响，但由于北极常年被海冰覆盖，导致传统剖面仪无法在北极工作。而北极影响全球气候的内在机制，受限于观测数据较少始终未能明确。许多机构致力于研发用于北极长期观测的装备，在多年的努力下，一系列冰基剖面仪被用于北极的观测。
随着全球气候变暖，北极海冰年龄越来越年轻，融化的速度越来越快。现存的冰基剖面仪要布放在多年冰上，一方面只有多年冰可以承受整个系统的重量，另一方面，海冰的快速消融使得薄冰上的表面浮体很快失去海冰的支撑，被强大的穿极流冲向浅水导致搁浅。一旦搁浅，冰基剖面仪就不能正常工作，严重者还可能导致冰基剖面仪的丢失。这就导致适合布放冰基剖面仪的冰层越来越少，极大地限制了冰基剖面仪的适用范围。此外，由于海洋环境的复杂性，冰基剖面仪极容易发生缠绕等不可预见的异常情况，都会导致整个系统的瘫痪。
可见，各种原因限制了冰基剖面仪的适用范围，缩短了冰基剖面仪的寿命，相比于其高昂的成本，布放冰基剖面仪得不偿失。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种冰基剖面仪释放装置，以解决相关技术中存在的冰基剖面仪与其数据采集系统不可分离，数据采集系统一旦搁浅、或与冰基剖面仪发生缠绕、或其他原因导致的通信中断，都会导致整个系统瘫痪的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种冰基剖面仪释放装置，包括：托架；至少两个夹持件，各所述夹持件首尾通过电磁解锁螺栓连接后将所述托架固定在冰基剖面仪上；其中所述电磁解锁螺栓包括壳体、连接件、锁扣件和驱动件，所述连接件一端穿过一夹持件后固定在另一相连的夹持件上，另一端伸入所述壳体中且开有沿轴向的沉孔和沿径向的贯通孔，所述壳体内壁开有卡槽，所述电磁解锁螺栓可切换于锁紧和释放两个工作位之间，并配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间，使所述壳体和连接件可脱离。
进一步地，所述托架上安装有导向滚轮。
进一步地，所述夹持件包括弹性包带和卡块，所述卡块设置在所述弹性包带与所述冰基剖面仪之间。
进一步地，相连接的两个夹持件之间还设置有分离弹簧，在托架与冰基剖面仪之间设置有外推弹簧。
进一步地，还包括电螺管，所述驱动件的另一端伸入电螺管。
进一步地，所述电螺管与所述驱动件之间设置有弹簧。
进一步地，所述壳体包括顶盖及固定在所述顶盖上的螺套。
进一步地，还包括用于安装控制单元的控制舱，以及用于无线通信的感应耦合模块和水下WIFI模块，所述电磁解锁螺栓、感应耦合模块、水下WIFI模块通过水密接插件分别连接到控制单元。
进一步地，还包括用于安装电源的电池舱，所述控制舱通过水密接插件连接到电池舱。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种数据采集系统，包括：表面浮体、包塑钢缆、压载块、冰基剖面仪以及第一方面所述的冰基剖面仪释放装置，所述包塑钢缆的一端与所述表面浮体相连，所述包塑钢缆的另一端与所述压载块相连，所述冰基剖面仪安装在所述冰基剖面仪释放装置上，所述冰基剖面仪释放装置套装在所述包塑钢缆上，可沿所述包塑钢缆滑动。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请提出一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统，为了实现托架与冰基剖面仪的释放功能，电磁解锁螺栓可切换于锁紧和释放两个工作位之间，并配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间，使所述壳体和连接件可脱离。当需要释放时，控制系统发出指令使电磁解锁螺栓处于释放工作位，从而释放了弹性包带的预紧力，解除了托架与冰基剖面仪的锁定。所以在系统正常工作时可以保证整体运行安全可靠；在发生异常情况时可以将冰基剖面仪释放出来独立工作，较好地解决了以往技术中存在的：冰基剖面仪与其数据采集系统不可分离，数据采集系统一旦搁浅、或与冰基剖面仪发生缠绕、或其他原因导致的通信中断，都会导致整个系统瘫痪的问题。其提升了冰基剖面仪的适用范围与成活率，降低了数据成本，其结构简单，工作稳定，可靠性强。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本发明实施例提供的一种冰基剖面仪释放装置的结构示意图，该图中包含了冰基剖面仪。
图2为本发明实施例提供的电磁解锁螺栓结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种数据采集系统的结构示意图，图中所示为搁浅后的释放过程；
图4为本发明实施例提供的系统运行状态检测机理框图。
图中的附图标记有：表面浮体1，包塑钢缆2，压载块3，冰基剖面仪4，海床5，海岸6，海冰7，开阔水域8，铱星9，地面控制中心10，外推弹簧11，托架12，导向滚轮13，卡块14，弹性包带15，分离弹簧16，电池舱17，感应耦合模块18，控制舱19，水下WIFI模块20，弹簧槽21，电磁解锁螺栓22，顶盖23，螺套24，连接件25，密封圈26，电螺管27，弹簧28，锁扣件滚珠29，驱动件30，导线31。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种冰基剖面仪释放装置，可以包括：托架12和至少两个夹持件，各所述夹持件首尾通过电磁解锁螺栓22连接后将所述托架固定在冰基剖面仪4上；其中所述电磁解锁螺栓22包括壳体、连接件、锁扣件和驱动件30，所述连接件一端穿过一夹持件后固定在另一相连的夹持件上，另一端伸入所述壳体中且开有沿轴向的沉孔和沿径向的贯通孔，所述壳体内壁开有卡槽，所述电磁解锁螺栓22可切换于锁紧和释放两个工作位之间，并配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间，使所述壳体和连接件可脱离。
由上述实施例可知，本申请提出一种冰基剖面仪释放装置，为了实现托架与冰基剖面仪的释放功能，电磁解锁螺栓可切换于锁紧和释放两个工作位之间，并配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间，使所述壳体和连接件可脱离。当需要释放时，控制系统发出指令使电磁解锁螺栓处于释放工作位，从而释放了弹性包带的预紧力，解除了托架与冰基剖面仪的锁定。所以在系统正常工作时可以保证整体运行安全可靠；在发生异常情况时可以将冰基剖面仪释放出来独立工作，较好地解决了以往技术中存在的：冰基剖面仪与其数据采集系统不可分离，数据采集系统一旦搁浅、或与冰基剖面仪发生缠绕、或其他原因导致的通信中断，都会导致整个系统瘫痪的问题。其提升了冰基剖面仪的适用范围与成活率，降低了数据成本，其结构简单，工作稳定，可靠性强。
本发明实施例中，为了实现冰基剖面仪4与其数据采集系统的分离，则数据采集系统的包塑钢缆2不能直接穿过冰基剖面仪4，且冰基剖面仪4需采用浮力调节的驱动方式。因此，本发明设计的冰基剖面仪释放装置增设托架12，该托架12上设置有导向滚轮13，以便于其带着冰基剖面仪4沿着包塑钢缆2垂直运动，从而可以获取剖面数据。
本发明实施例中，所述夹持件包括弹性包带15和卡块14，为了实现托架12与冰基剖面仪4的连接紧固，所述卡块14安装在所述弹性包带15与冰基剖面仪之间，使得弹性包带15的预紧力通过卡块14施加到冰基剖面仪4，从而实现锁定功能。通过两段弹性包带15对卡块14施加周向预紧力，而弹性包带15由于形变产生的弹力则通过两端的电磁解锁螺栓22平衡，从而可以将冰基剖面仪4牢牢地固定在托架12上。
本发明实施例中，相连接的两个夹持件之间还设置有分离弹簧16，以确保电磁解锁螺栓22的壳体和连接件之间有足够的分离力实现分离。在托架与冰基剖面仪之间设置有外推弹簧11，用外推弹簧将冰基剖面仪4弹射出去保证了释放过程的快速与可靠，避免了分离过程漫长及其他意外情况的发生。
本发明实施例中，还包括电螺管27，所述驱动件30的另一端伸入电螺管27，以便于电螺21管对驱动件30施加足够的驱动力。
本发明实施例中，所述电螺管27与所述驱动件30设置有弹簧28，以确保驱动件30在锁紧工作位时可以将锁扣件紧紧抵压在贯通孔和卡槽之间，防止其被意外收回。
本发明实施例中，所述壳体包括顶盖23及固定在所述顶盖上的螺套24，以便于将电螺管27装配到电磁解锁螺栓22的螺套中去。
本发明实施例中，还包括用于安装控制单元的控制舱19，以及用于无线通信的感应耦合模块18和水下WIFI模块20，所述电磁解锁螺栓22、感应耦合模块18、水下WIFI模块20通过水密接插件分别连接到控制舱19。从而保证了控制单元不接触海水且可以承受海水的高压，使得对整个系统运行和通信的控制得以实现。
本发明实施例中，还包括用于安装电源的电池舱17，所述控制舱19通过水密接插件连接到电池舱17，从而获取系统运行所必须的电能。
为了保证释放后冰基剖面仪4可以继续工作，托架12、及与托架12相连的除冰基剖面仪4外的所有装置，整体在浮力材料的浮力下处于零浮力状态。因此，冰基剖面仪不必为其他装置提供浮力，从而在释放后可以依靠调节自身浮力继续工作。
如图3所示，本发明实施例还提供一种数据采集系统，包括：表面浮体1、包塑钢缆2、压载块3、冰基剖面仪4以及权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，所述包塑钢缆2的一端与所述表面浮体1相连，所述包塑钢缆2的另一端与所述压载块3相连，所述冰基剖面仪4安装在所述冰基剖面仪释放装置上，所述冰基剖面仪释放装置套装在所述包塑钢缆2上，可沿所述包塑钢缆2滑动。
这不仅使得剖面仪可以采集到垂直剖面的数据，且可以将这些数据实时地传回实验室。
本发明实施例的工作过程如下：首先用两段弹性包带15和卡块14将冰基剖面仪4压缩外推弹簧11后固定在托架12上，弹性包带15的两端压缩分离弹簧16后用电磁解锁螺栓22连接紧固，且壳体和连接件25分别位于两段弹性包带的两侧。在锁定状态下，电磁解锁螺栓22的驱动件30在弹簧28的作用下与锁扣件滚珠29抵接，使得锁扣件滚珠29抵压在壳体的贯通孔和卡槽之间，从而实现壳体和连接件25的轴向锁定。至此，弹性包带15将其弹性预紧力施加到卡块14上，实现了对冰基剖面仪的周向和轴向锁定；弹性包带15的两端利用电磁解锁螺栓22平衡了弹性包带15和分离弹簧16的预紧力，电磁解锁螺栓22的导线31通过水密接插件连接到控制舱19。
当系统正常工作时，冰基剖面仪4和托架12锁定在一起，沿着包塑钢缆2垂直运动的同时测量数据，并将采集的数据通过水下WIFI模块20与所述冰基剖面仪释放装置无线相连，所述感应耦合模块18和水下WIFI模块20相连，用于接收水下WIFI模块20传回的数据，并将数据通过感应耦合传回表面浮体1，所述表面浮体1通过铱星与地面控制中心通信。
在工作过程中，控制系统根据图4机理检测冰基剖面仪工作状态，其中，深度数据从冰基剖面仪获取，倾斜角度信息从倾斜仪获取。当检测到异常情况，就给电磁解锁螺栓22的电螺管27一个电压信号，电螺管对驱动件30产生吸力，克服弹簧28的弹力和锁扣件滚珠29的挤压力，使得驱动件30的凹槽对准锁扣件滚珠29，锁扣件滚珠29在径向力的作用下落入连接件25的通道中，从而实现了壳体和连接件25的解锁。进而，在弹性包带15和分离弹簧16的预紧力下，壳体和连接件25分离，弹性包带15在预紧力的作用下带动卡块14脱离冰基剖面仪4，实现冰基剖面仪4的解锁。最后，冰基剖面仪4在外推弹簧11的作用下被弹射出去，完成释放。释放后的冰基剖面仪依靠调节自身浮力继续工作，当运行到开阔水域就浮出水面，通过铱星与地面控制中心通信。
本申请提出一种冰基剖面仪释放装置及数据采集系统，其在系统正常工作时可以保证整体运行安全可靠；在发生异常情况时可以将冰基剖面仪释放出来独立工作。较好地解决了以往技术中存在的：冰基剖面仪与其数据采集系统不可分离，数据采集系统一旦搁浅、或与冰基剖面仪发生缠绕、或其他原因导致的通信中断，都会导致整个系统瘫痪的问题。其提升了冰基剖面仪的适用范围与成活率，降低了数据成本，其结构简单，工作稳定，可靠性强。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种冰基剖面仪释放装置，其特征在于，包括：
托架；
至少两个夹持件，各所述夹持件首尾通过电磁解锁螺栓连接后将所述托架固定在冰基剖面仪上；
其中所述电磁解锁螺栓包括壳体、连接件、锁扣件和驱动件，所述连接件一端穿过一夹持件后固定在另一相连的夹持件上，另一端伸入所述壳体中且开有沿轴向的沉孔和沿径向的贯通孔，所述壳体内壁开有卡槽，所述电磁解锁螺栓可切换于锁紧和释放两个工作位之间，并配置为：在锁紧工作位，所述驱动件的一端伸入所述沉孔中且将所述锁扣件抵压在所述贯通孔和卡槽之间；在释放工作位，所述驱动件收回，所述锁扣件不位于所述贯通孔和卡槽之间，使所述壳体和连接件可脱离。
2.根据权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，所述托架上安装有导向滚轮。
3.根据权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，所述夹持件包括弹性包带和卡块，所述卡块设置在所述弹性包带与所述冰基剖面仪之间。
4.根据权利要求1或3所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，相连接的两个夹持件之间还设置有分离弹簧，在托架与冰基剖面仪之间设置有外推弹簧。
5.根据权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，还包括电螺管，所述驱动件的另一端伸入电螺管。
6.根据权利要求5所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，所述电螺管与所述驱动件之间设置有弹簧。
7.根据权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，所述壳体包括顶盖及固定在所述顶盖上的螺套。
8.根据权利要求1所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，还包括用于安装控制单元的控制舱，以及用于无线通信的感应耦合模块和水下WIFI模块，所述电磁解锁螺栓、感应耦合模块、水下WIFI模块通过水密接插件分别连接到控制单元。
9.根据权利要求8所述的冰基剖面仪释放装置，其特征在于，还包括用于安装电源的电池舱，所述控制舱通过水密接插件连接到电池舱。
10.一种数据采集系统，其特征在于，包括：表面浮体、包塑钢缆、压载块、冰基剖面仪以及权利要求1-9任一项所述的冰基剖面仪释放装置，所述包塑钢缆的一端与所述表面浮体相连，所述包塑钢缆的另一端与所述压载块相连，所述冰基剖面仪安装在所述冰基剖面仪释放装置上，所述冰基剖面仪释放装置套装在所述包塑钢缆上，可沿所述包塑钢缆滑动。
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