CN115060319A - 一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化‑可重新配置的长期原位监测装置及监测方法，检测装置包括固定组件，固定组件上设置有理化参数传感器接口、多通道拉曼探测系统、摄像系统、海流记录系统、控制系统、供电系统、照明系统、浮体及光学通讯系统，固定组件顶部中间位置设置有释放器，释放器释放端与贯穿固定组件的连杆一端连接，连杆另一端通过手动释放器与底部配重连接，使用该监测装置的监测方法为进行选址，确定监测位置；对监测装置进行准备调试，设定监测参数；将监测装置下放到海底后通过外部释放器释放将监测装置坐底进行监测，监测工作完成后，通过释放器或手动释放器释放底座配重进行回收。本发明提高工作效率，降低作业风险，定位精度高。
Description
技术领域
本发明涉及深海原位监测技术领域，尤其是一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置及监测方法。
背景技术
远程缆控机器人(Remote Operated Vehicle,ROV)、水下载人机器人(HumanOccupied Vehicle,HOV)等水下潜器技术的快速发展为海洋尤其是深海研究提供了更直观高效的取样和原位探测手段。国内诸多水下潜器，如“发现”号、“海星6000”号、“海龙III”号等ROV，“蛟龙号”、“深海勇士”号、“奋斗者”号等HOV的逐步投入使用，获取了大量宝贵的原位数据和样品，加快了对深海的认知过程。
到目前为止，以水下机器人为搭载平台进行取样或原位探测的方法，获取的结果往往是随机的、孤立的。而深海热液、冷泉系统演化过程，深海黑暗生物圈的群落变迁等重大科学问题的解答需要大量原位、长期、连续的观测数据支撑，以水下机器人为运载潜器进行探测的方法已无法满足当今海洋学家的探测需求，亟需发展一种能够进行原位、长期、连续观测的搭载平台。
海底观测网可搭载多类观测节点，并由岸基实时供电通讯，国内外已建成多条海底观测网。但由于海底观测网有建设周期长、观测区域固定等限制，无法灵活的对深海冷泉、热液等地质现象进行连续观测。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置及监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，包括固定组件，所述固定组件上设置有理化参数传感器接口、多通道拉曼探测系统、摄像系统、海流记录系统、控制系统、供电系统、照明系统、浮体及光学通讯系统，所述固定组件顶部中间位置设置有释放器，所述释放器释放端与贯穿固定组件的连杆一端连接，所述连杆另一端通过手动释放器与底部配重连接。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述固定组件包括主体框架及扩展框架，所述主体框架分为三层，所述主体框架第一层上设置浮体，所述理化参数传感器接口、摄像系统、海流记录系统及照明系统均安装于主体框架第一层，所述主体框架第二层上安装控制系统，所述主体框架第二层顶部安装有光学通讯系统，所述主体框架第三层上安装多通道拉曼探测系统及供电系统，所述主体框架第三层侧面设置扩展框架用于安装拉曼探头。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述固定组件顶部中间位置设置有用于与科考船连接的连接钩。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述连接钩与外部释放器一端连接，所述外部释放器另一端通过光电转换机构与光缆承重头一端连接，所述光缆承重头另一端与科考船的光电复合光缆或同轴缆连接。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述手动释放器包括拉销、弹簧、连接板，所述连杆靠近手动释放器一端设置有释放板，所述连接板上设置有用于拉销穿过的通孔，所述释放板与连接板通过拉销固定，所述拉销上套接有弹簧。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述底部配重侧面设置有吊环销轴。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，所述海流记录系统包括海流计、ADCP，所述海流计位于主体框架第一层侧边，所述ADCP通过安装架安装于主体框架第一层侧面，所述光学通讯系统包括着陆器搭载光通端及手持光通端，所述着陆器搭载光通端位于主体框架第二层顶部。
上述任意一种所述模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，包括如下步骤：
步骤1，利用科考船的搭载的地球物理设备，结合已有地质资料情况，对拟测量区开展地形地貌和地层结构调查分析，初步判断海底底质类型、沉积物分布特征及厚度，分析作业风险，最后通过手持光通端详细观察，靶定设备下水作业站位；
步骤2，在科考船甲板上对着陆器监测装置进行检测，与船载同轴缆或光电复合光缆连接，测试供电和通讯性能；
步骤3，利用绞车将监测装置吊起，下放至海水中，待设备稳定后，匀速向海底下放，下放过程中，利用光学通讯系统对监测装置物理状态、通讯状态进行实时分析，判断作业条件；
步骤4，到达指定监测位置后，外部释放器释放，监测装置坐底，利用控制系统对检测装置采集参数进行设置，设置摄像系统的观测区域，设置传感器及摄像系统的采样间隔、工作时间开机间隔；
步骤5，监测工作完成后，释放器释放配重，监测装置自行上浮进行回收，回收至科考船后进行数据的导出与转换，完成热液和冷泉区的原位监测工作。
上述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，所述控制系统包括在线模式和离线模式，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆连接时为在线模式，此时可以设置监测装置各个单元的工作时间与间隔，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆断开时为离线模式，此时监测装置开始按照在线模式设置的工作参数进行离线工作；
在离线模式时，控制系统可以在在线模式设置的工作窗口期内访问监测装置，具备与在线模式同样的设置功能，控制系统结束访问，监测装置在此进入离线模式工作。
本发明的有益效果是：1.本发明的模块化的可分离与拓展的着陆器长期原位监测系统，利用海流计调查原位海流流速、流向分布，对关键水域开展定点长期观测，可以进一步建立三维、时空高分辨率水动力模型，为生态环境模拟提供精准的物理背景场做基础；利用多通道拉曼探测系统多点同时开展研究冷泉喷口附近CH4、H2S等生源要素的浓度分布特征探测，为冷泉区域的碳硫转换通道提供原位数据支持；利用摄像系统获得浮游生物、游泳动物、底栖动物、赤潮藻类、污损生物图像信息，采用形态鉴定和宏基因组的方法研究其生物多样性；对于原生动物，采用形态鉴定和单细胞基因组的方法研究其种类组成；
2.本发明具有的在线实时监测功能，能够反映设备安全状态、热液冷泉区域环境情况等，可大大提高工作效率，降低作业风险；结构紧凑、耐压性强，操作简单，定位精度高，可快速、有效地获取热液冷泉区地质、水文、化学和生物信息，完成原位监测任务；
3.本发明监测装置可回收，有效保护海洋环境，通过设置手动释放器及释放器双重释放装置，避免因释放器无法正常工作导致的底部配重无法释放，避免出现监测装置无法回收的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明示意图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明图2中A部分放大图；
图4为本发明监测装置与同轴缆或光电复合光缆连接示意图；
图5为本发明俯视图。
图中1.主体框架，2.ADCP，3.释放器，4.摄像系统，5.海流计，6.浮体，7.照明系统，8.多通道拉曼探测系统，9.外部释放器，10.底部配重，11.扩展框架，12.供电系统，13.拉曼探头，14.控制系统，15.着陆器搭载光通端，16.理化参数传感器接口，17.连杆，18.拉销，19.弹簧座，20.吊环销轴，21.释放板，22.连接板，23.光电转换机构，24.光缆承重头，25.浮球。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1-3所示，本实施例公开了一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，包括固定组件，理化参数传感器接口、多通道拉曼探测系统、摄像系统、海流记录系统、控制系统、供电系统、照明系统、浮体及光学通讯系统，固定组件，用于系统的固定组装、与船载同轴缆的连接；理化参数传感器接口用于插接安装各种理化参数传感器，理化参数传感器用于热液和冷泉区温度、盐度、深度、溶解氧和甲烷浓度实时获取；多通道拉曼探测系统，用于海底热液和冷泉喷口流体的组分多点位的拉曼光谱指纹特征同步实时获取；摄像系统，用于海底热液和冷泉区的流体喷发和生物群落的变化特征同步记录；海流记录系统用于对热液和冷泉喷口近底流单点和剖面流速变化的实时获取；控制系统用于对着陆器各项搭载项进行工作参数设定以及存储；供电系统用于给整个着陆器系统供电；光学通讯系统，用于作业过程中对系统的操控和修正，以及实时数据的采集传输。
固定组件包括主体框架1及扩展框架11，主体框架1分为三层，主体框架1第一层上设置浮体6，理化参数传感器接口16、摄像系统4、海流记录系统及照明系统7均安装于主体框架1第一层，主体框架1第二层上安装控制系统14，主体框架1第二层顶部安装有光学通讯系统，主体框架第三层上安装多通道拉曼探测系统8及供电系统12，主体框架1第三层侧面设置扩展框架11用于安装拉曼探头13，主体框架1顶部中间位置设置有释放器3，释放器3上方对应的主体框架1上安装有用于与科考船连接的连接钩，释放器3释放端与贯穿主体框架1的连杆17一端连接，连杆17另一端通过手动释放器与底部配重10连接。
在本实施例中，手动释放器包括拉销18、弹簧、连接板22，连杆17靠近手动释放器一端设置有释放板21，连接板22上设置有用于拉销18穿过的通孔，释放板21与连接板22通过拉销18固定，拉销18上套接有弹簧，弹簧对应的连接板22上设置弹簧座19，拉销18插入通孔时，拉销18上的弹簧处于压缩状态，将连接板22与释放板压紧固定。
在本实施例中，监测装置与科考船连接的具体结构如图4所示，连接钩与外部释放器9一端连接，外部释放器9另一端通过光电转换机构23与光缆承重头24一端连接，光缆承重头24另一端连接有浮球25，浮球上方通过钢缆与科考船的光电复合光缆或同轴缆连接。
在本实施例中，为了方便将监测装置吊起，底部配重10侧面设置有吊环销轴20。
在本实施例中，海流记录系统包括海流计5、ADCP2，海流计5位于主体框架1第一层侧边，ADCP 2通过安装架安装于主体框架第一层侧面，光学通讯系统包括着陆器搭载光通端15及手持光通端，着陆器搭载光通端15位于主体框架第二层顶部。
使用上述模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，包括如下步骤：
步骤1，利用科考船的搭载的地球物理设备，结合已有地质资料情况，对拟测量区开展地形地貌和地层结构调查分析，初步判断海底底质类型、沉积物分布特征及厚度，分析作业风险，最后通过手持光通端详细观察，靶定设备下水作业站位；
步骤2，在科考船甲板上对着陆器监测装置进行检测，与船载同轴缆或光电复合光缆连接，测试供电和通讯性能；
步骤3，利用绞车将监测装置吊起，下放至海水中，待设备稳定后，匀速向海底下放，下放过程中，利用光学通讯系统对监测装置物理状态、通讯状态进行实时分析，判断作业条件；
步骤4，到达指定监测位置后，外部释放器释放，监测装置坐底，利用控制系统对检测装置采集参数进行设置，设置摄像系统的观测区域，设置传感器及摄像系统的采样间隔、工作时间开机间隔；
步骤5，监测工作完成后，释放器释放配重，监测装置自行上浮进行回收，回收至科考船后进行数据的导出与转换，完成热液和冷泉区的原位监测工作。
在步骤5中，释放器3为声学释放器，当需要将监测装置回收时，可通过释放器3将连杆释放，连杆与底座配重连接，即可实现底座配重的释放，当释放器3无法正常工作时，无法释放连杆，此时可以通过水下机械手或水下机器人拉动拉销，拉销拉出后，弹簧恢复原长，对释放板及连接板失去压紧力，释放板与连接板分开，连接板与底座配重连接，可实现底座配重的释放。
上述的模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，控制系统包括在线模式和离线模式，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆连接时为在线模式，此时可以设置监测装置各个单元的工作时间与间隔，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆断开时为离线模式，此时监测装置开始按照在线模式设置的工作参数进行离线工作；
在离线模式时，控制系统可以在在线模式设置的工作窗口期内访问监测装置，具备与在线模式同样的设置功能，控制系统结束访问，监测装置在此进入离线模式工作。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于：包括固定组件，所述固定组件上设置有理化参数传感器接口、多通道拉曼探测系统、摄像系统、海流记录系统、控制系统、供电系统、照明系统、浮体及光学通讯系统，所述固定组件顶部中间位置设置有释放器，所述释放器释放端与贯穿固定组件的连杆一端连接，所述连杆另一端通过手动释放器与底部配重连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述固定组件包括主体框架及扩展框架，所述主体框架分为三层，所述主体框架第一层上设置浮体，所述理化参数传感器接口、摄像系统、海流记录系统及照明系统均安装于主体框架第一层，所述主体框架第二层上安装控制系统，所述主体框架第二层顶部安装有光学通讯系统，所述主体框架第三层上安装多通道拉曼探测系统及供电系统，所述主体框架第三层侧面设置扩展框架用于安装拉曼探头。
3.根据权利要求1所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述固定组件顶部中间位置设置有用于与科考船连接的连接钩。
4.根据权利要求3所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述连接钩与外部释放器一端连接，所述外部释放器另一端通过光电转换机构与光缆承重头一端连接，所述光缆承重头另一端与科考船的光电复合光缆或同轴缆连接。
5.根据权利要求1所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述手动释放器包括拉销、弹簧、连接板，所述连杆靠近手动释放器一端设置有释放板，所述连接板上设置有用于拉销穿过的通孔，所述释放板与连接板通过拉销固定，所述拉销上套接有弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述底部配重侧面设置有吊环销轴。
7.根据权利要求2所述的一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置，其特征在于，所述海流记录系统包括海流计、ADCP，所述海流计位于主体框架第一层侧边，所述ADCP通过安装架安装于主体框架第一层侧面，所述光学通讯系统包括着陆器搭载光通端及手持光通端，所述着陆器搭载光通端位于主体框架第二层顶部。
8.基于上述任意一种所述模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，利用科考船的搭载的地球物理设备，结合已有地质资料情况，对拟测量区开展地形地貌和地层结构调查分析，初步判断海底底质类型、沉积物分布特征及厚度，分析作业风险，最后通过手持光通端详细观察，靶定设备下水作业站位；
步骤2，在科考船甲板上对着陆器监测装置进行检测，与船载同轴缆或光电复合光缆连接，测试供电和通讯性能；
步骤3，利用绞车将监测装置吊起，下放至海水中，待设备稳定后，匀速向海底下放，下放过程中，利用光学通讯系统对监测装置物理状态、通讯状态进行实时分析，判断作业条件；
步骤4，到达指定监测位置后，外部释放器释放，监测装置坐底，利用控制系统对检测装置采集参数进行设置，设置摄像系统的观测区域，设置传感器及摄像系统的采样间隔、工作时间开机间隔；
步骤5，监测工作完成后，释放器释放配重，监测装置自行上浮进行回收，回收至科考船后进行数据的导出与转换，完成热液和冷泉区的原位监测工作。
9.根据权利要求8所述模块化-可重新配置的长期原位监测装置的监测方法，其特征在于，所述控制系统包括在线模式和离线模式，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆连接时为在线模式，此时可以设置监测装置各个单元的工作时间与间隔，当与科考船的同轴缆或光电复合光缆断开时为离线模式，此时监测装置开始按照在线模式设置的工作参数进行离线工作；
在离线模式时，控制系统可以在在线模式设置的工作窗口期内访问监测装置，具备与在线模式同样的设置功能，控制系统结束访问，监测装置在此进入离线模式工作。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210671909.4A CN115060319A (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种模块化-可重新配置的长期原位监测装置及监测方法 |
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Cited By (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115268179A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-01 | 三亚深海科学与工程研究所 | 一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法 |
| CN115268179B (zh) * | 2022-09-23 | 2024-02-20 | 三亚深海科学与工程研究所 | 一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法 |
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| US20230408336A1 (en) | 2023-12-21 |
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