CN114426086A - 一种海底边界层观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一种海底边界层观测系统，属于海底监测领域，系统包括外部框架结构、耐压舱、释放机构、浮力调节机构和观测仪器；外部框架结构包括第一框架和第二框架，第一框架位于第二框架的正上方，且第一框架与第二框架固定连接；释放机构、浮力调节机构和观测仪器安装于第一框架上；释放机构与工作船上的地质缆可拆卸连接，释放机构用于在地质缆的拉力下，通过释放机构提拉着系统进行下潜，并当系统到达海底后对系统进行释放；浮力调节机构用于在对系统进行回收时，通过调节自身浮力的方式使系统浮出水面；耐压仓安装于第二框架内。该系统能够解决现有技术中在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收的问题。

Description

一种海底边界层观测系统

技术领域

本发明涉及海底监测领域，特别是涉及一种自动布放回收的海底边界层观测系统。

背景技术

海底边界层(Bottom Boundary Layer)是紧贴沉积物-海水界面的一部分底层水体。它不仅代表了海水运动的强烈垂向混合的热点，还是浮游带和底栖带之间的颗粒和溶解物质交换的场所，这些不同的过程相互强烈耦合并相互作用，海底边界层的动态变化过程的认识对于理解海底的生物活动和地球化学转化过程之间的关系至关重要。

海底边界层观测系统是一种广泛使用的在海底进行原位长期观测的坐底观测装备。海底边界层观测系统可以根据观测需求，在观测系统内部加载声学、光学、电学等各种海底观测仪器，可以有效的对海底边界层内部的水体流速、流向、浊度、溶解氧浓度、氧化还原电位等物理、化学、生物、地质的各种参数的长期变化进行观测。在使用海底边界层观测系统时，通常需要将观测系统整体布放在海底，然后等待观测结束后进行回收。目前，现有的海底边界层观测系统均需要通过声学释放器将地质缆与观测系统进行连接完成海底布放，通过在工作船上向地质缆与观测系统之间的声学释放器发送释放命令，从而将地质缆与观测系统断开连接完成布放。但是这种布放方式受声学信号传输影响较大，在大水深或声学信号通讯不畅的复杂海区，往往出现工作船上的声学换能器与海底声学释放器之间无法建立有效通讯或通讯中断的情况，使得地质缆与观测系统之间无法顺利断开连接，导致海底边界层观测系统布放失败。另外，在回收观测系统时，现有技术均采用抛载回收的方式进行回收，这种方式采用浮体材料为观测系统提供浮力，通过声学换能器接收工作船上的声学信号，接收到信号后，观测系统将附加的配重抛弃在海底，系统整体依靠浮体材料提供浮力的浮力上浮至海面。同样的，这种回收方式也受限于声学信号的传输，若不能建立工作船与海底声学释放器之间的有效通讯连接，使得海底边界层观测系统与附加的配重之间无法顺利断开连接，从而导致海底边界层观测系统无法有效回收，出现设备丢失的情况。

因此，现有的海底边界层观测系统的布放回收方法并不适用于水深或声学信号通讯不畅的复杂海区，在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收，这是海底探测领域中亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种海底边界层观测系统，能够自动感应布放、无需抛载即可自动上浮回收，以解决现有技术中在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提出了一种海底边界层观测系统，包括外部框架结构、耐压舱、释放机构、浮力调节机构和观测仪器；

所述外部框架结构包括第一框架和第二框架，所述第一框架位于所述第二框架的正上方，且所述第一框架与所述第二框架固定连接；

所述释放机构、浮力调节机构和观测仪器安装于所述第一框架上；

所述释放机构与工作船上的地质缆可拆卸连接，所述释放机构用于在所述地质缆的拉力下，通过所述释放机构提拉系统整体下潜到海底，并对系统进行释放；

所述浮力调节机构用于在对系统进行回收时，通过调节自身浮力的方式使系统浮出水面；

所述耐压仓安装于所述第二框架内；所述耐压仓用于为系统中的电器设备提供封闭耐压的储藏空间。

可选的，所述释放机构包括释放机构腔体和释放机构支柱；

所述释放机构腔体的一端设有开口；

所述释放机构支柱的顶部从所述开口进入到所述释放机构腔体的空腔内；所述释放机构支柱的底部与所述第一框架的上表面固定连接。

可选的，所述释放机构支柱包括限位轮盘、滑动中心柱、限位柱和支撑底座；

所述限位轮盘为倒扣的“碗”状结构；

所述滑动中心柱一端与所述限位轮盘的凹面固定连接，所述滑动中心柱的另一端与所述限位柱的一端连接；所述限位柱的另一端与所述支撑底座的上表面连接；所述支撑底座的下表面与所述第一框架的上表面固定连接。

可选的，所述滑动中心柱上还套设有一活动环；

所述活动环包括上卡位面、下卡位面和中心孔；

所述中心孔的孔径大于所述滑动中心柱的直径，且所述中心孔套入到所述滑动中心柱上，使所述活动环能够沿着所述滑动中心柱上下滑动；

当所述活动环滑动到所述滑动中心柱的顶部时，所述上卡位面与所述限位轮盘的凹面接触；当所述活动环滑动到所述滑动中心柱的底部时，所述下卡位面与所述限位柱接触。

可选的，所述释放机构腔体包括吊环、释放机构舱体和弹簧销舱体；

所述吊环与所述释放机构舱体的顶部外表面固定连接；所述吊环还与工作船上的地质缆可拆卸连接；

所述释放机构舱体的底部与所述弹簧销舱体的顶部固定连接；所述释放机构舱体和所述弹簧销舱体之间的舱体连通；所述释放机构舱体用于当所述释放机构支柱从开口完全进入到释放机构腔体后，为所述限位轮盘和滑动中心柱提供容纳舱体；所述弹簧销舱体用于当所述释放机构支柱从开口完全进入到释放机构腔体后，为所述限位柱提供容纳舱体；

所述弹簧销舱体内还安装有多个弹簧销机构，所述弹簧销机构用于当系统到达海底并对系统进行释放时，通过弹簧销机构与活动环的配合作用，使释放机构支柱脱离释放机构腔体；

所述弹簧销机构包括弹簧销销体、弹簧、限位板、伸缩支柱和底座；

所述底座与所述弹簧销舱体内壁固定连接，所述伸缩支柱的一端与所述底座固定连接，所述伸缩支柱的另一端与所述限位板一侧固定连接，所述限位板另一侧与所述弹簧销销体固定连接；所述弹簧套设于所述伸缩支柱上；所述限位板用于对所述弹簧销销体进行限位；

所述弹簧销销体用于在地质缆拉取系统进行下潜时，利用弹簧销销体对限位轮盘进行限位；在系统到达海底并进行释放时，利用释放机构腔体的重力和弹簧的弹力，使弹簧销销体沿着活动环的上卡位面移动并卡入到下卡位面，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体带动活动环沿着滑动中心柱从下往上滑动，当活动环的上卡位面滑动到限位轮盘的凹面后停止滑动，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体沿着下卡位面移动并从限位轮盘滑出，从而使得释放机构支柱和释放机构腔体的分离。

可选的，所述弹簧销销体上设置有卡位斜面。

可选的，所述浮力调节机构包括多个玻璃浮球；所述玻璃浮球内置有水体容纳腔；

每一玻璃浮球还分别与一开关阀连接，各个所述开关阀同时与一抽水泵连接；所述抽水泵还与一驱动电机连接；

所述玻璃浮球用于在对系统进行回收时，在驱动电机的驱动下，利用抽水泵将各个玻璃浮球的水体容纳腔中的水体排出，以减轻系统重量并使排出水体后的玻璃浮球产生浮力，以使系统在玻璃浮球的浮力下浮出水面。

可选的，所述玻璃浮球有6个；6个所述玻璃浮球均匀地固定安装于所述第一框架的侧面上。

可选的，所述外部框架结构上还设置有多个POM夹具，多个所述POM夹具用于分别将浮力调节机构、耐压仓和观测仪器装夹并固定到所述外部框架结构上。

可选的，所述第二框架上还设置有可调配重件，所述可调配重件用于调节系统的整体重量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种海底边界层观测系统，该系统整体包括第一框架和第二框架，在第一框架中又安装有释放机构、浮力调节机构和观测仪器；其中，释放机构能够在工作船上地质缆的拉力作用下，提拉着系统整体下潜到海底，且释放机构还能够自动感应系统是否到达海底，并与海底接触后，利用释放机构这一机械结构对系统进行自动释放，不受声学信号波动影响，从而实现了观测系统自动、有效的布放。当系统中的观测仪器对海底边界层观测完毕后，此时对系统进行回收，浮力调节机构采用自主调节自身浮力的方式，使系统浮力上升，从而使系统整体自动浮出水面并完成回收，从而实现了观测系统的自动、有效的回收。在回收时无需抛弃负载，解决了传统抛载回收方法回收方式单一的问题。

该观测系统无论是下放到海底释放的过程中，还是浮出水面回收的过程中，都无需声学释放器发送声学信号，因此也就不受声学信号波动影响，能够解决现有技术中在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收的问题。该观测系统可适用于海底声学通讯距离较远，通讯信号干扰较强，通讯效果差的水体区域，适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的海底边界层观测系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的海底边界层观测系统的主视图；

图3为本发明实施例1提供的海底边界层观测系统的俯视图；

图4为本发明实施例1提供的海底边界层观测系统的仰视图；

图5为本发明实施例1提供的外部框架结构的结构示意图；

图6为本发明实施例1提供的释放机构的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的释放机构的俯视图；

图8为本发明实施例1提供的释放机构的仰视图；

图9为本发明实施例1提供的释放机构的主视图；

图10为本发明实施例1提供的活动环的结构示意图；

图11为本发明实施例1提供的活动环的剖面图；

图12为本发明实施例1提供的释放机构的剖面图；

图13为本发明实施例1提供的释放机构的装配示意图；

图14为本发明实施例1提供的浮力调节机构的电路图；

图15为本发明实施例1提供的释放机构释放动作图；

图16为本发明实施例1提供的海底边界层观测系统的释放回收流程示意图。

附图标记说明：

1-外部框架结构，2-耐压舱，3-释放机构，4-浮力调节机构，5-观测仪器，6-第一框架，7-第二框架，8-释放机构腔体，9-释放机构支柱，10-开口，11-限位轮盘，12-滑动中心柱，13-限位柱，14-支撑底座，15-活动环，16-上卡位面，17-下卡位面，18-中心孔，19-吊环，20-释放机构舱体，21-弹簧销舱体，22-弹簧销机构，23-弹簧销销体，24-弹簧，25-限位板，26-伸缩支柱，27-底座，28-卡位斜面，29-玻璃浮球，30-水体容纳腔，31-开关阀，32-抽水泵，33-驱动电机，34-POM夹具，35-可调配重件，36-防护挡板，37-支撑腿。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种海底边界层观测系统，能够自动感应布放、无需抛载即可自动上浮回收，以解决现有技术中在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种海底边界层观测系统，如图2、图3和图4所示，该系统具体包括：外部框架结构1、耐压舱2、释放机构3、浮力调节机构4和观测仪器5。

如图5所示，所述外部框架结构1包括第一框架6和第二框架7，所述第一框架6位于所述第二框架7的正上方，且所述第一框架6与所述第二框架7固定连接。

本实施例中，第一框架6采用三根不锈钢立柱构成的三角形框架结构，所述释放机构3、浮力调节机构4和观测仪器5安装于所述第一框架6上，所述第一框架6不仅用于保护释放机构3、浮力调节机构4和观测仪器5等设备，还用于承受上部吊环19拉力，以及下方第二框架7以及海床沉积物之间的吸附力的作用。所述观测仪器5包括多普勒单点流速计、多普勒流速剖面仪以及多参数水质仪等各种声学、光学、电学的海底观测设备。

所述释放机构3与工作船上的地质缆可拆卸连接，所述释放机构3用于在所述地质缆的拉力下，通过所述释放机构3提拉系统整体下潜到海底，并对系统进行释放；所述浮力调节机构4用于在对系统进行回收时，通过调节自身浮力的方式使系统浮出水面。

所述耐压仓安装于所述第二框架7内；所述耐压仓用于为系统中的电器设备提供封闭耐压的储藏空间。

本实施例中，第二框架7也采用三根不锈钢立柱构成的三角形框架结构，这三根不锈钢立柱分别与第一框架6中的三根不锈钢立柱对应固定连接，且第一框架6的三根不锈钢立柱竖直设置，第二框架7的三根不锈钢立柱倾斜设置，使第一框架6和第二框架7的不锈钢立柱之间呈一定角度，从而使第二框架7的三根不锈钢立柱构成三个支撑腿37，通过这三个支撑腿37对系统整体进行支撑。

本实施例中，第二框架7的支撑腿37上还设置有可调配重件35，如图1所示，所述可调配重件35用于调节系统的整体重量，不仅能够降低系统整体重心，保证观测系统在海底的稳定性。

本实施例中，第二框架7上还可以设置有防护挡板36，所述防护挡板36用于保护耐压舱2，防止耐压舱2在观测系统布放回收过程中发生损坏问题。

应说明的是，本实施例中的第一框架6和第二框架7不仅可以为三角形框架结构，还可以为四边形框架结构，或者其它多边形框架结构，本发明考虑到系统成本和结构稳定性，优选三角形框架结构。

如图6至图9所示，所述释放机构3包括释放机构腔体8和释放机构支柱9；所述释放机构腔体8的一端设有开口10；所述释放机构支柱9的顶部从所述开口10进入到所述释放机构腔体8的空腔内；所述释放机构支柱9的底部与所述第一框架6的上表面固定连接。

其中，所述释放机构支柱9包括限位轮盘11、滑动中心柱12、限位柱13和支撑底座14；

如图5所示，所述限位轮盘11整体呈倒扣的“碗”状结构，限位轮盘11内部为镂空构造，该碗状结构的碗面侧为一凹面。所述滑动中心柱12一端与所述限位轮盘11的凹面固定连接，所述滑动中心柱12的另一端与所述限位柱13的一端连接；所述限位柱13的另一端与所述支撑底座14的上表面连接；所述支撑底座14的下表面与所述第一框架6的上表面固定连接。

如图10和图11所示，本实施例中的滑动中心柱12上还套设有一活动环15；所述活动环15包括上卡位面16、下卡位面17和中心孔18；所述中心孔18的孔径大于所述滑动中心柱12的直径，且所述中心孔18套入到所述滑动中心柱12上，使所述活动环15能够沿着所述滑动中心柱12上下滑动。

如图10所示，所述上卡位面16为沿活动环15顶部向下倾斜的斜面，所述下卡位面17为沿活动环15底部向上倾斜的斜面，且两个斜面相连接构成类似于“飞盘”状的结构，所述上卡位面16和下卡位面17连接处的横截面的直径大于所述限位轮盘11的开口直径，所述限位轮盘11用于当活动环15沿着释放机构支柱9的滑动中心柱12向上滑动时，对所述活动环15的上卡位面16进行限位，使所述上卡位面16能够进入限位轮盘11内部，并将下卡位面17限制在限位轮盘11以外。

在活动环15滑动时，当所述活动环15滑动到所述滑动中心柱12的顶部时，所述上卡位面16与所述限位轮盘11的凹面接触；当所述活动环15滑动到所述滑动中心柱12的底部时，所述下卡位面17与所述限位柱13接触。

所述释放机构腔体8包括吊环19、释放机构舱体20和弹簧销舱体21。

其中，所述吊环19与所述释放机构舱体20的顶部外表面固定连接；所述吊环19还与工作船上的地质缆可拆卸连接。所述吊环19用于起吊观测系统、承受上部工作船地质缆施加的拉力。

所述释放机构舱体20的底部与所述弹簧销舱体21的顶部固定连接；所述释放机构舱体20和所述弹簧销舱体21之间的舱体连通；所述释放机构舱体20用于当所述释放机构支柱9从开口10完全进入到释放机构腔体8后，为所述限位轮盘11和滑动中心柱12提供容纳舱体；所述弹簧销舱体21用于当所述释放机构支柱9从开口10完全进入到释放机构腔体8后，为所述限位柱13提供容纳舱体。

所述弹簧销舱体21内安装有多个弹簧销机构22，所述弹簧销机构22用于当系统到达海底并对系统进行释放时，通过弹簧销机构22与活动环15的配合作用，使释放机构支柱9脱离释放机构腔体8。弹簧销舱体21还可以包括多个弹簧销活动舱，每一个弹簧销机构22对应一个弹簧销活动舱，弹簧销活动舱用于容纳弹簧销机构22，并为弹簧销机构22提供活动空间。

本实施例中，弹簧销活动舱设置有4个，弹簧销机构22也设置有4个，4个弹簧销机构22之间的角度为90度。容易理解的是，弹簧销活动舱和弹簧销机构22的具体数量和相隔角度并不是固定的、唯一的，可视实际情况自行确定。但无论使用多少个弹簧销机构22，所有的弹簧销机构22都应在弹簧销舱体21内呈等角度圆周排列，若弹簧销机构22之间的角度不相等，则会造成受力不均匀，使得观测系统不稳定。

如图12和图13所示，所述弹簧销机构22包括弹簧销销体23、弹簧24、限位板25、伸缩支柱26和底座27。所述底座27与所述弹簧销舱体21内壁固定连接，所述伸缩支柱26的一端与所述底座27固定连接，所述伸缩支柱26的另一端与所述限位板25一侧固定连接，所述限位板25另一侧与所述弹簧销销体23固定连接；所述弹簧24套设于所述伸缩支柱26上；所述限位板25用于对所述弹簧销销体23进行限位；所述弹簧销销体23采用不锈钢材质。

所述弹簧销销体23用于在地质缆拉取系统进行下潜时，利用弹簧销销体23对限位轮盘11进行限位；在系统到达海底并进行释放时，利用释放机构腔体8的重力和弹簧24的弹力，使弹簧销销体23沿着活动环15的上卡位面16移动并卡入到下卡位面17，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体23带动活动环15沿着滑动中心柱12从下往上滑动，当活动环15的上卡位面16滑动到限位轮盘11的凹面后停止滑动，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体23沿着下卡位面17移动并从限位轮盘11滑出，从而使得释放机构支柱9和释放机构腔体8的分离。

如图12所示，本实施例中，所述弹簧销销体23上设置有卡位斜面28，该卡位斜面28能够使弹簧销销体23更容易地在活动环15的上卡位面16和下卡位面17之间进行移动，从而提高了释放机构支柱9和释放机构腔体8分离的成功率，进而提升了系统布放的成功率以及布放的稳定性。

具体的，当系统下潜至海底过程中，在工作船的地质缆对释放机构腔体8的拉力下，弹簧销销体23卡滞于所述限位轮盘11的开口端面位置；当系统到达海底时，地质缆不对释放机构腔体8施加拉力，由于释放机构腔体8的重力作用下，弹簧销销体23的卡位斜面28能够沿着上卡位面16的斜面和下卡位面17的斜面向下移动并卡滞于下卡位面17的底部，此时地质缆恢复对释放机构腔体8的拉力，弹簧销销体23的卡位斜面28沿着下卡位面17的斜面向上移动并带动活动环15向上滑动，使上卡位面16完全进入限位轮盘11内部，在地质缆的持续拉力下，弹簧销销体23的卡位斜面28沿着下卡位面17的斜面滑出限位轮盘11，以使释放机构腔体8脱离释放机构支柱9。本发明通过弹簧销销体23和活动环15的上卡位面16、下卡位面17之间的配合作用，以实现释放机构腔体8和释放机构支柱9的分离，达到系统自动化的、机械式的布放的目的。

本发明中的释放机构3能够在工作船上地质缆的拉力作用下，提拉着观测系统整体下潜到海底，且释放机构3还能够自动感应系统是否到达海底，并与海底接触后，利用释放机构3这一机械结构对系统进行自动释放，不受声学信号波动影响，从而实现了观测系统自动、有效的布放。

图14为本实施例提供的浮力调节机构4的电路图，如图14所示，所述浮力调节机构4包括多个玻璃浮球29；所述玻璃浮球29内置有能够容纳海水的水体容纳腔30。

其中，每一玻璃浮球29还分别与一开关阀31连接，各个所述开关阀31同时与一抽水泵32连接；所述抽水泵32还与一驱动电机33连接；所述玻璃浮球29用于在对系统进行回收时，在驱动电机33的驱动下，利用抽水泵32将各个玻璃浮球29的水体容纳腔30中的水体排出，以减轻系统重量并使排出水体后的玻璃浮球29产生浮力，以使系统在玻璃浮球29的浮力下浮出水面。

所述驱动电机33内部还可以集成有控制模块和锂电池组，驱动电机33的运转由内部的控制模块进行控制，驱动电机33内部的锂电池组为驱动电机33供电，开关阀31用于封闭预先抽入到玻璃浮球29内部的海水。

本实施例中，所述控制模块还可以包括ARM微控制器和时钟模块，控制模块通过ARM处理器发送总体控制命令，通过时钟模块获取时间变化，从而定时控制驱动电机33的启动和停止。控制模块的供电线缆、控制线缆分别连接至驱动电机33内部的锂电池组和耐压舱2的水密接插件。控制模块的控制线缆和外部电脑上位机之间通过RS232接口施行双向数据通讯。本实施例中，外部电脑上位机可以向控制模块发送控制命令，控制命令包括设备唤醒、设备休眠、获取设备状态信息、重置设备参数等。控制模块还可以接收外部电脑上位机反馈的系统控制命令。本实施例中，锂电池组采用12V锂电池组，12V锂电池组通过供电接口线缆与控制模块连接，为控制模块供电。

本实施例中，所述玻璃浮球29设置有6个，6个所述玻璃浮球29通过螺栓均匀地固定安装于所述第一框架6的侧面上。与玻璃浮球29配套的各个开关阀31、驱动电机33和抽水泵32等固定安装于所述耐压仓内。

本发明中的浮力调节机构4的工作原理是：玻璃浮球29预先装满海水，在需要调节浮力，并控制海底边界层观测系统上浮时，利用抽水泵32将玻璃浮球29内的海水排出，使观测系统的总重量发生变化，玻璃浮球29产生浮力，以此来控制观测系统上浮至水面。

本实施例中，当观测系统中的观测仪器5对海底边界层观测完毕后，此时对观测系统进行回收，浮力调节机构4采用自主调节自身浮力的方式，使观测系统浮力上升，从而使观测系统整体自动浮出水面并完成回收，从而实现了观测系统的自动、有效的回收。并且，在回收时无需抛弃负载，解决了传统抛载回收方法回收方式较为单一的问题。

该观测系统无论是下放到海底布放的过程中，还是浮出水面回收的过程中，都无需声学释放器发送声学信号，因此也就不受声学信号波动影响，能够解决现有技术中在水深或声学信号通讯不畅的复杂海区无法有效布放和回收的问题。该观测系统可适用于海底声学通讯距离较远，通讯信号干扰较强，通讯效果差的水体区域，适用范围更广。

本发明的浮力调节机构4充分利用工作环境中的海水介质，使观测系统得到了简化，减小了重量与体积，提高了浮力的调节范围。同时，玻璃浮球29采用硼硅玻璃材料制造，具有热膨胀率低，不易破碎，透明度极高，抗压强度大，重量轻，价格适中，性价比极高，永不腐蚀，无污染，环保，无磁性、不导电等优点。利用玻璃浮球29的材质优势，可有效防止海水的长期腐蚀，同时具备深海下的耐压能力。

容易理解的是，玻璃浮球29的具体数量不局限于6个，还可以是4个或者8个等等，其安装位置也不局限于第一框架6的侧面，还可以在第一框架6上和第二框架7上分别安装玻璃浮球29。因此，玻璃浮球29的具体数量和安装位置并不是固定的、唯一的，可根据实际情况自行设定，只要保证系统回收时，所有玻璃浮球29的总浮力足够使系统浮出海面即可。

本实施例中，所述外部框架结构1上还设置有多个POM夹具34，各个POM夹具34的具体装夹结构分别与浮力调节机构4、耐压仓和观测仪器5适配，POM夹具34用于分别将浮力调节机构4、耐压仓和观测仪器5装夹并固定到所述外部框架结构1上。通过设置POM夹具34，使得浮力调节机构4、耐压仓和观测仪器5等设备能够更轻易的装夹固定，拆卸方便，从而能够有效防止设备丢失，设备拆卸不方便，拆卸费时费力等问题。

本发明提出的一种海底边界层观测系统的布放回收的具体步骤包括：

(1)在工作船的甲板上组装海底边界层观测系统，根据观测需求搭载不同的观测仪器5，并设定观测参数。使用数据通讯线缆一端连接耐压舱2的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机唤醒控制模块，查看浮力调节机构4的状态信息，调试工作状态，设置浮力调节机构4的上浮时间和上浮速度。此时完成预设置，控制模块开始工作。

(2)海底边界层观测系统通过工作船地质缆挂钩与释放机构3吊环19进行连接，地质缆起吊释放机构3，通过释放机构腔体8连接外部框架结构1顶部的释放机构支柱9，释放机构3内部的弹簧销销体23卡入限位轮盘11的下方，如图15A。此时，完成工作船地质缆挂钩与海底边界层观测系统的连接，起吊观测系统入水。

(3)海底边界层观测系统下放至海底时，通过地质缆的张力变化自动判断观测系统是否触底，当地质缆的张力为零或者很小时表示观测系统已经触底，触底后继续放缆直至地质缆处于松弛状态。此时，工作船地质缆对观测系统无牵引力，释放机构腔体8在重力的作用下，沿释放机构支柱9下滑，如图15B。弹簧销销体23通过活动环15的上卡位面16，此时弹簧销销体23内的弹簧24收缩，释放机构腔体8继续在重力的作用下沿释放机构支柱9下滑，最终弹簧销销体23卡入活动环15的下卡位面17，如图15C。此时，工作船开始回收地质缆，工作船地质缆恢复对观测系统的牵引力，释放机构腔体8中的弹簧销销体23在地质缆牵引力的作用下，带动活动环15沿释放机构支柱9向上滑动，如图15D，最终活动环15的上卡位面16到达限位轮盘11内部并停止移动，如图15E，释放机构腔体8在地质缆牵引力的作用下继续向上滑动，此时弹簧24收缩使得弹簧销销体23滑过活动环15的下卡位面17和限位轮盘11，并使释放机构腔体8和释放机构支柱9分离，如图15F。最终工作船地质缆带动释放机构腔体8与系统整体断开连接，完成观测系统的布放工作。

(4)海底边界层观测系统即将完成观测任务时，工作船提前到达布放站位等候观测系统上浮。驱动电机33内置有控制模块，该控制模块的时钟模块到达预定观测结束时间时，自动向控制模块的ARM处理器发送信号，ARM处理器向驱动电机33发送总体控制命令，驱动电机33开始启动工作，抽水泵32将玻璃浮球29内部的海水逐渐抽出，并排入到周围环境中，此时海底边界层观测系统的总重量降低，玻璃浮球29浮力增加，使得观测系统开始上浮。待观测系统上浮至水面后，外部框架结构1上搭载的铱星通讯系统向工作船发送观测系统位置，同时外部框架结构1上还能够搭载闪光灯，闪光灯开始闪烁，发送信号，实现了工作船对已经浮出水面的观测系统的定位和搜寻。

(5)工作船发现观测系统后，通过地质缆完成观测系统的回收工作。观测系统回收完成后，使用数据通讯线缆一端连接耐压舱2的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机唤醒耐压舱2控制模块，查看观测系统的状态信息，调试工作状态，下载观测数据。各个搭载的观测仪器5依据工作程序进行数据回收，观测任务执行完毕。布放和回收的整体流程如图16所示。

本发明提出了一种海底边界层观测系统，该系统根据地质缆的张力变化自动判断感应海底位置，与地质缆吊环19通过机械释放机构3自动断开连接，不受声学信号波动影响，稳定性好，成功率高。并且，该系统的释放机构3结构简单可靠，活动部件较少，使用方便、简单，布放效率高。而且，该系统通过控制浮力调节机构4中抽水泵32对玻璃浮球29的排水量，能够自主调节浮力大小，无需释放压载配重，从而降低了系统整体复杂程度，节约了建造成本，可靠性高，易于拆卸和组装，便于组装布放和维修。该系统的布放和回收动作均可通过控制程序自主完成，无需额外的人工干预，提高了布放效率，可满足短周期、多站位的连续、密集布放的需求，布放成本低，实用性强。并且，该系统整体建造成本较低，观测效果稳定可靠，可广泛适用于海底声学通讯距离较远，通讯信号干扰较强，通讯效果差的区域。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种海底边界层观测系统，其特征在于，包括外部框架结构、耐压舱、释放机构、浮力调节机构和观测仪器；

所述外部框架结构包括第一框架和第二框架，所述第一框架位于所述第二框架的正上方，且所述第一框架与所述第二框架固定连接；

所述释放机构、浮力调节机构和观测仪器安装于所述第一框架上；

所述释放机构与工作船上的地质缆可拆卸连接，所述释放机构用于在所述地质缆的拉力下，通过所述释放机构提拉系统整体下潜到海底，并对系统进行释放；

所述浮力调节机构用于在对系统进行回收时，通过调节自身浮力的方式使系统浮出水面；

所述耐压仓安装于所述第二框架内；所述耐压仓用于为系统中的电器设备提供封闭耐压的储藏空间。

2.根据权利要求1所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述释放机构包括释放机构腔体和释放机构支柱；

所述释放机构腔体的一端设有开口；

所述释放机构支柱的顶部从所述开口进入到所述释放机构腔体的空腔内；所述释放机构支柱的底部与所述第一框架的上表面固定连接。

3.根据权利要求2所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述释放机构支柱包括限位轮盘、滑动中心柱、限位柱和支撑底座；

所述限位轮盘为倒扣的“碗”状结构；

所述滑动中心柱一端与所述限位轮盘的凹面固定连接，所述滑动中心柱的另一端与所述限位柱的一端连接；所述限位柱的另一端与所述支撑底座的上表面连接；所述支撑底座的下表面与所述第一框架的上表面固定连接。

4.根据权利要求3所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述滑动中心柱上还套设有一活动环；

所述活动环包括上卡位面、下卡位面和中心孔；

所述中心孔的孔径大于所述滑动中心柱的直径，且所述中心孔套入到所述滑动中心柱上，使所述活动环能够沿着所述滑动中心柱上下滑动；

当所述活动环滑动到所述滑动中心柱的顶部时，所述上卡位面与所述限位轮盘的凹面接触；当所述活动环滑动到所述滑动中心柱的底部时，所述下卡位面与所述限位柱接触。

5.根据权利要求4所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述释放机构腔体包括吊环、释放机构舱体和弹簧销舱体；

所述吊环与所述释放机构舱体的顶部外表面固定连接；所述吊环还与工作船上的地质缆可拆卸连接；

所述释放机构舱体的底部与所述弹簧销舱体的顶部固定连接；所述释放机构舱体和所述弹簧销舱体之间的舱体连通；所述释放机构舱体用于当所述释放机构支柱从开口完全进入到释放机构腔体后，为所述限位轮盘和滑动中心柱提供容纳舱体；所述弹簧销舱体用于当所述释放机构支柱从开口完全进入到释放机构腔体后，为所述限位柱提供容纳舱体；

所述弹簧销舱体内还安装有多个弹簧销机构，所述弹簧销机构用于当系统到达海底并对系统进行释放时，通过弹簧销机构与活动环的配合作用，使释放机构支柱脱离释放机构腔体；

所述弹簧销机构包括弹簧销销体、弹簧、限位板、伸缩支柱和底座；

所述底座与所述弹簧销舱体内壁固定连接，所述伸缩支柱的一端与所述底座固定连接，所述伸缩支柱的另一端与所述限位板一侧固定连接，所述限位板另一侧与所述弹簧销销体固定连接；所述弹簧套设于所述伸缩支柱上；所述限位板用于对所述弹簧销销体进行限位；

所述弹簧销销体用于在地质缆拉取系统进行下潜时，利用弹簧销销体对限位轮盘进行限位；在系统到达海底并进行释放时，利用释放机构腔体的重力和弹簧的弹力，使弹簧销销体沿着活动环的上卡位面移动并卡入到下卡位面，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体带动活动环沿着滑动中心柱从下往上滑动，当活动环的上卡位面滑动到限位轮盘的凹面后停止滑动，此时在地质缆的拉力下，使弹簧销销体沿着下卡位面移动并从限位轮盘滑出，从而使得释放机构支柱和释放机构腔体的分离。

6.根据权利要求5所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述弹簧销销体上设置有卡位斜面。

7.根据权利要求1所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述浮力调节机构包括多个玻璃浮球；所述玻璃浮球内置有水体容纳腔；

每一玻璃浮球还分别与一开关阀连接，各个所述开关阀同时与一抽水泵连接；所述抽水泵还与一驱动电机连接；

所述玻璃浮球用于在对系统进行回收时，在驱动电机的驱动下，利用抽水泵将各个玻璃浮球的水体容纳腔中的水体排出，以减轻系统重量并使排出水体后的玻璃浮球产生浮力，以使系统在玻璃浮球的浮力下浮出水面。

8.根据权利要求7所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述玻璃浮球有6个；6个所述玻璃浮球均匀地固定安装于所述第一框架的侧面上。

9.根据权利要求1所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述外部框架结构上还设置有多个POM夹具，多个所述POM夹具用于分别将浮力调节机构、耐压仓和观测仪器装夹并固定到所述外部框架结构上。

10.根据权利要求1所述的海底边界层观测系统，其特征在于，所述第二框架上还设置有可调配重件，所述可调配重件用于调节系统的整体重量。

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