CN116605353B - 一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋监测设备领域，具体为一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统及工作方法，包括浮标体，浮标体下方通过钢缆连接剖面运动平台，剖面运动平台通过钢缆连接重块、锚链和锚块；剖面运动平台包括位于整流罩内部且连接在支架上的单双向运动切换装置，支架上连接传感器和浮力块。将传感器搭载到剖面运动平台中，剖面运动平台利用单双向运动切换装置使剖面运动平台在单向运动状态和双向运动状态之间切换，从而能够对所需深度区间的海域进行剖面观测，减少传感器的数量并降低布设成本，同时实现单双向运动切换来自于动作更加稳定的机械结构。

Description

一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统及工作方法

技术领域

本发明涉及海洋监测设备领域，具体为一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在海洋学研究、海洋生产和工程建设应用中，需要对特定海域和深度的海水参数（如温度、盐度、深度和流速等）进行长期、定点、实时的垂直剖面测量。现有技术利用船舶携带浮标和潜标等设备，将其布设在特定海域中，利用浮标以及浮标与潜标之间的钢缆搭载传感器来实现垂直剖面测量。

要实现所需的垂直剖面测量，现有技术需要在浮标与潜标之间的钢缆上搭载的多组传感器（例如温度、盐度和深度集成的CTD传感器），每个传感器获取不同深度海水的数据，通过后续的差值处理等方式获得所需的数据。此种方式需要在钢缆上搭载多个传感器，每个传感器的造价较高，并且回收、布放和调试的过程需要消耗过多时间，使得目前的测量方式成本过高；其次，目前的测量方式下，传感器会直接经受海水波浪的影响，容易使各传感器得到的数据过于离散。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统及工作方法，将传感器搭载到剖面运动平台中，剖面运动平台利用单双向运动切换装置使剖面运动平台在单向运动状态和双向运动状态之间切换，从而能够对所需深度区间的海域进行剖面观测，减少传感器的数量并降低布设成本，同时实现单双向运动切换来自于动作更加稳定的机械结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，包括浮标体，浮标体下方通过钢缆连接剖面运动平台，剖面运动平台通过钢缆连接重块、锚链和锚块；剖面运动平台包括位于整流罩内部且连接在支架上的单双向运动切换装置，支架上连接传感器和浮力块；

单双向运动切换装置包括连接在固定板两侧的第一固定块和第二固定块，第一固定块连接前挡板和固定板后形成的空间容纳凸轮组，凸轮组用于夹持钢缆；第二固定块连接固定板后形成的空间容纳切换板，切换板与凸轮组活动连接，切换板上设有配重块和凹槽，第二固定块活动连接的限位杆位于配重块下方空间；垂直布置的切换杆穿过连接在第二固定块上的切换杆切换块和限位夹，切换杆与切换块连接，限位夹夹持在切换块的设定位置上。

支架包括并列布置的左右支撑板，左右支撑板之间连接单双向运动切换装置，左右支撑板的顶端和底端均设有杠杆切换单元和整线单元，左右支撑板上连接挡板，通过左右支撑板上和挡板围合成的空间保护单双向运动切换装置。

第一固定块具有两组，两组第一固定块之间的空间设有凸轮组，两组第一固定块相靠近的侧面上设有凸轮槽，凸轮组包括分别通过两组轮架连接的多只凸轮本体，每两只凸轮本体形成一对，钢缆穿过每一对凸轮本体之间。

两组第一固定块上的凸轮槽形成上宽下窄的结构，当一对凸轮本体位于凸轮槽底端较窄的区域时夹持钢缆，凸轮本体转动连接在轮架上，此时钢缆只能向上运动而不能向下运动，即为单向运动模式；当一对凸轮本体位于凸轮槽顶端较宽的区域时，凸轮本体不与钢缆接触，此时钢缆的上升而下降不再受到限制，此时即为双向运动模式。

限位夹呈U型，U型的开口处设有活动连接的滚轮；切换块上具有上凹槽和下凹槽，两组凹槽之间圆弧过渡，限位夹的开口夹持在上凹槽处时，剖面运动平台处于单向运动模式，切入下凹槽时，剖面运动平台处于双向运动模式。

切换杆包括连接在一起的头部、杆身和尾钩，头部与杆身形成设定角度并在连接处设有转轴，头部具有第一尖端和第二尖端，第一尖端和第二尖端相对于杆身的角度不同，切换杆通过转轴活动连接在两组第二固定块之间；

单向运动模式下，第二尖端的背侧与切换块抵接，杆身位于垂直方向，第一尖端与切换板的凹槽分离，尾钩伸入到切换板底端的空间中；

双向运动模式下，第二尖端的背侧与切换块分离，第一尖端伸入到切换板的凹槽内形成限位。

剖面运动平台上搭载的传感器，在剖面运动平台向下运动时，切入低采集频率模式下工作，当剖面运动平台向上运动时，切入高采集频率模式工作，以生成均匀的数据，当完成一个运动周期后，将上个周期的数据传输给浮标本体。

杠杆切换单元包括连接在切换杆两端的杠杆连接块，和连接在钢缆上的上止动块和下止动块，通过上止动块或下止动块撞击杠杆连接块带动切换杆上升或下降实现单双向切换。

整线单元包括连接在左右支撑板的顶端和底端的底座，底座与外壳连接，外壳内设有多组滚轴，通过轴线方向相交叉滚轴调整钢缆，使剖面运动平台沿钢缆所在的垂直方向运动。

本发明的第二个方面提供上述系统的工作方法，包括以下步骤：

入水时，剖面运动平台处于单向运动模式，此时限位夹夹持在切换块的上凹槽处，凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽底端较窄的区域，钢缆只能被向上抽出；海浪来临时，浮标体上浮带动钢缆向上抽出，剖面运动平台由于惯性作用仍保持在原始深度位置，波浪回落时，浮标体带动钢缆向下回落，此时由于剖面运动平台是单向运动模式，凸轮组会抱紧钢缆并随钢缆一起下落，剖面运动平台向下步进一步；

当剖面运动平台步进至极限位置时，在波浪的作用下，钢缆上的下止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元，使得切换杆向上运动，带动切换块上升并推动配重块和切换板上升，使得凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽顶端较宽的区域，从而将剖面运动平台切换至双向工作模式，此时凸轮组对钢缆没有任何接触，剖面运动平台的浮力大于重力，会上浮直至撞击钢缆上的上止动块，上止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元使得切换杆向下运动，又会切入单向运动模式；如此循环往复，完成所需的剖面运动，传感器在剖面运动期间获取所需的数据并发送给浮标本体。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、在剖面运动平台上搭载传感器，剖面运动平台利用浮力和重力使切换杆上下运动，带动切换板和凸轮组上下运动，从而在单向运动模式和双向运动模式之间切换，使得仅利用一组传感器能够实现不同深度海水的数据的测量，测量期间的成本更低，回收、布放和调试的效率更高。

2、剖面运动平台实现单双向运动切换的过程利用波浪的起伏运动，不消耗额外的能源，并且采取单纯的机械结构，相较于一些利用弹性元件实现切换的结构，其性能更加可靠，在海水环境中使用的寿命更长。

3、剖面运动平台的结构中，利用限位夹和切换块的配合形成限位避免限位板意外下落，并在切换块推动限位板上升时，使得限位板上的凹槽被限位杆头部的其中一个尖端伸入，形成另一个限位，进一步避免限位板的意外下落，确保双向运动模式下钢缆处于自由运动状态，从而不影响剖面运动平台的上升运动，确保传感器能够获得连续的剖面数据。

4、剖面运动平台上的整流罩能够降低海水波浪对传感器的影响，从而降低数据的离散程度。

5、由于轮架的存在，使得全部凸轮本体在轮架的作用下形成的凸轮组能够同步运动，使得切入单向运动模式时对钢缆的夹持作用更加稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统结构示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的剖面运动平台的外形结构示意图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的剖面运动平台隐藏整流罩后的结构示意图；

图4是本发明一个或多个实施例提供的剖面运动平台隐藏整流罩后的爆炸结构示意图；

图5是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置的内部结构示意图；

图6是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置内部隐藏限位夹、切换杆和切换块后的结构示意图；

图7是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置内部凸轮组一侧的结构示意图；

图8是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置中切换夹的结构示意图；

图9是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置处于单向运动模式时的局部结构示意图；

图10是本发明一个或多个实施例提供的单双向运动切换装置切换到双向运动模式时的局部结构示意图；

图11是本发明一个或多个实施例提供的整线单元的结构示意图；

图12是本发明一个或多个实施例提供的整线单元隐藏外壳后的结构局部示意图。

图1中：1浮标体，2剖面运动平台，3钢缆，4重块，5锚链，6锚块；

图2-图3中：21整流罩，22支架，23单双向运动切换装置，24整线单元；

图5-图7中：201前挡板，202第一固定块，203轮架，204固定板，2041限位孔，205切换板，2051配重块，2052限位杆，2053凹槽，206第二固定块，207限位夹，2071切换杆限位块，208切换杆，209切换块，210滚轮，211上凹槽，212下凹槽，213凸轮本体，214凸轮槽；

图8中：71第一尖端，72转轴，73第二尖端，74杆身，75尾钩；

图11-图12中：241杠杆连接块，242底座，243外壳，244第一滚轴，245第二滚轴。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术中所描述的，现有技术在浮标与潜标之间的钢缆上搭载的多组传感器实现海水垂直剖面观测，此种方式需要在钢缆上搭载多个传感器，资金成本和时间成本过高；其次，传感器会直接经受海水波浪的影响，容易使各传感器得到的数据过于离散。

以下实施例给出一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，将传感器搭载到浮标下方海域的剖面运动平台中，剖面运动平台利用单双向运动切换装置使剖面运动平台在单向运动状态和双向运动状态之间切换，从而能够对所需深度区间的海域进行剖面观测，并且实现单双向运动来自于动作更加稳定的机械结构。

实施例一：

如图1-图12所示，本实施例的目的是提供一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，包括浮标体1，浮标体1下方通过钢缆3连接剖面运动平台2，剖面运动平台2通过钢缆3连接重块4，重块4通过锚链5与锚块6连接。

其中，浮标体上具有水上自然现象采集器，例如长短波四分量观测仪、雨量计、信标机、风向仪、温度压力传感器等；同时含有各种通信模块，如铱星模块、北斗模块、GNSS模块、天通模块、4G模块等，保证海洋数据和大气数据的实时回传；在浮标体的下方设有一个探测1M水深的CTD传感器；CTD下方装有一个锌块，利用牺牲阴极的阳极保护法实现对浮标体中金属件的保护；浮标体上还包括电池和数据采集控制器，保证浮标的能源供应和各个传感器的控制；

其中，剖面运动平台2为依靠波浪驱动的机械式结构，向下运动时依靠波浪能向下步进，上升时利用自身的净浮力略大于重力来匀速上升。调节的匀速上升的速度一般为0.3m/s-0.5m/s。重块采用的是20kg/块的铅板，一般使用两块，目的是为了保证剖面运动的钢缆保持垂直。重块下方连接的释放器是为了便于回收剖面运动平台2和浮标体1。锚块的作用是锚定浮标的位置，只对定点海域进行全天候垂直剖面测量。

如图2-图4所示，剖面运动平台2包括位于整流罩21内部且连接在支架22上的单双向运动切换装置23，整流罩21的顶端和底端开口。

支架22包括并列布置的左右支撑板，左右支撑板之间连接单双向运动切换装置23，左右支撑板的顶端和底端均设有杠杆切换单元和整线单元24，左右支撑板上设有设备安装条，用于连接整流罩21、浮力块和传感器，左右支撑板上连接挡板，通过左右支撑板上和挡板围合成的空间保护单双向运动切换装置23。

本实施例中，单双向运动切换装置位于左右支撑板的中间位置，四个设备安装条固定于左右支撑板的两端，两个支撑柱分别位于剖面仪单双向运动切换装置和上下支撑板的中间，防止由于剖面运动平台2过长和外部压力过大而导致的变形。

本实施例中，若干浮力块连接在支架22上，通过浮力块的数量和规格的调整，使剖面运动平台2完全被海水浸没后，浮力略大于重力。

本实施例中，单双向运动切换装置23的凸轮组中间空隙与两套整线单元的限位孔同心，用于钢缆穿过。

如图5-图7所示，单双向运动切换装置23包括连接在固定板204两侧的第一固定块202和第二固定块206，第一固定块202具有两组，两组第一固定块202连接前挡板201和固定板204后形成的空间容纳凸轮组，凸轮组用于夹持钢缆；

第二固定块206具有两组，两组第二固定块206连接固定板204后形成的空间容纳切换板205，切换板205与凸轮组活动连接，切换板205上设有配重块2051和凹槽2053，第二固定块206活动连接的限位杆2052位于配重块2051下方空间；垂直布置的切换杆208穿过连接在第二固定块206上的切换杆限位块2071和限位夹207，限位夹207夹持在切换块209的设定位置上，切换杆208与切换块209连接；

利用浮力和重力使切换杆208上下运动，切换块209推动配重块2051进而带动切换板205和凸轮组上下运动，在单向运动模式和双向运动模式之间切换。

上下运动期间，限位夹207夹持在切换块209的不同位置，使得限位杆2052的姿态改变，当限位杆2052头部的其中一个尖端伸入到凹槽2053中时，阻止切换板205下落。

如图7所示，第一固定块202具有两组，两组第一固定块202之间的空间设有凸轮组，两组第一固定块202相靠近的侧面上设有凸轮槽214，凸轮组包括分别通过两组轮架203连接的多只凸轮本体213，每两只凸轮本体213形成一对，钢缆穿过每一对凸轮本体213之间。

本实施例中的凸轮本体213具有12只，形成6对；两组第一固定块202上的凸轮槽214形成上宽下窄的结构，当一对凸轮本体213位于凸轮槽214底端较窄的区域时夹持钢缆，由于凸轮本体213转动连接在轮架203上，则钢缆只能向上运动而不能向下运动，此时即为单向运动模式；而当一对凸轮本体213位于凸轮槽214顶端较宽的区域时，凸轮本体213不与钢缆接触，此时钢缆的上升而下降不再受到限制，此时即为双向运动模式。

由于轮架203的存在，使得全部凸轮本体213在轮架203的作用下形成的凸轮组能够同步运动，凸轮组通过穿过固定板204的轴销与切换板205活动连接，使得切换板205的上升和下降能够带动凸轮组同步运动，使每一对凸轮本体213沿着凸轮槽214相互靠近或远离。

固定板204上设有倾斜布置的限位孔2041，轴销一端连接在轮架203上，另一端穿过限位孔2041后与切换板205上对应的孔（该孔为条形孔或长圆孔，用于提供横向运动余量）活动连接，限位孔2041成对且倾斜布置，每一对限位孔2041的倾斜角度相反。

切换杆208垂直布置，穿过切换杆限位块2071后与切换块209连接后，穿过限位夹207。限位夹207呈U型，U型的开口处具有一定弹性能够在小范围内改变开口的宽度，配合开口处活动连接的滚轮210，使得切换块209能够在限位夹207的开口处切换位置，从而实现单向运动和双向运动模式的切换。

切换块209上具有上凹槽211和下凹槽212，两组凹槽之间圆弧过渡，限位夹207的开口夹持在上凹槽211处时，剖面运动平台2处于单向运动模式，当切换块209上升使下凹槽212与限位夹207的开口配合实现夹持时，切换块209的顶端推动配重块2051使得切换板205连同凸轮组共同上升，从而使剖面运动平台2切换到双向运动模式，切换完毕后，限位夹207的开口夹持在下凹槽212处。

切换板205上的配重块2051用于调整剖面运动平台的重量，本实施例选用圆柱形配重块，同时配重块2051的下底面用于接收来自于切换块209上升时的推动作用，在切换板205被推动上升时，凸轮组跟随上升，使得一对凸轮本体到达凸轮槽的顶端，进而切入双向运动模式。

切换板205的凹槽2053，用于在切入双向运动模式之后，使切换杆2052头部的其中一个尖端伸入，作为限位。

如图8所示，切换杆2052包括连接在一起的头部、杆身74和尾钩75，杆身74一端连接尾钩75另一端连接头部，头部与杆身74形成设定角度并在连接处设有转轴72，头部包括第一尖端71和第二尖端73，第一尖端71和第二尖端73相对于杆身74的角度不同，切换杆2052通过转轴72活动连接在两组第二固定块206之间，能够绕转轴72的轴线旋转；

如图9所示，单向运动模式下，切换块209压在第二尖端73的背侧并与第二尖端73背侧抵接，使杆身74位于垂直方向，第一尖端71与切换板205的凹槽2053分离，尾钩75伸入到切换板205底端的空间中；

如图10所示，切入双向运动模式时，切换块209上升与配重块2051抵接并推动配重块2051连同切换板205和凸轮组上升，切换块209不再压着切换杆2052的第二尖端73，也不再与第二尖端73的背侧抵接，解除切换杆2052的限制状态，使得第二尖端73和尾钩75在水流作用下抬起，配合切换块209的上升使第一尖端71能够伸入到切换板205的凹槽2053内形成限位，避免切换板205意外下落。

当切回单向运动模式时，切换块209下降压在第二尖端73的背侧，同时第一尖端71从凹槽2053中分离。

剖面运动平台2入水时处于单向运动状态，此时限位夹207夹持在切换块209的上凹槽211处，凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽214底端较窄的区域。钢缆只可被向上抽出；当海浪来临时，浮标体1由于波浪的作用被向上浮起，剖面运动平台2由于惯性的作用仍保持在初始深度位置不动，浮标体1上浮带动钢缆向上抽出，当波浪回落时，在重力的作用下，浮标体1带动钢缆向下回落，此时由于剖面运动平台2是单向运动模式，凸轮组会抱紧钢缆并随钢缆一起下落，如此剖面运动平台2向下步进一步；

当步进至底端时，在波浪的作用下，钢缆上的下止动块撞击剖面运动平台2的杠杆切换单元，使得切换杆208向上运动，带动切换块209上升并使切换块209切换至下凹槽212被限位夹207夹持，切换期间，切换块209上升推动配重块2051和切换板205上升，使得凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽214顶端较宽的区域，从而将剖面运动平台2切换至双向工作模式，此时凸轮组对钢缆没有任何接触，而剖面运动平台2的浮力大于重力，则会在净浮力的作用下做加速度减小的加速运动，并在设定时间内加速度减小至零（例如2秒内），之后做匀速运动，直至撞击钢缆上的上止动块，上止动块撞击剖面运动平台2的杠杆切换单元使得切换杆208向下运动，又会把切入单向运动模式，如此循环往复，完成一个又一个剖面运动。

切入双向运动模式的过程中，浮标体上升带动钢缆使下止动块撞击杠杆连接块，使得切换杆连同切换块上升，切换块由上凹槽切入下凹槽的过程中，限位夹与切换块的夹持作用形成一组限位功能，避免限位板的意外下落；而切换块推动配重块使得切换板上升的过程中，切换板上的凹槽位置跟随上升使得限位杆的第一尖端伸入到凹槽内形成进一步的限位功能，进一步避免切换板不会意外回落，进而确保双向运动模式下，钢缆处于自由状态。

相应的，剖面运动平台2上搭载的传感器，在剖面运动平台2向下运动时，切入低采集频率模式下工作，当剖面运动平台2向上运动时，切入高采集频率模式工作，以生成均匀的数据，当完成一个运动周期后，将上个周期的数据传输给浮标本体。

杠杆切换单元包括连接在切换杆208两端的杠杆连接块241，和连接在钢缆上的上止动块和下止动块，通过上止动块或下止动块撞击杠杆连接块241带动切换杆208上升或下降实现单双向切换。上止动块和下止动块是确定每一次剖面运动极限位置的零件，具体结构不做限制，根据实际需求固定在钢缆的设定位置即可。

如图11-图12所示，整线单元24包括连接在左右支撑板的顶端和底端的底座242，底座242与外壳243连接，外壳243内设有多组滚轴，通过轴线方向相交叉滚轴调整钢缆，使剖面运动平台2沿钢缆所在的垂直方向运动。

本实施例中，整线单元24的外壳243内部具有轴线交叉的第一滚轴244和第二滚轴245。

上述系统在剖面运动平台上搭载一组传感器，配合剖面运动平台单向和双向运动模式切换的方式，实现不同深度海水的数据的测量，测量期间的成本更低，回收、布放和调试的效率更高。

剖面运动平台实现单双向运动切换的过程利用波浪的起伏运动，不消耗额外的能源，并且采取单纯的机械结构，相较于一些利用弹性元件实现切换的结构，其性能更加可靠，在海水环境中使用的寿命更长。

剖面运动平台的结构中，利用限位夹和切换块的配合避免限位板意外下落，并在切换块推动限位板上升时，使得限位板上的凹槽被限位杆头部的其中一个尖端伸入，形成限位，进一步避免限位板的意外下落，确保双向运动模式下钢缆处于自由运动状态。

剖面运动平台上的整流罩能够降低海水波浪对传感器的影响，从而降低数据的离散程度。

实施例二：

实施例一中系统的工作方法，包括以下步骤：

入水时，剖面运动平台处于单向运动模式，此时限位夹夹持在切换块的上凹槽处，凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽底端较窄的区域，钢缆只可被向上抽出；海浪来临时，浮标体向上浮起，剖面运动平台由于惯性的作用仍保持在初始深度位置，浮标体上浮带动钢缆向上抽出，当波浪回落时，在重力的作用下，浮标体带动钢缆向下回落，此时由于剖面运动平台是单向运动模式，凸轮组会抱紧钢缆并随钢缆一起下落，剖面运动平台向下步进一步；

当剖面运动平台步进至底端时，在波浪的作用下，钢缆上的下止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元，使得切换杆向上运动，带动切换块上升并推动配重块和切换板上升，使得凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽顶端较宽的区域，从而将剖面运动平台切换至双向工作模式，此时凸轮组对钢缆没有任何接触，剖面运动平台的浮力大于重力，会上浮直至撞击钢缆上的上止动块，上止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元使得切换杆向下运动，又会把切入单向运动模式，如此循环往复，完成一个又一个剖面运动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，其特征在于，包括浮标体，浮标体下方通过钢缆连接剖面运动平台，剖面运动平台通过钢缆连接重块、锚链和锚块；剖面运动平台包括位于整流罩内部且连接在支架上的单双向运动切换装置，支架上连接传感器和浮力块；

所述单双向运动切换装置包括连接在固定板两侧的第一固定块和第二固定块，第一固定块连接前挡板和固定板后形成的空间容纳凸轮组，凸轮组用于夹持钢缆；第二固定块连接固定板后形成的空间容纳切换板，切换板与凸轮组活动连接，切换板上设有配重块和凹槽，第二固定块活动连接的限位杆位于配重块下方空间；垂直布置的切换杆穿过连接在第二固定块上的切换块和限位夹，切换杆与切换块连接，限位夹夹持在切换块的设定位置上；

所述支架包括并列布置的左右支撑板，左右支撑板之间连接单双向运动切换装置，左右支撑板的顶端和底端均设有杠杆切换单元和整线单元，左右支撑板上连接挡板，通过左右支撑板和挡板围合成的空间保护单双向运动切换装置；

所述第一固定块具有两组，两组第一固定块之间的空间设有凸轮组，两组第一固定块相靠近的侧面上设有凸轮槽，凸轮组包括分别通过两组轮架连接的多只凸轮本体，每两只凸轮本体形成一对，钢缆穿过每一对凸轮本体之间；凸轮槽形成上宽下窄的结构，当一对凸轮本体位于凸轮槽底端较窄的区域时夹持钢缆，凸轮本体转动连接在轮架上，此时钢缆只能向上运动而不能向下运动，即为单向运动模式；当一对凸轮本体位于凸轮槽顶端较宽的区域时，凸轮本体不与钢缆接触，此时钢缆的上升和下降不再受到限制，此时即为双向运动模式；

所述限位夹呈U型，U型的开口处设有活动连接的滚轮；切换块上具有上凹槽和下凹槽，两组凹槽之间圆弧过渡，限位夹的开口夹持在上凹槽处时，剖面运动平台处于单向运动模式，切入下凹槽时，剖面运动平台处于双向运动模式；

所述切换杆包括连接在一起的头部、杆身和尾钩，头部与杆身形成设定角度并在连接处设有转轴，头部具有第一尖端和第二尖端，第一尖端和第二尖端相对于杆身的角度不同，切换杆通过转轴活动连接在两组第二固定块之间；单向运动模式下，第二尖端的背侧与切换块抵接，杆身位于垂直方向，第一尖端与切换板的凹槽分离，尾钩伸入到切换板底端的空间中；双向运动模式下，第二尖端的背侧与切换块分离，第一尖端伸入到切换板的凹槽内形成限位；

所述杠杆切换单元包括连接在切换杆两端的杠杆连接块，和连接在钢缆上的上止动块和下止动块，通过上止动块或下止动块撞击杠杆连接块带动切换杆上升或下降实现单双向切换；

所述切换杆上下运动，切换块推动配重块进而带动切换板和凸轮组上下运动，在单向运动模式和双向运动模式之间切换。

2.如权利要求1所述的一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，其特征在于，所述剖面运动平台上搭载的传感器，在剖面运动平台向下运动时，切入低采集频率模式下工作，当剖面运动平台向上运动时，切入高采集频率模式工作，以生成均匀的数据，当完成一个运动周期后，将上个周期的数据传输给浮标本体。

3.如权利要求1所述的一种波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统，其特征在于，所述整线单元包括连接在左右支撑板的顶端和底端的底座，底座与外壳连接，外壳内设有多组滚轴，通过轴线方向相交叉的滚轴调整钢缆，使剖面运动平台沿钢缆所在的垂直方向运动。

4.基于权利要求1-3任一项所述波浪驱动式剖面观测锚碇浮标系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

入水时，剖面运动平台处于单向运动模式，此时限位夹夹持在切换块的上凹槽处，凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽底端较窄的区域，钢缆只能被向上抽出；海浪来临时，浮标体上浮带动钢缆向上抽出，剖面运动平台由于惯性作用仍保持在原始深度位置，波浪回落时，浮标体带动钢缆向下回落，此时由于剖面运动平台是单向运动模式，凸轮组会抱紧钢缆并随钢缆一起下落，剖面运动平台向下步进一步；

当剖面运动平台步进至极限位置时，在波浪的作用下，钢缆上的下止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元，使得切换杆向上运动，带动切换块上升并推动配重块和切换板上升，使得凸轮组中的每一对凸轮本体位于凸轮槽顶端较宽的区域，从而将剖面运动平台切换至双向运动模式，此时凸轮组对钢缆没有任何接触，剖面运动平台的浮力大于重力，会上浮直至撞击钢缆上的上止动块，上止动块撞击剖面运动平台的杠杆切换单元使得切换杆向下运动，又会切入单向运动模式；如此循环往复，完成所需的剖面运动，传感器在剖面运动期间获取所需的数据并发送给浮标本体。