CN116295288B - 一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，属于海洋水文设备技术领域，包括底架、间隔设置于底架上方的框架，所述框架在中心处连接有可相对底架旋转的配重套，所述配重套上方架设有声学波潮仪，所述配重套内设有浮体组件，所述浮体组件包括能相对配重套滑移的扇形板以及防护架，所述防护架上方连接有浮标，所述框架环绕固定有多个对水体缓冲阻流的隔板组件，所述底架外侧下方连接有多个紧固件，所述紧固件包括能伸缩且旋转的锥形头，本发明能实现所述框架落地时的缓冲和落地后的定位加固，实施稳定的、多方位且准确的珊瑚礁监测。

Description

一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置

技术领域

本发明属于海洋水文设备技术领域，具体涉及一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置。

背景技术

珊瑚礁生态系统是地球上净生产力最高、生物多样性最丰富的生态系统之一，而随着沿海地区社会和海洋经济活动强度不断加大，全球珊瑚生态健康状况日益衰退，如何有效监测珊瑚礁生态系统来防止珊瑚礁生态系统退化，成为了各个国家亟需解决的环境问题，近年来，随着叶绿素荧光技术、放射性水平测量技术、水面光谱测量技术、水下成像技术、卫星遥感技术和自动化水下机器人等新方法新技术的发展，珊瑚礁生态系统的水下检测技术取得了长足的进步。

现有的海洋环境观测装置不能完全适应珊瑚礁近岸处的多沟槽的地理环境，在投放沉底后容易在海流作用下位移，对珊瑚礁撞击破坏，且观测设备容易被生物或植物附着掩盖，影响数据测定的真实有效性，同时安装观测设备的框架体长时间受海水腐蚀需要频繁维护，投入成本较大。

公开号为KR101721310B1的韩国发明专利，公开了一种具人造钢礁，其通过使用高强度的钢材作为框架，框架内部中心设有多个内柱框架，内主框架外侧对应设置多个外柱框架，任一内柱框架与外柱框架之间填充砂石，且砂石沿高度方向以一定间隔放置，内柱框架向外环绕式布设有多个遮阳板，遮阳板在水平方向上径向布设，内柱框架与外住框架在底部连接有同一个底架，底架下部拐角处设置有用于沉底触底的支腿。该发明既能通过遮光板和砂石箱减小对珊瑚、水藻的干扰，也很好地保持了通信的畅通，适合通过安装测定装置进行水文数据采集，但该发明沉底后难以与海底地面形成固定，容易位移影响珊瑚群，且长时间的使用后附着的海藻会影响数据测定准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能快速沉底、沉底后定位牢固且能实现长期、稳定、准确观测的用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，包括：底架，底架上方设有框架，框架在中心处连接有配重套，配重套上方架设有声学波潮仪，底架与配重套底部装配连接有轴承。配重套位于装置中心位置有利于装置稳定、快速下沉，沉底时底架与海底面接触，配重套通过轴承带动框架相对底架旋转，一方面避免下沉时横向水流造成装置的偏移，导致装置撞击珊瑚礁引起生态的破坏和装置的损坏，同时配重套转动时能带动声学波潮仪旋转，对不同方位波潮检测，提高对珊瑚群观测数据的采集多样性。

优选地，配重套中空且内壁环绕开设有滑移槽，配重套内部设置有与滑移槽配合连接的浮体组件，浮体组件可相对配重套移动，浮体组件连接有浮于水面的浮标，浮标内配设应答器。浮标能对装置整体提供水面位置标记，便于对装置发现和回收，且浮标携带内置的应答器浮在水面，能有效将声学波潮仪检测到的数据向陆地的终端传输，降低了水波、海底磁场对数据传输的干扰。

优选地，浮体组件包括位于配重套轴心处的连接块，连接块向各个滑移槽方向延伸设置有柔性杆，柔性杆末端转动连接有滚轮，滚轮滚动设置在滑移槽内，声学波潮仪外侧轴向滑动设置有防护架，防护架上下端分别与连接块和浮标连接有绳体。通过折弯柔性杆使滚轮卡接于滑移槽完成装配，同时也便于拆卸，浮标在水面上下浮动时通过防护架和绳体拉动连接块，连接块带动柔性杆使滚轮在滑移槽内滚动滑移，有助于消除浮标对装置的轴向拉力，降低配重套、框架以及底架位移而撞击珊瑚礁的几率，同时也防止装置整体倾覆导致声学波潮仪受损，多个滑移槽有助于保持各个柔性杆同步轴向滑移，防止单侧柔性杆升降后弯曲断裂。

优选地，配重套上方设有圆台，圆台与配重套上端面之间连接有多个支脚，防护架包括环绕布设的防护条，任一防护条位于相邻支脚之间的空隙，多个防护条在上下端聚拢并通过绳体与连接块和浮标连接。浮标通过上方的绳体带动防护条在声学波潮仪外侧上下移动，一方面能驱赶声学波潮仪周围生物靠近，以保证水文数据观测的准确性和稳定性，另一方面能在下沉过程中对声学波潮仪形成外侧防护，防止声学波潮仪受损导致无法实现观测，支脚和圆台能固定声学波潮仪的同时，对防护架限位，避免浪潮过大导致滚轮离开滑移槽使配重套与浮标失去连接。

优选地，任一柔性杆固定有扇形板，扇形板的外侧弧形边缘与配重套内壁贴合设置，相邻扇形板存在间隔，配重套的底部对外连通设置。绳体拉扯连接块时带动各个柔性杆上的扇形板上下滑移，扇形板的外侧弧形边缘能刮除配重套内壁粘附的污垢，避免内部附着物过多导致滚轮卡死，且扇形板的上下移动能与配重套内部水体接触，既能引起配重套内外水体交换从而污垢排出，也能通过水体对扇叶的阻力减缓浮标的拉力，进一步稳定装置在海底的布设。

优选地，框架包括环绕布设的竖杆，相邻竖杆之间固定有上下间隔布设的多个横杆，竖杆与配重套之间固定有上下间隔布设的多个竖板，相邻竖板之间设有隔板组件。

优选地，隔板组件包括固定于相邻竖板之间的底板，底板设有开口朝外的凹槽，底板上方固定有夹板和顶板，夹板位于底板与顶板之间且间隔布设，夹板阵列布设通孔，顶板与夹板之间固定有橡胶条。侧方水体冲击时能促动夹板和顶板相对底板摆动，进一步消除横向水流引起装置位移的可能，同时防止生物附着在框架上导致回收困难，底部水体向上流动通过凹槽和通孔从夹板、顶板和橡胶条之间的空隙向两侧流出并作用竖板，使架体带动配重套相对底座产生旋转运动，有助于声学波潮仪对水体多方位测量，通孔能细化水流，有利于使框架平稳缓慢旋转，提高声学波潮仪检测数据的准确性。

优选地，底架外侧环绕设有多个紧固件，紧固件包括分别固定于底架上下端边缘处的卡接板，上下端布设的卡接板之间固定有滑移套，滑移套内滑动设置有滑移柱，滑移柱底部固定有锥形头，滑移柱外套设有弹簧，弹簧两端分别被锥形头以及下方的卡接板限制。底座下沉至海底面时，锥形头与海底面接触带动滑移柱在滑移套内滑动并挤压弹簧，锥形头插接底面提高定位效果，同时弹簧压缩形变缓冲沉底冲击，降低对声学波潮仪以及框架整体的干涉，提高装置整体进行水文观测的稳定性和时长。

优选地，滑移套壁体上开设有螺旋槽，螺旋槽贯通滑移套侧壁，滑移柱横向固定有限位柱，限位柱伸出螺旋槽且可在螺旋槽内滑移。滑移柱在滑移套内轴向移动时带动限位柱在螺旋槽内滑动，使滑移柱带动锥头形成旋转，弹簧形变后恢复形变，带动锥头和滑移柱反向旋转并向下滑移，不仅通过下移的锥头加深了与底面的插接深度，同时正反两次旋转的锥头能在搅动海底砂石后再与底面插接，防止砂石携带插头随水流移动，进一步提高了与海底面的连接稳固性，弹簧通过伸长压缩使各个锥头和滑移柱适应地与底面接触，有利于保持装置整体垂直姿态，提高对水体数据检测的准确性。

优选地，配重套外壁设置有水质传感器，水质传感器布设于相邻竖板之间。水质传感器对装置整体的水质检测，且配重套能带动水质传感器旋转，使水质传感器能在转动的圆弧轨迹上获得多个水体质量数据，从而提高数据检测的准确性。

本发明由于采用了可相对底架旋转的配重套和框架来安装声学波潮仪进行水文检测，因而具有如下有益效果：框架可通过旋转缓冲横向水流冲击，提高装置沉底后的坐底稳固性；滚轮和柔性杆在滑移槽内同步滑移，能消除浮标对装置的拉力，防止装置受拉倾覆致使声学波潮仪受损；防护架在下沉时对声学波潮仪防护，且浮标在沉浮晃动时拉动防护架在声学波潮仪外滑动，有助于驱赶生物提高检测精度；扇形板伴随柔性杆滑移，既能清除配重套内污垢防止卡死，也能增大与水体的接触从而缓冲浮标拉力，进一步降低倾斜几率；隔板组件通过间隔设置的多个板体抖动能缓冲水体冲击，且对水体导流引起配重套稳定转动，提高声学波潮仪检测范围；装置沉底时，锥形头能相对滑移套滑移并压缩弹簧来缓冲落地冲击，降低装置震动干涉提高使用寿命；螺旋槽和限位柱的配合设置使锥形头能对地面形成正反两次旋转，搅开砂石深入底面土层，有利于装置的稳固插接，降低滑移破坏珊瑚礁的几率。因此，本发明是一种能快速沉底、沉底后定位牢固且能实现长期、稳定、准确观测的用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置。

附图说明

图1为底架、框架、配重套连接示意图；

图2为框架示意图；

图3为轴承位置示意图；

图4为配重套半剖示意图；

图5为图4中A区域放大示意图；

图6为浮体组件俯视示意图；

图7为防护架结构示意图；

图8为凹槽在底板上的位置状态示意图；

图9为隔板组件结构示意图；

图10为紧固件示意图。

附图标号：底架1；轴承10；框架2；竖杆20；横杆21；竖板22；配重套3；滑移槽30；圆台31；支脚32；声学波潮仪4；应答器40；浮体组件5；连接块50；柔性杆51；滚轮52；防护架53；防护条54；浮标6；绳体60；扇形板55；隔板组件7；底板70；凹槽71；夹板72；顶板73；通孔74；橡胶条75；紧固件8；卡接板80；滑移套81；滑移柱82；锥形头83；弹簧84；螺旋槽85；限位柱86；水质传感器9。

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。

参见附图1，一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，包括：底架1，底架1上方设有框架2，框架2在中心处连接有配重套3，配重套3上方架设有声学波潮仪4，底架1与配重套3底部装配连接有轴承10，配重套3能通过轴承10相对底架1转动。

配重套3位于装置中心位置有利于装置稳定、快速下沉，沉底时底架1与海底面接触，配重套3带动框架2相对底架1旋转，一方面避免下沉时横向水流造成装置的偏移，导致装置撞击珊瑚礁引起生态的破坏和装置的损坏，同时配重套3转动时能带动声学波潮仪4旋转，对不同方位波潮检测，提高观测数据的采集多样性。

参见附图3，配重套3中空且内壁环绕开设有滑移槽30，配重套3内部设置有与滑移槽30配合连接的浮体组件5，浮体组件5可相对配重套3移动，浮体组件5连接有浮于水面的浮标6，浮标6内配设应答器40。

陆地地面上设置有数据显控终端，声学波潮仪4通过将测定数据实时传输至应答器40，通过应答器40将接收信号无线传输至数据显控终端进行数据整理，分析，以便人员观察记录和分析。

配重套3外侧壁可布设水下摄像机、叶绿素荧光仪以及高纯锗伽马能谱仪，浮标6内配设数据传输单元，水下摄像机、叶绿素荧光仪以及高纯锗伽马能谱仪均与数据传输单元连接，数据传输单元与陆地上设置的数据显控终端通过卫星实现数据传输；

水下摄像机能伴随配重套3相对底架1旋转，实现水下摄像机能对周围多个方向进行实时拍摄，并将拍摄画面通过数据传输单元发送至数据显控终端，依据传输画面获得珊瑚礁生物、种类、存活硬珊瑚覆盖度以及生物多样性指数等多项指标；

叶绿素荧光仪对珊瑚礁中共生虫黄藻的荧光参数变化进行检测，并将检测数据通过数据传输单元发送至数据显控终端，工作人员可根据检测数据对珊瑚的健康状况进行监测；

高纯锗伽马能谱仪能对检测区域的珊瑚礁底质以及活珊瑚骨骼的放射性核素水平进行检测，检测数据通过数据传输单元发送至数据显控终端，从而便于研究人员判别珊瑚礁是否处于放射性状态。

浮标6能对装置整体提供水面位置标记，便于对装置发现和回收，且浮标6携带内置的应答器40浮在水面，能有效将声学波潮仪4检测到的数据向陆地的终端传输，降低了水波、海底磁场对数据传输的干扰。

参见附图4-附图6，浮体组件5包括位于配重套3轴心处的连接块50，连接块50向各个滑移槽30方向延伸设置有柔性杆51，柔性杆51末端转动连接有滚轮52，滚轮52滚动设置在滑移槽30内，声学波潮仪4外侧轴向滑动设置有防护架53，防护架53上下端分别与连接块50和浮标6连接有绳体60。

通过折弯柔性杆51使滚轮52卡接于滑移槽30完成装配，同时也便于拆卸。

浮标6在水面上下浮动时通过防护架53和绳体60拉动连接块50，连接块50带动柔性杆51使滚轮52在滑移槽30内滚动滑移，有助于消除浮标6对装置的轴向拉力，降低配重套3、框架2以及底架1位移而撞击珊瑚礁的几率，同时也防止装置整体倾覆导致声学波潮仪4受损，多个滑移槽30有助于保持各个柔性杆51同步轴向滑移，防止单侧柔性杆51升降后弯曲断裂。

参见附图7，配重套3上方设有圆台31，圆台31与配重套3上端面之间连接有多个支脚32，防护架53包括环绕布设的防护条54，任一防护条54位于相邻支脚32之间的空隙，多个防护条54在上下端聚拢并通过绳体60与连接块50和浮标6连接。

浮标6通过上方的绳体60带动防护条54在声学波潮仪4外侧上下移动，一方面能驱赶声学波潮仪4周围生物靠近，以保证水文数据观测的准确性和稳定性，另一方面能在下沉过程中对声学波潮仪4形成外侧防护，防止声学波潮仪4受损导致无法实现水文观测，支脚32和圆台31能固定声学波潮仪4的同时，对防护架53限位，避免浪潮过分拉动连接块50导致滚轮52离开滑移槽30使配重套3与浮标6失去连接。

参见附图6，任一柔性杆51固定有扇形板55，扇形板55的外侧弧形边缘与配重套3内壁贴合设置，相邻扇形板55存在间隔，配重套3的底部对外连通设置。

绳体60拉扯连接块50时带动各个柔性杆51上的扇形板55上下滑移，扇形板55的外侧弧形边缘能刮除配重套3内壁粘附的污垢，避免内部附着物过多导致滚轮52卡死，且扇形板55的上下移动能与配重套3内部水体接触，既能引起配重套3内外水体交换从而污垢排出，也能通过水体对扇叶的阻力减缓浮标6的拉力，进一步稳定装置在海底的布设。

参见附图2，框架2包括环绕布设的竖杆20，相邻竖杆20之间固定有上下间隔布设的多个横杆21，竖杆20与配重套3之间固定有上下间隔布设的多个竖板22，相邻竖板22之间设有隔板组件7。

参见附图8-附图9，隔板组件7包括固定于相邻竖板22之间的底板70，底板70设有开口朝外的凹槽71，底板70上方固定有夹板72和顶板73，夹板72位于底板70与顶板73之间且间隔布设，夹板72阵列布设通孔74，顶板73与夹板72之间固定有橡胶条75。

侧方水体冲击时能促动夹板72和顶板73相对底板70摆动，进一步消除横向水流引起装置位移的可能，同时防止生物附着在框架2上导致回收困难，底部水体向上流动通过凹槽71和通孔74从夹板72、顶板73和橡胶条75之间的空隙向两侧流出并作用竖板22，使架体带动配重套3相对底座产生旋转运动，有助于声学波潮仪4对水体多方位测量，通孔74能细化水流，有利于使框架2平稳缓慢旋转，提高声学波潮仪4检测数据的准确性。

参见附图10，底架1外侧环绕设有多个紧固件8，紧固件8包括分别固定于底架1上下端边缘处的卡接板，上下端布设的卡接板之间固定有滑移套81，滑移套81内滑动设置有滑移柱82，滑移柱82底部固定有锥形头83，滑移柱82外套设有弹簧84，弹簧84两端分别被锥形头83以及滑移套81限制。底座下沉至海底面时，锥形头83与海底面接触带动滑移柱82在滑移套81内滑动并挤压弹簧84，锥形头83插接底面提高定位效果，同时弹簧84压缩形变缓冲沉底冲击，降低对声学波潮仪4以及框架2整体的干涉，提高装置整体进行水文观测的稳定性和时长。

滑移套81壁体上开设有螺旋槽85，螺旋槽85贯通滑移套81侧壁，滑移柱82横向固定有限位柱86，限位柱86伸出螺旋槽85且可在螺旋槽85内滑移。滑移柱82在滑移套81内轴向移动时带动限位柱86在螺旋槽85内滑动，使滑移柱82带动锥头形成旋转，弹簧84形变后恢复形变，带动锥头和滑移柱82反向旋转并向下滑移，不仅通过下移的锥头加深了与底面的插接深度，同时正反两次旋转的锥头能在搅动海底砂石后再与底面插接，防止砂石携带插头随水流移动，进一步提高了与海底面的连接稳固性，弹簧84通过伸长压缩使各个锥头和滑移柱82适应地与底面接触，有利于保持装置整体垂直姿态，提高水体数据准确性。

参见附图2，配重套3外壁设置有水质传感器9，水质传感器9布设于相邻竖板22之间。水质传感器9对装置周围水质检测，且配重套3能带动水质传感器9旋转，使水质传感器9能在转动的圆弧轨迹上获得多个水体质量数据，提高了测量数据准确度。

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 (6)

1.一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，包括：底架（1），所述底架（1）上方设有框架（2），所述框架（2）在中心处连接有配重套（3），所述配重套（3）上方架设有声学波潮仪（4），

其特征是：所述底架（1）与所述配重套（3）底部装配连接有轴承（10），

所述配重套（3）中空且内壁环绕开设有滑移槽（30），所述配重套（3）内部设置有与所述滑移槽（30）配合连接的浮体组件（5），所述浮体组件（5）可相对所述配重套（3）移动，所述浮体组件（5）连接有浮于水面的浮标（6），所述浮标（6）内设置有应答器（40），

所述浮体组件（5）包括位于所述配重套（3）轴心处的连接块（50），所述连接块（50）向各个所述滑移槽（30）方向延伸设置有柔性杆（51），所述柔性杆（51）末端转动连接有滚轮（52），所述滚轮（52）滚动设置在滑移槽（30）内，所述声学波潮仪（4）外侧轴向滑动设置有防护架（53），所述防护架（53）上下端分别与所述连接块（50）和所述浮标（6）连接有绳体（60），

所述配重套（3）上方设有圆台（31），所述圆台（31）与所述配重套（3）上端面之间连接有多个支脚（32），所述防护架（53）包括环绕布设的防护条（54），任一所述防护条（54）位于相邻所述支脚（32）之间的空隙，多个所述防护杆（54）在上下端聚拢并通过所述绳体（60）与所述连接块（50）和所述浮标（6）连接，

任一所述柔性杆（51）固定有扇形板（55），所述扇形板（55）的外侧弧形边缘与所述配重套（3）内壁贴合设置，相邻所述扇形板（55）存在间隔，所述配重套（3）的底部对外连通设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，其特征是：所述框架（2）包括环绕布设的竖杆（20），相邻所述竖杆（20）之间固定有上下间隔布设的多个横杆（21），所述竖杆（20）与所述配重套（3）之间固定有上下间隔布设的多个竖板（22），相邻所述竖板（22）之间设有隔板组件（7）。

3.根据权利要求2所述的一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，其特征是：所述隔板组件（7）包括固定于相邻所述竖板（22）之间的底板（70），所述底板（70）设有开口朝外的凹槽（71），所述底板（70）上方固定有夹板（72）和顶板（73），所述夹板（72）位于所述底板（70）与所述顶板（73）之间且间隔布设，所述夹板（72）阵列布设通孔（74），所述顶板（73）与夹板（72）之间固定有橡胶条（75）。

4.根据权利要求1所述的一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，其特征是：所述底架（1）外侧环绕设有多个紧固件（8），所述紧固件（8）包括分别固定于所述底架（1）上下端边缘处的卡接板（80），上下端布设的所述卡接板（80）之间固定有滑移套（81），所述滑移套（81）内滑动设置有滑移柱（82），所述滑移柱（82）底部固定有锥形头（83），所述滑移柱（82）外套设有弹簧（84），所述弹簧（84）两端分别被所述锥形头（83）以及底部的所述卡接板（80）限制。

5.根据权利要求4所述的一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，其特征是：所述滑移套（81）壁体上开设有螺旋槽（85），所螺旋槽（85）贯通所述滑移套（81）侧壁，所述滑移柱（82）横向固定有限位柱（86），所述限位柱（86）伸出所述螺旋槽（85）且可在所述螺旋槽（85）内滑移。

6.根据权利要求2所述的一种用于珊瑚礁海域的坐底式海洋环境观测装置，其特征是：所述配重套（3）外壁设置有水质传感器（9），所述水质传感器（9）布设于所述相邻所述竖板（22）之间。