CN115042922A - 一种基于自吸附原理的海洋监测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自吸附原理的海洋监测器，包括监测器主体和设于其四周用于捕获待监测对象的触手；监测器主体上设有主控制器、主动式吸盘装置、能源装置、浮态调节装置、监测装置及卫星通信模块；触手通过绳索与监测器主体相连，监测器主体上设有用于对连接触手的绳索进行收放的第一绳索收放装置；触手包括触手壳体、设于触手壳体尾部的水下推进装置和设于触手壳体前部的若干粘附式吸盘，所述粘附式吸盘通过绳索与触手壳体相连，触手壳体内设有用于对连接粘附式吸盘的绳索进行收放的第二绳索收放装置，粘附式吸盘上设有用于释放水下粘附剂的粘附剂释放装置。本发明能够实现对海洋的高精度全天候自动监测，满足了海洋安全需求。
Description
技术领域
本发明属于监测技术领域，涉及一种监测器，具体涉及一种基于自吸附原理的海洋监测器。
背景技术
地球上海洋面积占70％，海洋贸易是国家的经济命脉，保证国家的海上利益需要时刻掌握他国军舰的动向。
常用的监测手段有侦查卫星、海警船、雷达等。侦察卫星利用所载的侦察设备获取信息，具有侦察面积大、范围广、速度快、效果好、可以定期或连续监视、不受国界和地理条件限制等优点，但侦查卫星造价高、数量少、效率低，且面对众多侦查要求，明显不能达到对特定物体的精准监测，还易受自然环境与气候因素的影响。海警船主要负责海域的巡视监测，配备有直升机，使搜救、侦察、执法等方面的机动性大幅提高，但一艘船的造价高、周期长，且由于船体体积大，动力有限，海警船只能监测到部分海域，无法全天候、实时监测，对于某些船舶或物体更无法做到精准监测。
综合现行监测手段及设备，现需要一种监测范围广、全天候工作，精准监测且隐蔽性强的监测器，因此这种基于自吸附原理的海洋监测器应运而生。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于自吸附原理的海洋监测器，用于对海域进行全天候、实时监测，解决现有技术监测不隐蔽的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于自吸附原理的海洋监测器，其特征在于，包括监测器主体和设于其四周用于捕获待监测对象的触手；
所述监测器主体上设有主控制器和与主控制器相连的主动式吸盘装置、能源装置、浮态调节装置、监测装置及卫星通信模块；
所述主动式吸盘装置设于监测器主体顶部，用于吸附在待捕捉对象表面；
所述浮态调节装置用于调整整个海洋监测器的浮力，以进行悬浮高度调整；
所述能源装置为基于波浪能发电的能源装置，用于为监测器主体上设备提供能源；
所述监测装置至少包括水下摄像头，用于检测海洋监测器所处环境信息以及获取捕获对象的监测信息；
所述卫星通信模块用于远程通信，上传监测装置所获取的信息以及接收远程控制指令并传递给主控制器；
所述触手通过绳索与监测器主体相连，监测器主体上设有用于对连接触手的绳索进行收放的第一绳索收放装置，所述绳索内设有软质导线，用于为触手供电；
所述触手包括触手壳体、设于触手壳体尾部的水下推进装置和设于触手壳体前部的若干粘附式吸盘，所述粘附式吸盘通过绳索与触手壳体相连，触手壳体内设有用于对连接粘附式吸盘的绳索进行收放的第二绳索收放装置，粘附式吸盘上设有用于释放水下粘附剂的粘附剂释放装置。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明能够实现在所需监测海域大规模投放，对监测对象进行自动跟随监测，并将监测信息通过卫星通信模块进行远程传输，有效保证了海域安全和信息采集。本发明能够实现全天候自动监测。
附图说明
图1为本发明实施例中海洋监测器整体示意图。
图2为本发明实施例中触手处于释放状态示意图。
图3为本发明实施例中触手处于待命状态示意图，其中图3(a)为纵向剖视图，图3(b) 为横向剖视图。
图4为本发明实施例中粘附式吸盘示意图，其中图4(a)为纵向剖视图，图4(b)为俯视图。
图5为本发明实施例中主动式吸盘装置示意图。
图6为本发明实施例中主动式吸盘装置时第一绳索收放装置示意图。
图7为本发明实施例中监测器主体各装置分布示意图。
图8为本发明实施例中浮态调节装置示意图，其中图8(a)为环形气囊未充气示意图，图4(b)为环形气囊充气示意图。
图9为本发明实施例中浮态调节装置示意图。
图10为本发明海洋监测器使用时捕捉船体并靠拢示意图。
100-监测器主体，11-主控制器，12-主动式吸盘装置，121-密封边，122-吸盘壳体，123- 软质吸盘，124-移动骨架，125-唇圈，126-平移装置，127-连接件，13-能源装置，14-监测装置，15-卫星通信模块，16-第一绳索收放装置，17-容纳空间，200-触手，21-触手壳体，22- 水下推进装置，221-过滤网入口，222-喷水口，23-粘附式吸盘，231-小孔，232-粘附剂储存袋，233-挤压装置，234-粘附剂管，235-单向阀，24-第二绳索收放装置，25-电动移门，300- 浮态调节装置，301-高压气瓶，302-环形气囊，303-浮态控制器，304-充气阀，305-放气阀， 4-绳索绕轮，5-收放电机，6-船。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图9所示，本发明提供了一种基于自吸附原理的海洋监测器，包括监测器主体 100和设于其四周用于捕获待监测对象的触手200；
所述监测器主体100上设有主控制器11和与主控制器11相连的主动式吸盘装置12、能源装置13、浮态调节装置300、监测装置14及卫星通信模块15；
如图7所示，监测器主体100本身可以为柱形腔体，比如椭圆截面柱形腔体，能源装置 13、主控制器11、卫星通信模块15安装于柱形腔体内，具体安装方式不限，采用现有技术即可，本发明不再赘述，对于监测装置14根据监测类型，可以安装在柱形腔体内或者柱形腔体外侧，比如无线监听装置、速度传感器、姿态传感器等可以安装在柱形腔体内，比如摄像头、温度传感器、压力传感器、海水深度传感器、洋流传感器等可以设置在柱形腔体外侧。
所述主动式吸盘装置12设于监测器主体100顶部，用于吸附在待捕捉对象表面；
所述浮态调节装置300用于调整整个海洋监测器的浮力，以进行悬浮高度调整；
所述能源装置13为基于波浪能发电的能源装置13，用于为监测器主体100上设备提供能源；
所述监测装置14用于检测海洋监测器所处环境信息以及获取捕获对象的监测信息；
所述卫星通信模块15用于远程通信，上传监测装置14所获取的信息以及接收远程控制指令并传递给主控制器11；
所述触手200通过绳索与监测器主体100相连，监测器主体100上设有用于对连接触手 200的绳索进行收放的第一绳索收放装置16，所述绳索内设有软质导线，用于为触手200供电；
如图3所示，所述触手200包括触手壳体21、设于触手壳体21尾部的水下推进装置22 和设于触手壳体21前部的若干粘附式吸盘23，所述粘附式吸盘23通过绳索与触手壳体21 相连，触手壳体21内设有用于对连接粘附式吸盘23的绳索进行收放的第二绳索收放装置24，粘附式吸盘23上设有用于释放水下粘附剂的粘附剂释放装置。
本发明使用方法如下：
如图1和图10所示，通过船或者飞机的方式将本发明海洋监测器投放至相关海域，通过浮态调节装置300调节海洋监测器的深度，使其处于海面下20米左右沉眠，并通过基于波浪能发电的能源装置13发电储能，使得海洋监测器处于待命状态；当通过外界辅助信息得知，监测对象船6经过相关海域时，通过卫星通信模块15发送激活信号，主控制器11收到激活信号后，控制浮态调节装置300动作，将海洋监测器提升至海平面附近(比如5米以内的深度)，开启监测装置14，当通过摄像头及其他辅助信息确定被监测船通过或者即将到达其附近时，如图1所示，通过第一绳索收放装置16释放监测器主体100四周的触手200，每个触手200均通过自身动力向四周散开，同时通过第二绳索收放装置24释放每个触手200四周的粘附式吸盘23，并且通过粘附剂释放装置释放水下粘附剂，只要有触手200上的粘附式吸盘23接触到被监测船表面时，海洋监测器会被随之拖移，此时，同时通过第一绳索收放装置16和第二绳索收放装置24回收绳索，拉动监测器主体100向船表面靠拢，如图10所示，靠拢后，启动主动式吸盘装置12，使得监测器主体100牢固吸附在船表面，即可进行监测活动，比如海洋环境监测、船速度监测，方向监测、无线监听等等，搭载相应的传感器或者设备即可。
如图5所示，作为一种优选实施例，所述主动式吸盘装置12包括密封边121、吸盘壳体 122、软质吸盘123、移动骨架124和平移装置126；
所述软质吸盘123(采用软质材料制备，比如弹性好的硅胶)通过密封边121安装于吸盘壳体122上；
所述移动骨架124能自由移动的设于吸盘壳体122内，移动骨架124通过若干连接件127 与软质吸盘123内侧面相连；
所述平移装置126安装于移动骨架124与吸盘壳体122内底部之间，通过平移装置126 驱动移动骨架124在吸盘壳体122内移动，从而通过连接件127拉动软质吸盘123内缩，形成负压空间进行主动式吸附。
通过平移装置126拉动软质吸盘123的方式创造真空吸盘所需真空度，既能达到较大的吸附力，又便于脱离，脱离时，电动推杆反转，完全释放对软质吸盘123的拉力即可。
作为一种优选实施例，所述连接件127为连接杆或者拉绳，主要集中在软质吸盘123中部。
作为一种优选实施例，所述吸盘壳体122为单侧开口圆柱体腔体，所述密封边121为安装于圆柱体腔体开口端的密封环，用于将软质吸盘123密封固定在圆柱体腔体的开口上，吸盘壳体122本身固定在监测器主体100顶部或者顶部内，电动推杆固定于吸盘壳体122内，电动推杆的自由伸缩端与移动骨架124相连，移动骨架124为具有一定变形弹性的薄圆盘，比如薄钢片，既具有一定刚度，又能发生一定的形变，配合软质吸盘123产生负压空间。
作为一种优选实施例，所述软质吸盘123四周的密封边121边缘设有一圈用于增加吸附性能的唇圈125，所述平移装置126为电动推杆。
作为一种优选实施例，本发明软质吸盘123四周的唇圈125为仿
鱼吸盘的仿生结构，表面设有大量柔软的凸起或者凹槽，通过大量柔软凸起或者凹槽，使得唇圈125能够适应各种形状的结构，增强密封性。
作为一种优选实施例，如图1、8、9所示，所述浮态调节装置300包括海水深度传感器 (比如中国专利CN202020290135.7所记载的传感器)、浮态控制器303、高压气瓶301、充放气管路和环绕在监测器主体100四周的环形气囊302，所述高压气瓶301通过充放气管路和环形气囊302相连，所述浮态控制器303用于根据控制指令及海水深度传感器所监测到的实际深度控制充放气管路对环形气囊302进行充放气，以实现上浮和下潜切换，达到控制指令的深度。
作为一种优选实施例，如图9所示，所述充放气管路包括充气管路、设于充气管路上的充气阀304、放气管路和设于放气管路上的放气阀305，充气阀304和放气阀305通过浮态控制器303进行控制；所述高压气瓶301的出口通过减压阀和充气管路与环形气囊302相连，所述放气管路一端连接环形气囊302，另一端直接连接水下，通过海水压力对环形气囊302 挤压放气。
作为一种优选实施例，如图1所示，所述监测器主体100四周的触手200有3-20个，最优的为10-20，通过数量较多的触手200提高捕捉效率，同时也需要满足至少三个触手200捕捉到船只，才能将监测器主体100吸附到船表面的要求。
作为一种优选实施例，如图2所示，每个触手200上的粘附式吸盘23也有5-30个，最优的为10-20，形成放射状，通过数量较多的粘附式吸盘23提高触手200捕捉船只的效率。
作为一种优选实施例，如图3和图6所示，所述第一绳索收放装置16和第二绳索收放装置24结构一样，均包括绳索绕轮4和收放电机5，所述收放电机5通过防水密封装置设于监测器主体100内，收放电机5通过动力传动与绳索绕轮4相连，绳索一端固定在绳索绕轮4上，另一端连接触手200或者粘附式吸盘23，每个触手200或者粘附式吸盘23设置一个绳索收放装置。
作为一种优选实施例，所述粘附式吸盘23密度比海水小，能通过自重向上悬浮，通过向上悬浮的粘附式吸盘23，可以使得多个粘附式吸盘23分散式分布在触手200四周，并且顶部朝上，悬浮在水面，这样当船只经过时，船底部会挤压悬浮于水中的大量粘附式吸盘23，大大提高了捕捉效率。
作为一种优选实施例，如图4所示，粘附式吸盘23顶部为微内凹弧形，以贴合船体表面形状；并且设有大量用于释放水下粘附剂的小孔231，增大粘附剂释放面积。
作为一种优选实施例，如图4所示，所述粘附剂释放装置包括粘附剂储存袋232和挤压装置233，所述粘附剂储存袋232通过粘附剂管234与粘附式吸盘23顶部的小孔231相连，所述每个小孔231上均设有防止回流的单向阀235，所述挤压装置233(为液压缸或者电动伸缩杆)用于对粘附剂储存袋232进行挤压释放水下粘附剂。
本发明实施例所采用的水下粘附剂具有水下快速粘附船表面的能力，比如可以采用日本北海道大学创成研究机构化学反应创成研究基地(WPI-ICReDD)和北海道大学研究人员范海龙、龚剑萍教授等人组成的研究团队，开发出可在海水中快速牢固粘合，而且能重复使用的新型粘合剂(参见期刊热固性树脂2020年第一期P53报道，2020.1.30)。
作为一种优选实施例，所述触手200上设有绳索切割装置(图中未画出)，当粘附式吸盘23无法与被捕捉对象分离时，通过切刀绳索，分离相应的触手200。
如图3所示，作为一种优选实施例，所示水下推进装置22为喷水推进器，触手壳体21 的侧部设有喷水推进器的过滤网入口221，触手壳体21的尾部设有喷水推进器的喷水口222，喷水推进器通过绳索内软质导线供电。
如图3所示，作为一种优选实施例，所述触手200的触手壳体21上设有多个用于容纳粘附式吸盘23的容纳空间17，休眠时，粘附式吸盘23收纳在容纳空间17内，容纳空间17上设有可以打开的电动移门25，释放前，先打开电动移门25，通过第二绳索收放装置24释放绳索，粘附式吸盘23即可在浮力作用下向四周散开。
作为一种优选实施例，所述监测装置14包括水下摄像模块、海水环境监测传感器、航行速度传感器、MEMS姿态传感器和无线信号监听器等等。海水环境监测传感器包括海水温度、成份、洋流方向等等，可以根据需要进行增加，本发明不限定具有监测传感器种类。
作为一种优选实施例，能源装置13包括波浪能发电装置和储能电池，均采用现有技术即可，比如波浪能发电装置可以参考CN201610908723.0所记载技术。
需要说明的是，为了实现自动化控制，还需要一些常规传感器，比如判断主动式吸盘装置12是否与船表面接触良好，可以增加压力传感器，比如判断触手200是否捕捉到船体，可以采用速度传感器判断触手200或者监测器主体100的速度是否跟随移动，以及供电、信号通信等常规技术，本发明不再赘述，均匀采用已有公知技术即可，具体技术形态对本发明解决技术问题不造成干扰。
需要说明的是，为了适应海水环境，本发明各个部件根据现有技术做防腐处理，根据需要做密封防水处理，具体采用现有技术即可，既非本发明的发明点，也不影响本发明技术方案的实施。
需要说明的是，本发明大部分电器设备，比如能源装置13、卫星通信模块15、主控制器 11以及部分监测装置都可以密封在监测器主体100的壳体内，因此无需防水，接触海水的装置，比如部分监测传感器，需要做相应的防水处理。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于自吸附原理的海洋监测器，其特征在于，包括监测器主体和设于其四周用于捕获待监测对象的触手；
所述监测器主体上设有主控制器和与主控制器相连的主动式吸盘装置、能源装置、浮态调节装置、监测装置及卫星通信模块；
所述主动式吸盘装置设于监测器主体顶部，用于吸附在待捕捉对象表面；
所述浮态调节装置用于调整整个海洋监测器的浮力，以进行悬浮高度调整；
所述能源装置为基于波浪能发电的能源装置，用于为监测器主体上设备提供能源；
所述监测装置至少包括水下摄像头，用于检测海洋监测器所处环境信息以及获取捕获对象的监测信息；
所述卫星通信模块用于远程通信，上传监测装置所获取的信息以及接收远程控制指令并传递给主控制器；
所述触手通过绳索与监测器主体相连，监测器主体上设有用于对连接触手的绳索进行收放的第一绳索收放装置，所述绳索内设有软质导线，用于为触手供电；
所述触手包括触手壳体、设于触手壳体尾部的水下推进装置和设于触手壳体前部的若干粘附式吸盘，所述粘附式吸盘通过绳索与触手壳体相连，触手壳体内设有用于对连接粘附式吸盘的绳索进行收放的第二绳索收放装置，粘附式吸盘上设有用于释放水下粘附剂的粘附剂释放装置。
2.根据权利要求1所述的海洋监测器，其特征在于：所述主动式吸盘装置包括密封边、吸盘壳体、软质吸盘、移动骨架和平移装置；
所述软质吸盘通过密封边安装于吸盘壳体上；
所述移动骨架能自由移动的设于吸盘壳体内，移动骨架通过若干连接件与软质吸盘内侧面相连；
所述平移装置安装于移动骨架与吸盘壳体内底部之间，通过平移装置驱动移动骨架在吸盘壳体内移动，从而通过连接件拉动软质吸盘内缩，形成负压空间进行主动式吸附。
3.根据权利要求2所述的海洋监测器，其特征在于：所述软质吸盘四周的密封边边缘设有一圈用于增加吸附性能的唇圈，所述平移装置为电动推杆。
4.根据权利要求2所述的海洋监测器，其特征在于：所述浮态调节装置包括海水深度传感器、浮态控制器、高压气瓶、充放气管路和环绕在监测器主体四周的环形气囊，所述高压气瓶通过充放气管路和环形气囊相连，所述浮态控制器用于根据控制指令及海水深度传感器所监测到的实际深度控制充放气管路对环形气囊进行充放气，以实现上浮和下潜切换，达到控制指令的深度。
5.根据权利要求4所述的海洋监测器，其特征在于：所述充放气管路包括充气管路、设于充气管路上的充气阀、放气管路和设于放气管路上的放气阀，充气阀和放气阀通过浮态控制器进行控制；所述高压气瓶的出口通过减压阀和充气管路与环形气囊相连，所述放气管路一端连接环形气囊，另一端直接连接水下，通过海水压力对环形气囊挤压放气。
6.根据权利要求2所述的海洋监测器，其特征在于：所述第一绳索收放装置和第二绳索收放装置结构一样，均包括绳索绕轮和收放电机，所述收放电机通过防水密封装置设于监测器主体内，收放电机通过动力传动与绳索绕轮相连，绳索一端固定在绳索绕轮上，另一端连接触手，每个触手设置一个绳索收放装置。
7.根据权利要求2所述的海洋监测器，其特征在于：所述粘附式吸盘密度比海水小，能通过自重向上悬浮，粘附式吸盘顶部为微内凹弧形，并且设有大量用于释放水下粘附剂的小孔。
8.根据权利要求7所述的海洋监测器，其特征在于：所述粘附剂释放装置包括粘附剂储存袋和挤压装置，所述粘附剂储存袋通过管道与粘附式吸盘顶部的小孔相连，每个小孔上均设有防止回流的单向阀，所述挤压装置用于对粘附剂储存袋进行挤压释放水下粘附剂。
9.根据权利要求7所述的海洋监测器，其特征在于：所述触手上设有绳索切割装置，当粘附式吸盘无法与被捕捉对象分离时，通过切刀绳索，分离相应的触手。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的海洋监测器，其特征在于：所述监测装置包括水下摄像模块、海水环境监测传感器、航行速度传感器和无线信号监听器。
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