CN117602042A - 一种长续航水下观测设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种长续航水下观测设备，包括充电母座、移动式观测装置、收卷机构以及上浮机构：充电母座的侧壁具有安装槽，上浮机构包括：电动推杆；浮块，设于安装槽的槽口；中空拉管，一端封闭，一端开口，且中空拉管的开口端穿过推盘后与座体固定住；第一气囊，固定在中空拉管上，邻近中空拉管的封闭端；充气气罐，固定在座体内，与中空拉管的开口端连通；电控阀，设于充气气罐与中空拉管之间。本申请上浮机构通过浮块和中空拉管的设计，在回收时，能够使中空拉管的上端相对海底具有较高距离，邻近中空拉管的封闭端的第一气囊所受压力较小，充气气罐能够更好的给第一气囊充气，第一气囊能够膨胀的较大，产生足够的浮力。

Description

一种长续航水下观测设备

技术领域

本发明涉及海洋勘测领域，具体涉及一种长续航水下观测设备。

背景技术

水下观测设备在海底进行勘测作业时需要耗费较大的电量，在观测较短时间后就需要浮上来充电或添加燃料，且每次观测时都需要船停留在相应海域，整个观测受限较大。如果采用大容量电池供电，虽然能够有效提高续航能力，但是大容量电池导致水下观测设备自重较重，常规的上浮结构并不能使水下观测设备自动上浮。因此，采用大容量电池方案时，水下观测设备需要通过缆绳与船上的缆绳收卷机构连接，在水下观测设备工作完成后，船上的缆绳收卷机构通过收卷缆绳来回收水下观测设备，即每次观测时还是需要船停留在相应海域。

发明内容

本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种长续航水下观测设备。

本发明采取的技术方案如下：

一种长续航水下观测设备，用于在石油平台所在海域进行勘测，包括充电母座、移动式观测装置、收卷机构以及上浮机构：

所述移动式观测装置包括机架以及安装在机架上的动力机构、观测传感器组件、电池以及无线充电单元；

所述充电母座包括座体、电池组以及支撑台，所述电池组设于所述座体内，所述支撑台固定在所述座体上方，所述支撑台上具有与所述电池组电连接的无线充电组件；

所述收卷机构安装在所述母座中，所述收卷机构具有收卷盘、绕设在所述收卷盘上的绳索以及驱动收卷盘转动的收卷电机，所述绳索的一端与所述移动式观测装置的机架连接，收卷电机收卷时能够带动所述移动式观测装置移动至所述支撑台上，使移动式观测装置的无线充电单元与所述无线充电组件相对应，充电母座的电池组通过无线充电组件和无线充电单元的配合，能够给移动式观测装置的电池进行充电；

所述充电母座的侧壁具有安装槽，所述上浮机构设置在充电母座上，所述上浮机构包括：

电动推杆，固定在座体中，电动推杆的活动杆上安装有推盘，所述推盘与所述安装槽滑动配合；

浮块，设于所述安装槽的槽口，所述推盘、安装槽和浮块之间形成安装腔；

中空拉管，一端封闭，一端开口，中空拉管收卷存放于所述安装腔中，且中空拉管的开口端穿过所述推盘后与所述座体固定住；

第一气囊，固定在中空拉管上，邻近所述中空拉管的封闭端，所述第一气囊与所述中空拉管相连通；

充气气罐，固定在所述座体内，与所述中空拉管的开口端连通；

电控阀，设于所述充气气罐与中空拉管之间。

通过上浮机构能够实现长续航水下观测设备的自动上浮，船在投放长续航水下观测设备后，能够去其他海域作业。上浮机构的工作原理为：电动推杆工作，推动推盘向安装槽外侧移动，将浮块、中空拉管和第一气囊从安装槽内推出，在浮块浮力的作用下，能够快速将中空拉管向上拉动，然后电控阀打开，充气气罐内的高压气体沿着中空拉管活动，最终进入上方的第一气囊中，第一气囊膨胀，产生足够浮力带动长续航水下观测设备上移。

充电母座因为具有大容量的电池组，重量较重，传统的上浮结构并不适用。本申请上浮机构通过浮块和中空拉管的设计，在回收时，能够使中空拉管的上端相对海底具有较高距离，邻近中空拉管的封闭端（上端）的第一气囊所受压力较小，充气气罐能够更好的给第一气囊充气，第一气囊能够膨胀的较大，产生足够的浮力。

本申请长续航水下观测设备的一种具体的工作方式：将长续航水下观测设备投放到相应海域，充电母座与海底接触，通过收卷电机的释放以及移动式观测装置的动力机构的作用，移动式观测装置能够在较大范围内进行观测，并通过观测传感器组件采集大量数据，当移动式观测装置电量不足时，收卷电机收卷，通过绳索将移动式观测装置拖拉至支撑台上，充电母座的大容量电池组通过无线充电组件和无线充电单元的配合，给移动式观测装置的电池进行充电，充电完成后，移动式观测装置可以继续作业，移动式观测装置通过多次充电能够实现长续航的观测工作，在长时间工作后，长续航水下观测设备通过上浮机构自动上浮。

实际运用时，观测传感器组件可以具有多种不同类型的传感器，比如用于探测海底热流的探针，比如观测打井相关的液体泄露的生物化学传感器，比如温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、水质仪、海流计、摄像头等等。

于本发明其中一实施例中，所述安装槽斜向下设置；所述上浮机构还包括固定在中空拉管上的第二气囊，所述第二气囊邻近所述推盘，所述第二气囊与所述中空拉管相连通。

安装槽斜向下设置，在水中浮块整体呈向安装槽内侧上浮的运动趋势，浮块不易因意外脱离安装槽。中空拉管长度较长，如果不设置第二气囊，那最终座体上移到最大位置时，距海面有一定的距离，不方便座体的打捞；通过在中空拉管靠下位置设置第二气囊能够使座体最终位置较为靠近海面，方便座体的打捞操作。

于本发明其中一实施例中，所述座体具有连接块，所述推盘上具有穿过孔，所述中空拉管的一端穿过所述穿过孔后与所述连接块固定。

于本发明其中一实施例中，所述安装槽上具有限位凸块，所述浮块上具有与所述限位凸块相适配的限位卡口，限位凸块和限位卡口滑动配合。

于本发明其中一实施例中，所述支撑台的中部具有锥形定位孔，所述机架上具有锥形定位块，所述锥形定位块与锥形定位孔相适配，所述绳索的端部穿过所述锥形定位孔后与所述锥形定位块固定。

锥形结构方便自定位。实际运用时，在移动式观测装置回收进行无线充电时，优选的操作方式为：动力机构驱动移动式观测装置上移，同时收卷机构的收卷电机工作收卷绳索，使移动式观测装置向座体一侧移动，直至锥形定位块嵌入支撑台的锥形定位孔。通过动力机构驱动移动式观测装置上移的方式，结合收卷电机收卷动作，能够防止海底物体阻碍移动式观测装置的移动，能够使移动式观测装置快速可靠的向座体一侧移动，且最终通过锥形定位孔和锥形定位块的配合，可靠定位住。

于本发明其中一实施例中，所述锥形定位块转动安装在机架上，移动式观测装置还包括驱动锥形定位块转动的切换电机，所述锥形定位块具有自有状态和竖直状态，所述切换电机用于在收卷电机驱动移动式观测装置移动至支撑台时，使所述锥形定位块处于竖直状态。

竖直状态下，锥形定位块与锥形定位孔相适配，能够实现可靠的自定位；在移动式观测装置向周边移动时，此时锥形定位块处于自由状态，锥形定位块能够自适应的转动，保证绳索与锥形定位块处于合适的角度。

于本发明其中一实施例中，所述机架具有多个绕所述锥形定位块设置的支撑脚，所述支撑脚具有倾斜的杆部和固定在杆部下端的支撑部，各杆部形成上窄下宽的导向结构，所述导向结构的上端内径大于等于所述支撑台的外径，在移动式观测装置刚落至支撑台时，所述导向结构的下端外套在支撑台上，在机架进一步下移时，导向结构通过各杆部限定机架的位置，最终使锥形定位块嵌入支撑台的锥形定位孔上。

本申请的支撑脚除了起支撑作用，其还能形成导向结构。支撑脚形成的导向结构用于在移动式观测装置移动至座体时起最初的导向作用，防止机架偏移支撑台，通过导向结构和锥形定位孔的双限位结构能够有效保证机架收卷回座体时能够可靠定位住。

于本发明其中一实施例中，所述支撑台上具有行程开关，所述行程开关用于控制收卷电机的收卷动作，收卷电机工作收卷绳索的过程中，当机架与支撑台接触时，机架触发所述行程开关，所述收卷电机停止工作。

于本发明其中一实施例中，所述动力机构包括：

至少一个升降电动叶轮组件，设置在机架上，用于带动机架上下移动；

两个并排设置的水平电动叶轮组件，设置在机架上，用于带动机架前后左右移动。

本发明的有益效果是：上浮机构工作时，电动推杆工作，推动推盘向安装槽外侧移动，将浮块、中空拉管和第一气囊从安装槽内推出，在浮块浮力的作用下，能够快速将中空拉管向上拉动，然后电控阀打开，充气气罐内的高压气体沿着中空拉管活动，最终进入上方的第一气囊中，第一气囊膨胀，产生足够浮力带动长续航水下观测设备上移。

附图说明

图1是长续航水下观测设备的示意图；

图2是上浮机构未释放时的剖视图；

图3是上浮机构未释放后的局部剖视图；

图4是上浮机构刚释放后长续航水下观测设备的示意图；

图5是图4中第一气囊和第二气囊充气后的示意图；

图6是移动式观测装置脱离支撑台后的示意图；

图7是移动式观测装置准备回支撑台时的示意图；

图8是移动式观测装置在支撑台上方时的示意图；

图9是充电母座和移动式观测装置的局部剖视图。

图中各附图标记为：

1、充电母座；11、座体；111、安装槽；112、连接块；12、支撑台；121、无线充电组件；122、锥形定位孔；123、行程开关；2、移动式观测装置；21、机架；22、动力机构；221、升降电动叶轮组件；222、水平电动叶轮组件；23、观测传感器组件；24、无线充电单元；25、锥形定位块；26、切换电机；27、支撑脚；271、杆部；272、支撑部；273、导向结构；3、收卷机构；31、收卷盘；32、绳索；33、收卷电机；4、上浮机构；41、电动推杆；42、推盘；421、穿过孔；43、浮块；44、中空拉管；45、第一气囊；46、充气气罐；47、电控阀；48、第二气囊；49、安装腔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是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申请中的具体含义。

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如图1、图5和图9所示，一种长续航水下观测设备，用于在石油平台所在海域进行勘测，包括充电母座1、移动式观测装置2、收卷机构3以及上浮机构4：

如图1和图8所示，移动式观测装置2包括机架21以及安装在机架21上的动力机构22、观测传感器组件23、电池（图中省略未示出）以及无线充电单元24；

如图1和图6所示，充电母座1包括座体11、电池组（图中省略未示出）以及支撑台12，电池组设于座体11内，支撑台12固定在座体11上方，支撑台12上具有与电池组电连接的无线充电组件121；

如图9所示，收卷机构3安装在母座中，收卷机构3具有收卷盘31、绕设在收卷盘31上的绳索32以及驱动收卷盘31转动的收卷电机33，绳索32的一端与移动式观测装置2的机架21连接，收卷电机33收卷时能够带动移动式观测装置2移动至支撑台12上，使移动式观测装置2的无线充电单元24与无线充电组件121相对应，充电母座1的电池组通过无线充电组件121和无线充电单元24的配合，能够给移动式观测装置2的电池进行充电；

如图1、图2和图3所示，充电母座1的侧壁具有安装槽111，上浮机构4设置在充电母座1上，上浮机构4包括：

电动推杆41，固定在座体11中，电动推杆41的活动杆上安装有推盘42，推盘42与安装槽111滑动配合；

浮块43，设于安装槽111的槽口，推盘42、安装槽111和浮块43之间形成安装腔49；

中空拉管44，一端封闭，一端开口，中空拉管44收卷存放于安装腔49中，且中空拉管44的开口端穿过推盘42后与座体11固定住；

第一气囊45，固定在中空拉管44上，邻近中空拉管44的封闭端，第一气囊45与中空拉管44相连通；

充气气罐46，固定在座体11内，与中空拉管44的开口端连通；

电控阀47，设于充气气罐46与中空拉管44之间。

通过上浮机构4能够实现长续航水下观测设备的自动上浮，船在投放长续航水下观测设备后，能够去其他海域作业。上浮机构4的工作原理为：电动推杆41工作，推动推盘42向安装槽111外侧移动，将浮块43、中空拉管44和第一气囊45从安装槽111内推出，在浮块43浮力的作用下，能够快速将中空拉管44向上拉动，然后电控阀47打开，充气气罐46内的高压气体沿着中空拉管44活动，最终进入上方的第一气囊45中，第一气囊45膨胀，产生足够浮力带动长续航水下观测设备上移。

充电母座1因为具有大容量的电池组，重量较重，传统的上浮结构并不适用。本申请上浮机构4通过浮块43和中空拉管44的设计，在回收时，能够使中空拉管44的上端相对海底具有较高距离，邻近中空拉管44的封闭端（上端）的第一气囊45所受压力较小，充气气罐46能够更好的给第一气囊45充气，第一气囊45能够膨胀的较大，产生足够的浮力。

本申请长续航水下观测设备的一种具体的工作方式：将长续航水下观测设备投放到相应海域，充电母座1与海底接触，通过收卷电机33的释放以及移动式观测装置2的动力机构22的作用，移动式观测装置2能够在较大范围内进行观测，并通过观测传感器组件23采集大量数据，当移动式观测装置2电量不足时，收卷电机33收卷，通过绳索32将移动式观测装置2拖拉至支撑台12上，充电母座1的大容量电池组通过无线充电组件121和无线充电单元24的配合，给移动式观测装置2的电池进行充电，充电完成后，移动式观测装置2可以继续作业，移动式观测装置2通过多次充电能够实现长续航的观测工作，在长时间工作后，长续航水下观测设备通过上浮机构4自动上浮。

实际运用时，观测传感器组件23可以具有多种不同类型的传感器，比如用于探测海底热流的探针，比如观测打井相关的液体泄露的生物化学传感器，比如温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、水质仪、海流计、摄像头等等。

如图2、图4和图5所示，于本实施例中，安装槽111斜向下设置；上浮机构4还包括固定在中空拉管44上的第二气囊48，第二气囊48邻近推盘42，第二气囊48与中空拉管44相连通。

安装槽111斜向下设置，在水中浮块43整体呈向安装槽111内侧上浮的运动趋势，浮块43不易因意外脱离安装槽111。中空拉管44长度较长，如果不设置第二气囊48，那最终座体11上移到最大位置时，距海面有一定的距离，不方便座体11的打捞；通过在中空拉管44靠下位置设置第二气囊48能够使座体11最终位置较为靠近海面，方便座体11的打捞操作。

如图2和图3所示，于本实施例中，座体11具有连接块112，推盘42上具有穿过孔421，中空拉管44的一端穿过穿过孔421后与连接块112固定。

实际运用时，安装槽111上可以用具有限位凸块，浮块43上可以具有与限位凸块相适配的限位卡口，限位凸块和限位卡口滑动配合。

如图1、图6、图8和图9所示，于本实施例中，支撑台12的中部具有锥形定位孔122，机架21上具有锥形定位块25，锥形定位块25与锥形定位孔122相适配，绳索32的端部穿过锥形定位孔122后与锥形定位块25固定。

锥形结构方便自定位。实际运用时，在移动式观测装置2回收进行无线充电时，优选的操作方式为：动力机构22驱动移动式观测装置2上移，同时收卷机构3的收卷电机33工作收卷绳索32，使移动式观测装置2向座体11一侧移动，直至锥形定位块25嵌入支撑台12的锥形定位孔122。通过动力机构22驱动移动式观测装置2上移的方式，结合收卷电机33收卷动作，能够防止海底物体阻碍移动式观测装置2的移动，能够使移动式观测装置2快速可靠的向座体11一侧移动，且最终通过锥形定位孔122和锥形定位块25的配合，可靠定位住。

如图1、图6和图7所示，于本实施例中，锥形定位块25转动安装在机架21上，移动式观测装置2还包括驱动锥形定位块25转动的切换电机26，锥形定位块25具有自有状态和竖直状态，切换电机26用于在收卷电机33驱动移动式观测装置2移动至支撑台12时，使锥形定位块25处于竖直状态。

竖直状态下，锥形定位块25与锥形定位孔122相适配，能够实现可靠的自定位；在移动式观测装置2向周边移动时，此时锥形定位块25处于自由状态，锥形定位块25能够自适应的转动，保证绳索32与锥形定位块25处于合适的角度。

如图1、图8和图9所示，于本实施例中，机架21具有多个绕锥形定位块25设置的支撑脚27，支撑脚27具有倾斜的杆部271和固定在杆部271下端的支撑部272，各杆部271形成上窄下宽的导向结构273，导向结构273的上端内径大于等于支撑台12的外径，在移动式观测装置2刚落至支撑台12时，导向结构273的下端外套在支撑台12上，在机架21进一步下移时，导向结构273通过各杆部271限定机架21的位置，最终使锥形定位块25嵌入支撑台12的锥形定位孔122上。

本申请的支撑脚27除了起支撑作用，其还能形成导向结构273。支撑脚27形成的导向结构273用于在移动式观测装置2移动至座体11时起最初的导向作用，防止机架21偏移支撑台12，通过导向结构273和锥形定位孔122的双限位结构能够有效保证机架21收卷回座体11时能够可靠定位住。

如图6所示，于本实施例中，支撑台12上具有行程开关123，行程开关123用于控制收卷电机33的收卷动作，收卷电机33工作收卷绳索32的过程中，当机架21与支撑台12接触时，机架21触发行程开关123，收卷电机33停止工作。

如图1所示，于本实施例中，动力机构22包括：

至少一个升降电动叶轮组件221，设置在机架21上，用于带动机架21上下移动；

两个并排设置的水平电动叶轮组件222，设置在机架21上，用于带动机架21前后左右移动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种长续航水下观测设备，用于在石油平台所在海域进行勘测，其特征在于，包括充电母座、移动式观测装置、收卷机构以及上浮机构：

所述移动式观测装置包括机架以及安装在机架上的动力机构、观测传感器组件、电池以及无线充电单元；

所述充电母座包括座体、电池组以及支撑台，所述电池组设于所述座体内，所述支撑台固定在所述座体上方，所述支撑台上具有与所述电池组电连接的无线充电组件；

所述收卷机构安装在所述母座中，所述收卷机构具有收卷盘、绕设在所述收卷盘上的绳索以及驱动收卷盘转动的收卷电机，所述绳索的一端与所述移动式观测装置的机架连接，收卷电机收卷时能够带动所述移动式观测装置移动至所述支撑台上，使移动式观测装置的无线充电单元与所述无线充电组件相对应，充电母座的电池组通过无线充电组件和无线充电单元的配合，能够给移动式观测装置的电池进行充电；

所述充电母座的侧壁具有安装槽，所述上浮机构设置在充电母座上，所述上浮机构包括：

电动推杆，固定在座体中，电动推杆的活动杆上安装有推盘，所述推盘与所述安装槽滑动配合；

浮块，设于所述安装槽的槽口，所述推盘、安装槽和浮块之间形成安装腔；

中空拉管，一端封闭，一端开口，中空拉管收卷存放于所述安装腔中，且中空拉管的开口端穿过所述推盘后与所述座体固定住；

第一气囊，固定在中空拉管上，邻近所述中空拉管的封闭端，所述第一气囊与所述中空拉管相连通；

充气气罐，固定在所述座体内，与所述中空拉管的开口端连通；

电控阀，设于所述充气气罐与中空拉管之间。

2.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述安装槽斜向下设置；所述上浮机构还包括固定在中空拉管上的第二气囊，所述第二气囊邻近所述推盘，所述第二气囊与所述中空拉管相连通。

3.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述座体具有连接块，所述推盘上具有穿过孔，所述中空拉管的一端穿过所述穿过孔后与所述连接块固定。

4.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述安装槽上具有限位凸块，所述浮块上具有与所述限位凸块相适配的限位卡口，限位凸块和限位卡口滑动配合。

5.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述支撑台的中部具有锥形定位孔，所述机架上具有锥形定位块，所述锥形定位块与锥形定位孔相适配，所述绳索的端部穿过所述锥形定位孔后与所述锥形定位块固定。

6.如权利要求5所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述锥形定位块转动安装在机架上，移动式观测装置还包括驱动锥形定位块转动的切换电机，所述锥形定位块具有自有状态和竖直状态，所述切换电机用于在收卷电机驱动移动式观测装置移动至支撑台时，使所述锥形定位块处于竖直状态。

7.如权利要求5所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述机架具有多个绕所述锥形定位块设置的支撑脚，所述支撑脚具有倾斜的杆部和固定在杆部下端的支撑部，各杆部形成上窄下宽的导向结构，所述导向结构的上端内径大于等于所述支撑台的外径，在移动式观测装置刚落至支撑台时，所述导向结构的下端外套在支撑台上，在机架进一步下移时，导向结构通过各杆部限定机架的位置，最终使锥形定位块嵌入支撑台的锥形定位孔上。

8.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述支撑台上具有行程开关，所述行程开关用于控制收卷电机的收卷动作，收卷电机工作收卷绳索的过程中，当机架与支撑台接触时，机架触发所述行程开关，所述收卷电机停止工作。

9.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述观测传感器组件包括生物化学传感器、温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、水质仪、海流计、摄像头以及热流探针中的至少两个。

10.如权利要求1所述的长续航水下观测设备，其特征在于，所述动力机构包括：

至少一个升降电动叶轮组件，设置在机架上，用于带动机架上下移动；

两个并排设置的水平电动叶轮组件，设置在机架上，用于带动机架前后左右移动。