CN115753223A - 一种船载大规模深海水采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船载大规模深海水采集系统及方法，该系统系统主要由储水池、电源、上位机、光电液滑环、绞车、光电复合水管、供电舱、潜水泵、测控舱、传感器模块等部件组成，采用食品级光电复合软管连接潜水泵，下放至目标采水层进行采水，操作便捷，海水开采效率高。同时潜水泵集成深海水在线监测传感器，实时监测开采的深海水层位水质，确保水质源头可靠。

Description

一种船载大规模深海水采集系统及方法

技术领域

本发明涉及海水采集，具体涉及一种船载大规模深海水采集系统及方法。

背景技术

研究表明，深层海水具有洁净、低温稳定、富含营养和矿物元素等特性，可应用于种植、水产养殖、冷能应用、温差发电、食品加工、医药、保健食品、化妆品等方面。

目前，深海水开采方案主要有：(1)集装箱下放至目标层位取水，这种方法每次取水只能取一集装箱的水，取水效率低，并且目标层位越深，海水开采效率越低，不适合海水的大规模开采；(2)硬管连接至目标层取水，这种方式连接管道费时费力，管道连接处容易附着污染物，造成深海水水质污染；(3)铺设海底管道取水，这种方式适宜在海岛附近定点取水，然而管道铺设成本较高，且采水位置固定，一旦洋流改变或某种原因引起水质不达标，则铺设管道则无法再继续采水。

发明内容

为了解决上述背景技术所存在的至少一项技术问题，本发明提出一种便于操作、集成海水水质在线检测的大规模海水采集系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种船载大规模深海水采集系统，包括绞车，所述绞车用于收放光电复合水管；所述光电复合水管的末端连接水下设备，所述水下设备包括供电舱、潜水泵、测控舱、传感器模块；所述供电舱用于为潜水泵、测控舱和传感器模块供电；所述潜水泵用于将海水泵升；所述传感器模块集成在潜水泵上，用于监测海水水质以及潜水泵状态；所述测控舱和传感器模块相连接；

所述光电复合水管包括位于中心的水管、包裹水管的第一钢丝圈、包裹第一钢线圈的橡胶圈、包裹橡胶圈的第二钢丝圈以及包裹第二钢丝圈的管缆皮，在橡胶圈中设置有电缆和光纤；其中，所述水管与潜水泵的出水口连接，电缆连接供电舱，光纤连接测控舱；

在所述绞车上设置有光电液滑环，所述光电液滑环用于将绞车上相对转动的光电复合水管的光纤、电缆、水管转换为相对固定的光纤接口、电缆接口以及水管接口；所述水管接口用于和储水池相连接；所述光纤接口用于和上位机相连接；所述电缆接口用于和电源相连接。

进一步地，所述的船载大规模深海水采集系统还包括滚筒，所述滚筒用于安装在船尾甲板，下放光电复合水管时，光电复合水管置于滚筒上，滚筒随光电复合水管下放滚动。

进一步地，所述上位机用于显示传感器模块所监测到的数据，控制潜水泵的启停、绞车的收放。

进一步地，所述传感器模块为集成多种传感器的集合体，包含水深海水实时监测的深度、高度、温度、盐度、PH、颗粒物含量传感器，潜水泵在线绝缘检测、摄像头、灯监测传感器。

进一步地，所述水管的管道内壁采用食品级硅胶。

进一步地，所述储水池带有冷藏功能。

进一步地，所述管缆皮的材质为聚合物。

进一步地，所述电缆设置有3根。

进一步地，所述光纤为8芯光纤。

第二方面，本发明提供一种深海水采集方法，基于上述的系统，所述方法包括：

水下设备初始位置在甲板，在抵达取水站位后，开启船舶动力定位，首先启动绞车，将光电复合水管放出一段长度，然后用船载吊机将水下设备移动至船舷外，光电复合水管置于滚筒上，然后控制绞车继续将水下设备下放；

水下设备下放到水面以下时，电源合闸，电能通过光电液滑环和光电复合水管给水下设备供电；此时供电舱得电，测控舱得电；上位机通过光纤发送信号，启动传感器模块，开始采集传感器数据，传感器信号通过光电复合管中的光纤经过光电液滑环传输到上位机，上位机显示传感器数值；

当水下设备到达目标采水层，绞车停止，观察传感器数值，确定深海水水质是符合预期；确定水质合格后，通过上位机控制潜水泵得电，开始采集深海水，传感器则继续监测深海水；深海水通过光电复合水管经光电液滑环，进入储水池；

当采水结束后，关闭电源，启动绞车回收光电复合水管；当水下设备回收至船尾时，绞车回收暂停，将水下设备移动至甲板，然后继续回收光电复合水管，直至管道完全回收

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、软管连接潜水泵，下放至目标采水层，实现大规模深海水采取；

2、潜水泵集成深度、高度、温度、盐度、PH、颗粒物含量等传感器，实现深海水开采层位点实时原位监测，从源头把控深海水水质，同时集成潜水泵在线绝缘检测、摄像头、灯等，实现潜水泵的健康状态监测；

3、潜水泵及水下传感器供电电缆及信号传输光电缆、采水管道集成一体，同一绞车收放，便于收放操作，抽水管采用食品级硅胶材质，减小采水通道对深海水水质的影响；

4、光电滑环与海水管道旋转接头集成，实现光、电、水从相对转动的绞车连接至甲板。

5、集中控制。上位机提供绞车收放和水泵启停信号，同时实时显示传感器信号值，水下图像等。

附图说明

图1为本发明实施例提供的船载大规模深海水采集系统的组成示意图；

图2为光电复合水管的横截面结构示意图；

图中：1、储水池；2、电源；3、上位机；4、光电液滑环；5、绞车；6、光电复合水管；7、供电舱；8、潜水泵；9、测控舱；10、传感器模块；11、滚筒；6-1、水管；6-2、第一钢丝圈；6-3、橡胶圈；6-4、第二钢丝圈；6-5、管缆皮；6-6、电缆；6-7、光纤；6-8、食品级硅胶。

具体实施方式

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“安装”、“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、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

参阅图1-2所示，本实施例提供的船载大规模深海水采集系统主要由储水池1、电源2、上位机3、光电液滑环4、绞车5、光电复合水管6、供电舱7、潜水泵8、测控舱9、传感器模块10等部件组成。

其中，该光电复合水管6存放在绞车5上，并通过绞车5收放，光电复合水管6的末端连接水下设备，水下设备包括供电舱7、潜水泵8、测控舱9、传感器模块10。供电舱7为潜水泵8、测控舱9和传感器模块10供电。潜水泵8用于深海水泵升，当潜水泵8下放至目标采水层，即可以实现大规模深海水采取。该传感器模块10集成在潜水泵8上，用于监测海水水质以及潜水泵状态，实现深海水开采层位点实时原位监测，从源头把控深海水水质，同时也可以实现对潜水泵8的健康状态监测。该测控舱则9和传感器模块10相连接，用于传感器信号采集、放大、模数转换、光电转换、信号发送等。

如图2所示，该光电复合水管6包括位于中心的水管6-1、包裹水管6-1的第一钢丝圈6-2、包裹第一钢线圈6-2的橡胶圈6-3、包裹橡胶圈6-3的第二钢丝圈6-4以及包裹第二钢丝圈6-4的聚合物管缆皮6-5，在橡胶圈6-3中设置有三根电缆6-6和一根八芯光纤6-7；其中，水管6-1与潜水泵8的出水口连接；电缆6-6连接供电舱7，光纤6-7通过信号线连接测控舱9。也就是说，潜水泵及水下传感器供电电缆及信号传输光电缆、采水管道集成一体，同一绞车收放，便于收放操作。

在光电液滑环4设置在绞车5上，用于将绞车5上相对转动的光电复合水管6的光纤6-7、电缆6-6、水管6-1转换为相对固定的光纤接口、电缆接口以及水管接口；如此，光电液滑环4与光电复合水管6旋转接头集成，实现光、电、水从相对转动的绞车连接至甲板。该水管接口通过和储水池1相连接，储水池1固定于甲板；光纤接口用于和上位机3相连接，上位机3用于显示传感器模块所监测到的数据，控制潜水泵8的启停、绞车5的收放等；电缆接口用于和电源2相连接，电源2为船电经过变压的高压电，从而为水下设备供电。

作为本实施例提供的船载大规模深海水采集系统的一种优选，该系统还包括有滚筒11，滚筒11用于安装在船尾甲板，下放光电复合水管6时，光电复合水管6置于滚筒11上，滚筒11随光电复合水管6下放滚动，以便于光电复合水管6的收放。

在一具体实施例中，上述的传感器模块10为集成多种传感器的集合体，包含水深海水实时监测的深度、高度、温度、盐度、PH、颗粒物含量等传感器，潜水泵在线绝缘检测、摄像头、灯等潜水泵状态监测传感器，从而可以实现深海水开采层位点实时原位监测，从源头把控深海水水质，同时也可以实现对潜水泵的健康状态监测。该水管6-1管道内壁采用食品级硅胶6-8，深海水水质更加有保证，储水池带有冷藏功能，实现深海水长期储存。

综上，本实施例提供的船载大规模深海水采集系统具有如下技术优势：

1、软管连接潜水泵，下放至目标采水层，实现大规模深海水采取；

2、潜水泵集成深度、高度、温度、盐度、PH、颗粒物含量等传感器，实现深海水开采层位点实时原位监测，从源头把控深海水水质，同时集成潜水泵在线绝缘检测、摄像头、灯等，实现潜水泵的健康状态监测；

3、潜水泵及水下传感器供电电缆及信号传输光电缆、采水管道集成一体，同一绞车收放，便于收放操作，抽水管采用食品级硅胶材质，减小采水通道对深海水水质的影响；

4、光电滑环与海水管道旋转接头集成，实现光、电、水从相对转动的绞车连接至甲板。

5、集中控制。上位机提供绞车收放和水泵启停信号，同时实时显示传感器信号值，水下图像等。

实施例2：

本实施例提供了一种深海水采集方法，基于实施例1所述的系统，所述方法包括：

水下设备初始位置在甲板，在抵达取水站位后，开启船舶动力定位，首先启动绞车，将光电复合水管放出一段长度，然后用船载吊机将水下设备移动至船舷外，光电复合水管置于滚筒上，然后控制绞车继续将水下设备下放；水下设备下放到水面以下时，电源合闸，电能通过光电液滑环和光电复合水管给水下设备供电；此时供电舱得电，测控舱得电；上位机通过光纤发送信号，启动传感器模块，开始采集传感器数据，传感器信号通过光电复合管中的光纤经过光电液滑环传输到上位机，上位机显示传感器数值；

当水下设备到达目标采水层，绞车停止，观察传感器数值，确定深海水水质是符合预期；确定水质合格后，通过上位机控制潜水泵得电，开始采集深海水，传感器则继续监测深海水；深海水通过光电复合水管经光电液滑环，进入储水池；

当采水结束后，关闭电源，启动绞车回收光电复合水管；当水下设备回收至船尾时，绞车回收暂停，将水下设备移动至甲板，然后继续回收光电复合水管，直至管道完全回收。

由此可见，通过船载的方式，采水位置机动灵活，而且无需铺设管道，整个过程操作简单，海水开采效率高，能实时监测开采的深海水层位水质，确保水质源头可靠。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种船载大规模深海水采集系统，其特征在于，包括绞车，所述绞车用于收放光电复合水管；所述光电复合水管的末端连接水下设备，所述水下设备包括供电舱、潜水泵、测控舱、传感器模块；所述供电舱用于为潜水泵、测控舱和传感器模块供电；所述潜水泵用于将海水泵升；所述传感器模块集成在潜水泵上，用于监测海水水质以及潜水泵状态；所述测控舱和传感器模块相连接；

所述光电复合水管包括位于中心的水管、包裹水管的第一钢丝圈、包裹第一钢线圈的橡胶圈、包裹橡胶圈的第二钢丝圈以及包裹第二钢丝圈的管缆皮，在橡胶圈中设置有电缆和光纤；其中，所述水管与潜水泵的出水口连接，电缆连接供电舱，光纤连接测控舱；

在所述绞车上设置有光电液滑环，所述光电液滑环用于将绞车上相对转动的光电复合水管的光纤、电缆、水管转换为相对固定的光纤接口、电缆接口以及水管接口；所述水管接口用于和储水池相连接；所述光纤接口用于和上位机相连接；所述电缆接口用于和电源相连接。

2.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，还包括滚筒，所述滚筒用于安装在船尾甲板，下放光电复合水管时，光电复合水管置于滚筒上，滚筒随光电复合水管下放滚动。

3.如权利要求2所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述上位机用于显示传感器模块所监测到的数据，控制潜水泵的启停、绞车的收放。

4.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述传感器模块为集成多种传感器的集合体，包含水深海水实时监测的深度、高度、温度、盐度、PH、颗粒物含量传感器，潜水泵在线绝缘检测、摄像头、灯监测传感器。

5.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述水管的管道内壁采用食品级硅胶。

6.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述储水池带有冷藏功能。

7.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述管缆皮的材质为聚合物。

8.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述电缆设置有3根。

9.如权利要求1所述的船载大规模深海水采集系统，其特征在于，所述光纤为8芯光纤。

10.一种深海水采集方法，基于权利要求3所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

水下设备初始位置在甲板，在抵达取水站位后，开启船舶动力定位，首先启动绞车，将光电复合水管放出一段长度，然后用船载吊机将水下设备移动至船舷外，光电复合水管置于滚筒上，然后控制绞车继续将水下设备下放；

水下设备下放到水面以下时，电源合闸，电能通过光电液滑环和光电复合水管给水下设备供电；此时供电舱得电，测控舱得电；上位机通过光纤发送信号，启动传感器模块，开始采集传感器数据，传感器信号通过光电复合管中的光纤经过光电液滑环传输到上位机，上位机显示传感器数值；

当水下设备到达目标采水层，绞车停止，观察传感器数值，确定深海水水质是符合预期；确定水质合格后，通过上位机控制潜水泵得电，开始采集深海水，传感器则继续监测深海水；深海水通过光电复合水管经光电液滑环，进入储水池；

当采水结束后，关闭电源，启动绞车回收光电复合水管；当水下设备回收至船尾时，绞车回收暂停，将水下设备移动至甲板，然后继续回收光电复合水管，直至管道完全回收。

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