CN114590362A - 海洋内波测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海洋内波测量装置，包括耐压舱体，所述耐压舱体中空且在内部设有电池组、电路板以及铱星模块，所述电池组下方固定有姿态传感器，所述耐压舱体顶部安装有玻璃窗，所述耐压舱体底部开口设有舱体端盖，所述舱体端盖内穿插有防水线缆和温度探头，所述防水线缆底部穿插有通电消磁释放器和重块，所述耐压舱体侧壁设有防护组件，所述耐压舱体外侧设有包裹有浮体材料，所述浮体材料底部设有标准块安装柱和标准块，所述浮体材料外对称设有导流环组件，本发明利用铱星模块发送内波信号，并控制通电消磁释放器释放重物实现装置上浮，且能调节标准块数量实现密度微调，实现固定深度的悬浮，具有操作便捷，结构简单的优点。

Description

海洋内波测量装置

技术领域

本发明属于海洋内波监测技术领域，具体涉及一种海洋内波测量装置。

背景技术

随着社会的发展，科学的提高，海洋的开发、海洋利用以及海洋调查也越来越得到重视，人们逐渐将目光转移到海洋资源的开发上，海洋内波是一种海洋现象，它将海洋上层的能量传至深层，又把深层较冷的海水连同营养物带到较暖的浅层，对于大洋中的质量、动量、能量运输都起着重要的作用。同时，海洋内波也是常见的灾害性海洋环境之一，其能够威胁半潜式及锚定石油平台稳定性，影响钻井、立管安装等海上作业的操控。因此，内波的实时在线预警对于海洋工程的实施有非常重要的意义，能在降低作业风险的同时尽可能拓宽作业窗口期。

公开号为 CN101441077A 的一种内波测量系统，公开了一种海洋内波的测量系统。该系统将CTD安装在漂浮平台上，漂浮平台可以在电机、收放络车和系留索的作用下，上下运动，从而在不同的深度进行海洋内波的探测，该装置存在的技术问题是装置整体结果复杂，使用时需要携带收放络车和系留索，且装置沉入水中后不具有稳定性，容易造成数据的不准确，因此，为了能够更好地检测内波并开发海洋资源，设计一种能够在水中稳定漂浮且结构简易的海洋内波检测装置是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够可调节装置密度，具有悬浮稳定性和防外部干涉能力的一种海洋内波测量装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

海洋内波测量装置，包括两端连通的耐压舱体，耐压舱体顶部设有带孔的玻璃窗，耐压舱体底部固定有舱体端盖，舱体端盖下方连接有通电消磁释放器，耐压舱体外侧壁固定有防护组件，耐压舱体外包裹有浮体材料，浮体材料外侧壁对称设置有导流环组件，耐压舱体上端面向下开设有第一密封槽，密封槽内可设置密封圈，耐压舱体内设置有电池组，电池组上方设有铱星模块，电池组侧方插有电路板，电池组下方固定有姿态传感器。耐压舱体与其上端面的玻璃窗和下端面的舱体端盖形成密封空间，且耐压舱体为金属仓，满足连装置的耐压性能，保护内部的铱星模块不受外部压力影响且能够正常发送信号，姿态传感器能检测内波的存在，并将信号传递至电路板，装置上浮时电路板给予铱星模块信号并通过铱星模块向外发送，玻璃窗相较于其他材质能更好地通过信号，有利于铱星模块和位置传感器将信号向外传输至用户邮箱，第一密封槽内设置密封圈，能避免外部水体从玻璃窗与耐压舱体连接处的缝隙进入耐压舱体内，导致装置被打湿损坏，提高铱星模块的使用时限，耐压舱体外侧包裹的浮体材料用于平衡装置整体重量，使装置能够漂浮于海面而不沉底。

优选地，玻璃窗上设有玻璃窗压片，玻璃窗压片底面与耐压舱体上端面抵接，玻璃窗压片包括穿过玻璃窗通孔并位于耐压舱体上端面下方的螺纹螺栓。玻璃窗压片向下压紧玻璃窗，通过螺纹螺栓穿过玻璃窗的通孔并在耐压舱体上端面向下旋紧，实现玻璃窗压片与玻璃窗的紧固连接，减小外部水体从玻璃窗边缘缝隙的可能性，并保护玻璃窗上端，避免海洋内的生物或礁石撞击玻璃窗造成破裂，进而污染海洋环境，装置在回收后，通过拆卸螺纹螺栓即可实现对耐压舱体内部装置的更换维修，大大缩减了拆装的时间。

优选地，舱体端盖位于耐压舱体内的侧壁开设有第二密封槽，第二密封槽内可设置密封圈，舱体端盖内穿插防水线缆并连接通电消磁释放器，通电消磁释放器上端面上方位于防水线缆上设有温度探头。通过打开舱体端盖能对耐压舱体内的电池组和铱星模块等装置进行更换维修，舱体端盖侧壁的第二密封槽内可设置密封圈，避免外部水体从舱体端盖与耐压舱体连接处的缝隙进入耐压舱体，舱体端盖内的防水线缆对通电消磁释放器释放电流，可控制通电消磁释放器的磁力方向，温度探头通过检测温度的突变，能辅助配合姿态传感器判断内波的存在，并将信号通过电路板发送至铱星模块，再通过铱星模块不断向外界发送信号，实现内波的测量。

优选地，通电消磁释放器底部设有与其通过磁力吸附的重块。重块增加了装置整体重力使装置能够下沉至水平面下，且重块位于装置底部，降低装置重心，一方面保证玻璃窗一端始终朝向上方，便于铱星模块向外发送信号，另一方面有利于装置在水中悬浮的稳定性，装置在放入水体前，通电消磁释放器通过磁力吸附重块对装置整体配重，使装置能够下沉到水体下方进行悬浮，检测到内波后，向对通电消磁释放器通电，使通电消磁释放器磁力反向从而释放重块，装置得以上浮，相较于通过浮力舱和拉绳开控制装置上浮，通过磁力吸附重块结构简单，携带方便且便于维修，大大减少了材料成本和维修成本。

优选地，防护组件包括防护基体，防护基体由两个同轴且两端封口连接的大小圆筒构成，防护基体中空位置设有储液基体，储液基体同样为两个同轴且两端封口连接的大小圆筒构成，储液基体密闭腔体内填充有防冻液，储液基体的内外曲面上均阵列布设有充气袋，同一曲面上水平方向相邻的充气袋之间联通有通气软管。防护基体对耐压舱体的侧面形成防护，避免海洋内生物撞击或撕咬装置造成耐压舱体破坏，使耐压舱体失去密闭性导致铱星模块和电池组等部件遇水损坏，储液基体内的防冻液能够避免装置外部低温水体对耐压舱体传递温度，一方面减缓耐压舱体表面温度流失速度，从而延长耐压舱体材料强度，避免耐压舱体因温度过低而冰冻破裂，另一方面保护内部装置不受深海中过低的温度影响，以保持数据检测都准确性，环绕且阵列设置的充气袋形成了中空隔离，降低了外部低温传递至耐压舱体的速度，且充气袋填充在防护基体与储液基体之间，在海洋生物或岩石撞击到装置侧方时，冲击能量能通过充气袋内的气体压缩膨胀来消耗部分冲击力，以保证内侧的耐压舱体不会受撞击而破损，在装置外侧局部受到撞击时，受冲击部位的充气袋内的气体压缩，并通过通气软管将压缩的气体分散至相邻连接的充气袋，实现冲击力的分散，避免局部充气袋受撞击而破裂。

优选地，浮体材料底部端面对称地设有标准块安装柱，任一标准块安装柱上可滑动地套有多个标准块。浮体材料侧壁阵列开设有螺丝孔，螺丝孔为通孔。海水的密度随着深度增加变大，通过增减标准块的数量能够微调整个装置的平均密度，从而使装置能与某深度海水密度靠近，有利于装置在该深度更稳定地悬浮，从而获得更准确的内波数据。

优选地，导流环组件包括弹性连杆，弹性连杆阵列环绕在浮体材料外侧壁且上下对称布设，导流环组件还包括导流环，导流环通过位于同一水平面的弹性连杆与浮体材料侧壁连接，导流环包括第一环体、第二环体和第三环体，导流环在浮体材料轴线方向上下对称布设。导流环与弹性连杆对浮体材料侧壁形成防护，避免外部生物靠近破坏浮体材料影响装置浮力平衡，使装置沉底，第一导流环、第二导流环和第三导流环将水体向轴向方向两端逐级导流且，能有效提升装置在水中悬浮的稳定性，且第一导流环、第二导流环、第三导流环为喇叭状环体，在装置单侧收到水流冲击时，水体能沿着第一导流环、第二导流环、第三导流环的弯曲环面在水平方向流动，从而分散单侧冲击力，以保持装置在水中悬浮的垂直度，避免装置在水中沉浮时因水流冲击而翻转或猛烈晃动，有利于提高姿态传感器检测内波的准确性，且能减少外部水体进入耐压舱体内的可能性，在装置再水体中碰撞物体时，撞击产生的冲击力能通过导流环的形变而消耗缓冲，进一步提升对浮体材料的保护。

本发明由于采用了标准块来适配装置密度，以及通电消磁释放器吸附和释放重物，并设有导流环组件对提升稳定性，因而具有如下有益效果：可通过拆卸玻璃窗和舱体端盖取出耐压舱体内部设备，便于更换维修；通过对通电消磁释放器通电可实现装置的沉浮，结构简单且制造成本底；防护组件有效避免深海低温对探测内波的影响，并提供耐压舱体外侧防护；导流环组件对冲击水体逐级导流，显著提升装置悬浮稳定性和垂直度，因此，本发明是一种能够可调节装置密度，具有悬浮稳定性和防外部干涉能力的一种海洋内波测量装置。

附图说明

图1为装置整体示意图；

图2为标准块示意图；

图3为装置半剖示意图；

图4为电池组示意图；

图5为防护组件示意图；

图6为防冻液示意图；

图7为导流环组件示意图。

附图标号：1、耐压舱体；10、第一密封槽；11、电池组；12、铱星模块；14、电路板；15、姿态传感器；2、玻璃窗；20、玻璃窗压片；3、舱体端盖；30、第二密封槽；31、防水线缆；32、温度探头；4、通电消磁释放器；40、重块；5、防护组件；50、防护基体；51、储液基体；52、防冻液；53、充气袋；54、通气软管；6、浮体材料；60、标准块安装柱；61、标准块；62、螺丝孔；7、导流环组件；70、弹性连杆；71、导流环；710、第一导流环；711、第二导流环；712、第三导流环。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

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。

海洋内波测量装置，包括耐压舱体1，耐压舱体1为高强度金属材质，耐压舱体1中空且两端连通，耐压舱体1上端环形面向下设有圆形凹口，凹口内固定有玻璃窗2，玻璃窗2上下端面均对称开设通孔，玻璃窗2上设有玻璃窗压片20，玻璃窗压片20上端面向下可移动地穿插有四个螺纹螺栓，耐压舱体1上端面设有对应的四个螺纹孔，螺纹螺栓穿过玻璃窗2的通孔并在耐压舱体1的螺纹孔内拧紧，使玻璃窗压片20向下压紧玻璃窗2，实现玻璃窗2与耐压舱体1的紧固连接，同时耐压舱体1的上端面开设有环形的第一密封槽10，第一密封槽10内可固定密封圈，能减小外部水体从玻璃窗2边缘缝隙进入耐压舱体1内的可能性，玻璃窗压片20保护玻璃窗上端边沿，避免海洋内的生物或礁石撞击玻璃窗2造成破裂，一方面避免破碎玻璃污染海洋环境，另一方面避免水体进入耐压舱体1,损坏装置，装置在回收后，通过拧出螺纹螺栓即可取出玻璃窗压片20和玻璃窗2，便于取出耐压舱体1内的设备。

耐压舱体1中空位置设有电池组11，电池组11上方设有铱星模块12，电池组11侧方通过插槽固定有电路板14，电池组14下方固定有能检测内波的姿态传感器15，耐压舱体1底部端面固定有舱体端盖3，舱体端盖3形成在耐压舱体1下端面的密封，舱体端盖3位于耐压舱体1内的侧壁上开设有第二密封槽30，第二密封槽30内可设置密封圈，能避免外部水体从舱体端盖3的边缘缝隙进入耐压舱体1，舱体端盖3内穿插防水线缆31，舱体端盖3下端面设有连接于防水线缆31的温度探头32，防水线缆31的下方末端连接有通电消磁释放器4。

舱体端盖3内的防水线缆31能对通电消磁释放器4释放正反向电流，从而能够控制通电消磁释放器4的磁力方向，温度探头32通过检测温度的突变，能辅助配合姿态传感器15来判断内波的存在，有利于提升内波检测到精准性，姿态传感器15能检测信号通过电路板14发送至铱星模块12，信号再通过铱星模块12不断向外界发送至用户邮箱，实现内波数据的测量与传递。

耐压舱体1上方的玻璃窗2能更好地使信号通过，有利于铱星模块12通过玻璃窗2向外发送信号至用户邮箱。

通电消磁释放器4底部设有重块40，重块40通过磁力与通电消磁释放器4形成连接。重块4增加了装置整体重力，使装置有足够重量能够下沉至海平面下，且重块4位于装置底部，降低连装置整体重心，一方面保证玻璃窗2一端始终朝向上方，便于铱星模块12向外发送信号，另一方面有利于提升装置在水中悬浮的稳定性，装置在放入水体前，防水线缆31对通电消磁释放器4通入正向电流，此时通电消磁释放器4通过磁力吸附重块40对装置整体配重，使装置能够下沉到水体下方进行悬浮和检测，姿态传感器15检测到内波后，防水线缆31对通电消磁释放器4通入反向电流，此时通电消磁释放器4转变磁力方向从而释放重块40，装置得以上浮，相较于通过浮力舱和通过拉绳滚筒装置来控制装置沉浮，上述方案结构简单，携带方便，同时重块成本更底也便于制造，大大减少了材料成本和提升了操作便捷性。

耐压舱体1的外侧曲面上设有防护组件5，防护组件5包括防护基体50，防护基体50由两个同轴但不同径的大小圆筒组成，大小圆筒之间的空隙位置设有储液基体51，储液基体51同样为两个同轴不同径的大小圆筒组成，储液基体51为密闭腔体且内部填充有防冻液52，储液基体51的内外曲面上均阵列布设有充气袋53，位于同一曲面上的同一水平面的相邻的充气袋53之间连通有通气软管54。

防护基体50对耐压舱体1的侧面形成防护，避免海洋内生物撞击或撕咬装置造成耐压舱体1破坏，使耐压舱体1失去密闭性导致铱星模块12和电池组11等部件遇水损坏，储液基体51内的防冻液52能够避免装置外部的低温水体对耐压舱体1传递温度，一方面减缓耐压舱体1表面温度流失速度，从而延长耐压舱体1材料强度，避免耐压舱体1因温度过低而冰冻破裂，另一方面保护内部装置不受深海低温的影响，以保持内波数据检测的准确性，环绕且阵列设置的充气袋53形成了防护基体50内外圆筒的中空隔离，降低了外部低温传递至耐压舱体1的速度，且充气袋53填充在防护基体50与储液基体51之间，在海洋生物或岩石撞击到装置侧方时，冲击能量能通过充气袋53内的气体压缩膨胀来消耗部分冲击力，以保证内侧的耐压舱体1不会受撞击而破损，在装置外侧局部受到撞击时，受冲击部位的充气袋53压缩膨胀，受压气体通过通气软管54分散至相邻连接的充气袋53，实现冲击力的分散，避免受压的充气袋53受撞击而破裂，同时，通气软管54实现同一水平面上充气袋53的连接，提升了充气袋53与防护基体50内外侧壁的连接稳固性。

防护组件5与耐压舱体1外侧包裹有浮体材料6，浮体材料6上端面与玻璃窗2平齐，浮体材料6的下端面位于通电消磁释放器4低端面上方，浮体材料6底部端面对称地设有标准块安装柱60，任一标准块安装柱60上可调节地套有多个标准块61，设耐压舱体1的质量为m1，体积为v1；浮体材料6的质量为m2，体积为v2；通电消磁释放器4的质量为m3，体积为v3；重块的质量为m4，体积为v4；标准块61的质量和体积分别为m0和v0；装置整体的平均密度为ρ=（m1+m2+m3+m3+nm0)/(v1+v2+v3+v4+nv0),可以通过增减标准块61的数量来微调ρ的大小，将装置整体平均密度ρ设置为某深度海水的密度，即通过上述公式能使实现计算各个影响装置浮力的条件参数，便于通过控制上述条件参数来使装置更精准地悬停于需要测量的海水深度，有利于提升姿态传感器15测量内波的精准度，同时标准块安装柱60和标准块61位于装置底部，有利于降低装置重心从而进一步提升悬浮的稳定性，避免装置受水流扰动而翻滚侧倾。

浮体材料6侧壁下方阵列开设有螺丝孔62，螺丝孔62为通孔。通过在螺丝孔62内拧紧螺纹螺柱，使螺纹螺栓末端顶住通电消磁释放器4，形成通电消磁释放器4与浮体材料6底部内壁的固定。

浮体材料6外侧壁设置有导流环组件7，导流环组件7包括弹性连杆70，弹性连杆70阵列环绕在浮体材料6外侧壁且上下对称布设，导流环组件7还包括导流环71，导流环71通过位于同一水平面的弹性连杆70与浮体材料6侧壁连接，导流环71包括第一环体710、第二环体711和第三环体712，第一环体710、第二环体711和第三环体712在浮体材料6轴线方向上下对称布设，同一开口方向的第一环体710、第二环体711和第三环体712的开口大小逐级递减。

弹性连杆70提供导流环71的支撑，导流环71与弹性连杆70对浮体材料6侧壁形成防护，避免外部生物靠近破坏浮体材料6影响装置浮力平衡，使装置沉底，第一导流环710、第二导流环711和第三导流环712将水体在轴向方向上向两端逐级导流，从而缓冲竖直方向扰动的水体对装置的冲击力，能有效提升装置在水中悬浮的稳定性，第一导流环710、第二导流环711、第三导流环712，在轴向方向对称布设，水体同时作用对称的第一导流环710、第二导流环711和第三导流环712，能使向上和向下的水流冲击被互相抵消，进一步稳定装置的悬浮深度，以提升测量精准度，且第一导流环710、第二导流环711、第三导流环712为喇叭状环体，在装置单侧受到水流冲击时，水体能沿着第一导流环710、第二导流环711、第三导流环712的弯曲环面在水平方向流动，从而分散单侧冲击力，以保持装置在水中悬浮的垂直度，避免装置在水中沉浮时因水流冲击而翻转或猛烈晃动，有利于提高姿态传感器15检测内波的准确性，且能减少外部水体进入耐压舱体1内的可能性，装置在水体中碰撞物体时，撞击产生的冲击力能通过导流环71的形变而消耗缓冲，进一步提升对浮体材料6的保护。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.海洋内波测量装置，包括两端联通的耐压舱体（1），所述耐压舱体（1）顶部设有带孔的玻璃窗（2），所述耐压舱体（1）底部固定有舱体端盖（3），所述舱体端盖（3）下方连接有通电消磁释放器（4），所述耐压舱体（1）外侧壁固定有防护组件（5），所述耐压舱体（1）外包裹有浮体材料（6），所述浮体材料（6）外侧壁对称设置有导流环组件（7），

其特征是，所述耐压舱体（1）上端面向下开设有第一密封槽（10），所述密封槽（10）内可设置密封圈，所述耐压舱体（1）内设置有电池组（11），所述电池组（11）上方设有铱星模块，所述电池组（11）侧方插有电路板（14），所述电池组（11）下方固定有姿态传感器（15）。

2.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述玻璃窗（2）上设有玻璃窗压片（20），所述玻璃窗压片（20）底面与所述耐压舱体（1）上端面抵接，所述玻璃窗压片（20）包括穿过所述玻璃窗（2）通孔并位于所述耐压舱体（1）上端面下方的螺纹螺栓。

3.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述舱体端盖（3）位于所述耐压舱体（1）内的侧壁开设有第二密封槽（30），所述第二密封槽（30）内可设置密封圈，所述舱体端盖（3）内穿插防水线缆（31）并连接所述通电消磁释放器（4），所述通电消磁释放器（4）上端面上方位于所述防水线缆（31）上且设有温度探头（32）。

4.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述通电消磁释放器（4）底部设有与其通过磁力吸附的重块（40）。

5.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述防护组件（5）包括防护基体（50），所述防护基体（50）由两个同轴且两端封口连接的大小圆筒构成，所述防护基体（50）中空位置设有储液基体（51），所述储液基体（51）同样为两个同轴且两端封口连接的大小圆筒构成，所述储液基体（51）密闭腔体内填充有防冻液（52），所述储液基体（51）的内外曲面上均阵列布设有充气袋（53），同一曲面上水平方向相邻的所述充气袋（53）之间联通有通气软管（54）。

6.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述浮体材料（6）底部端面对称地设有标准块安装柱（60），任一所述标准块安装柱（60）上可滑动地套有多个标准块（61），所述浮体材料（6）侧壁阵列开设有螺丝孔（62），所述螺丝孔（62）为通孔。

7.根据权利要求1所述的海洋内波测量装置，其特征是：所述导流环组件（7）包括弹性连杆（70），所述弹性连杆（70）阵列环绕在所述浮体材料（6）外侧壁且上下对称布设，所述导流环组件（7）还包括导流环（71），所述导流环（71）通过位于同一水平面的所述弹性连杆（70）与所述浮体材料（6）侧壁连接，所述导流环（71）包括第一环体（710）、第二环体（711）和第三环体（712），所述导流环（71）在所述浮体材料（6）轴线方向对称布设。

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