CN207007229U - 海洋离岸北斗遥测验潮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海洋观测技术领域，特别涉及一种海洋离岸北斗遥测验潮装置，其包括浮标和沉块，所述浮标内设置有数据采集控制模块、供电模块和定位通讯模块，浮标的顶部设置有大气压传感器，所述大气压传感器、所述定位通讯模块均与所述数据采集控制模块电连接，所述供电模块为其他各部分供电；其还包括水位传感器，所述水位传感器设置在所述浮标的外部，通过线缆与所述供电模块和所述数据采集控制模块电连接；所述水位传感器上还连接有沉块。该系统结构简单，安装方便，比纯自容式潮位仪和潮汐浮标测量精度高，与建立海洋观测平台比成本低廉，具有极高的现实生产和推广价值。

Description

海洋离岸北斗遥测验潮装置

技术领域

本实用新型涉及海洋观测技术领域，特别涉及一种海洋离岸北斗遥测验潮装置。

背景技术

潮汐数据的获取，对于海洋工程、海洋养殖、海洋水文、海洋天气预报等具有非常重要的意义。目前，在沿海港口、码头建立验潮站是常见的普通的获取潮汐数据的方法。潮汐形成的原因是由多种因素构成，在远离海岸的位置，其潮汐数据与岸边潮汐具有不一样的特点。获取离岸潮汐数据，对于海洋工程、海洋地质、海洋科考、海洋测绘等各项海洋应该领域具有十分重要的意义。

目前离岸潮汐数据普遍采用自容式潮位仪、安放潮汐浮标或者在海洋平台上安装验潮站的方式。自容式验潮仪不能测量大气压，所测量的潮汐数据精度大大降低，而且回收时因无法定位丢失现象严重，造成测量数据丢失。潮汐浮标一般采用声学或者加速度传感器的方式获得潮汐数据。这种方式受浮标姿态、海浪以及浮标本身的跟随性能因素影响，获得潮汐数据精度较低。海洋平台上安装验潮站，需要建立海洋观测平台，周期长、成本大对短期的工程应用不具有可操作性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种海洋离岸北斗遥测验潮装置，该系统结构简单，安装方便，比纯自容式潮位仪和潮汐浮标测量精度高，与建立海洋观测平台比成本低廉，具有极高的现实生产和推广价值。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：海洋离岸北斗遥测验潮装置，其包括浮标和沉块，所述浮标内设置有数据采集控制模块、供电模块和定位通讯模块，浮标的顶部设置有大气压传感器，所述大气压传感器、所述定位通讯模块均与所述数据采集控制模块电连接，所述供电模块为其他各部分供电；其还包括水位传感器，所述水位传感器设置在所述浮标的外部，通过线缆与所述供电模块和所述数据采集控制模块电连接；所述水位传感器上还连接有沉块。

进一步地，所述供电模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括太阳能板和锂电池组。

进一步地，所述浮标包括上体和下体，所述上体和下体均为空心圆柱体，所述上体和下体通过螺纹连接，所述下体的侧壁外侧包裹有浮力材料，所述上体采用透光材料制成；所述大气压传感器、所述定位模块、所述定位通讯模块和所述太阳能板均设置在所述上体内，所 述锂电池组和所述数据采集控制模块设置在所述下体内。

进一步地，所述上体和下体螺纹连接的外侧设置有两道防水O型硅胶圈。

进一步地，所述下体的底部设置有水密插头，所述水密插头的一端与线缆电连接，另一端与所述供电模块和所述数据采集控制模块电连接。

进一步地，所述水密插头采用subconn橡胶水密插头。

进一步地，所述线缆采用聚氨酯材料外壳，并且内置凯夫拉抗拉纤维。

进一步地，所述数据采集控制单元采用MSP430芯片。

进一步地，所述水位传感器采用高精度陶瓷电容传感器。

进一步地，所述定位通讯模块为北斗一代通讯模块。

本实用新型的海洋离岸北斗遥测验潮装置，采用绝压型高精度陶瓷电容压力传感器测量海水固定点水压，同时精确测量大气压，测量数据保存在海洋表面浮标体内部存储卡中，并通过北斗一代通讯模块，按照指定发送间隔发回数据中心，避免了数据丢失的风险。该系统结构简单，安装方便，比纯自容式潮位仪和潮汐浮标测量精度高，与建立海洋观测平台比成本低廉，具有极高的现实生产和推广价值，具有以下有优点：

(1)离岸验潮，不需要建立观测平台，成本低廉，安装方便；

(2)可测量大气压，弥补自容式验潮仪的缺点；

(3)采用北斗通讯，可实时回传验潮数据；

(4)采用海底底部固定安装压力型水位传感器与表层浮标相结合的方式；

(5)一种新型的离岸验潮方法，测量精度高，适合推广。

附图说明

图1为本实用新型的海洋离岸北斗遥测验潮装置的结构示意图；

图2为本实用新型的模块连接示意图；

图3为数据采集控制模块的工作流程图；

上述图中：1-大气压传感器；2-太阳能板；3-锂电池组；4-线缆；5-定位通讯模块；6-上体；7-数据采集控制模块；8-下体；9-水密插头；10-水位传感器；11-沉块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示为本实用新型的海洋离岸北斗遥测验潮装置的结构示意图，包括设置在海面的浮标和设置在水下的沉块11。浮标包括上体6和下体8，上体6和下体8均为空心圆柱体， 上体6和下体8通过螺纹连接，下体8的侧壁外侧包裹有浮力材料，上体6采用透光材料制成；上体6和下体8螺纹连接的外侧设置有两道防水O型硅胶圈。其中透光材料可为透明PC或者亚克力等，能够保证上体6透光。

浮标内设置有数据采集控制模块7、供电模块和定位通讯模块5，浮标的顶部设置有大气压传感器1，大气压传感器1、定位通讯模块5均与数据采集控制模块7电连接，供电模块为其他各部分供电；其还包括水位传感器10，水位传感器10设置在浮标的外部，通过线缆与供电模块和数据采集控制模块7电连接；水位传感器10上还连接有沉块11。如图1和图2所示。

其中，数据采集控制器7为本装置的大脑部分，采用MSP430超低功耗芯片系列，超低功耗，待机电流10uA以下，同时具有三个RS485通道接口、两个RS232通讯接口。控制单元具有3路开关控制功能。该控制器具有以下几个功能：

(1)具有内部时钟；

(2)具有定时采集数据功能；

(3)将数据写入到存储单元功能；

(4)启动和关闭各个传感器功能；

(5)自身具有休眠和唤醒功能；

(6)向北斗通讯端口发送数据功能。

数据采集控制器7具体工作流程如图3所示。

单片机UART0与北斗通信模块连接，控制北斗通信模块的数据收发、定位、授时以及各种工作状态。UART1与水位传感器相连，并通过端口控制水位传感器的电源，采集水位数据，并达到低功耗的目的。通过IO口模拟IIC接口，进行实时时钟的读取和配置操作，并通过北斗授时来同步时钟，保证时钟走时精确。通过IO口模拟SPI接口，读取大气压及气温数据，用以实施气压补偿。本系统还设计了SD卡功能，用于存储历史数据，与通过北斗卫星发送的数据形成数据双备份，在北斗通信模块无信号或者其他问题导致无法通信时，仍能在SD卡内存储备份数据，供用户进行历史数据查询分析。

其中，大气压传感器1采用防水型高精度大气压传感器，可在浮标上实时测量大气压。大气压传感器封装外壳具有防水耐腐性能。大气压传感器1的探头外露用于采集大气的压力，大气压传感器外露，通过灌注704防水胶水与内部隔绝密封，只留传感器线缆通入浮标内部。本装置测量水压、大气压数据，可采用下面公式进行水柱高度的换算：

其中，定位通讯模块5采用5W北斗一代通讯模块，同时采用GPS、北斗双星座定位芯片。在信号情况较好的情况下，定位精度优于2.5米，典型定位精度优于5米。北斗一代通讯模块可在北斗卫星覆盖范围的亚太地区，进行全天候24小时通讯。

其中，水位传感器10采用高精度陶瓷电容传感器，海水具有较高的腐蚀性，采用陶瓷材料的传感器，具有耐腐蚀性能较好的特点。同时，陶瓷电容水位传感器对温度变化灵敏度低，从而整个传感器的温度漂移小，通过线性和温度补偿，陶瓷电容水位传感器可达到0.05％FS压力精度，完全满足验潮的精度要求。

进一步地，供电模块为太阳能供电模块，太阳能供电模块包括太阳能板2和锂电池组3。太阳能板采用单晶硅高性能太阳能板并配有智能充电管理芯片。电池采用18650高能锂电池组。电池容量大于20AH，可保证浮标体连续5个阴雨天正常供电。

大气压传感器1、定位模块、定位通讯模块5和太阳能板2均设置在上体6内，锂电池组3和数据采集控制模块7设置在下体8内。这样的设置保证整个标体上轻下重，保证浮标在海面上稳定漂浮。

进一步地，下体8的底部设置有水密插头9，水密插头9的一端与线缆4电连接，另一端与供电模块和数据采集控制模块7电连接。水密插头采用subconn橡胶水密插头9，这种插头可以在1000米正常工作而不发送渗漏。线缆4采用聚氨酯材料外壳，并且内置凯夫拉抗拉纤维，具有耐磨，抗拉、防水的效果。

另外，本装置还包括数据存储单元，数据存储单元与数据采集控制模块7电连接。数据存储单元采用4G存储TF存储卡，方便拔插，同时存储空间足够大。内部文件采用ASCII文本文件记录各个参数。参数记录格式为：时间，参数1，参数2，参数3…。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于，其包括浮标和沉块(11)，所述浮标内设置有数据采集控制模块(7)、供电模块和定位通讯模块(5)，浮标的顶部设置有大气压传感器(1)，所述大气压传感器(1)、所述定位通讯模块(5)均与所述数据采集控制模块(7)电连接，所述供电模块为其他各部分供电；其还包括水位传感器(10)，所述水位传感器(10)设置在所述浮标的外部，通过线缆与所述供电模块和所述数据采集控制模块(7)电连接；所述水位传感器(10)上还连接有沉块(11)。

2.根据权利要求1所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述供电模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括太阳能板(2)和锂电池组(3)。

3.根据权利要求2所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述浮标包括上体(6)和下体(8)，所述上体(6)和下体(8)均为空心圆柱体，所述上体(6)和下体(8)通过螺纹连接，所述下体(8)的侧壁外侧包裹有浮力材料，所述上体(6)采用透光材料制成；所述大气压传感器(1)、所述定位模块、所述定位通讯模块(5)和所述太阳能板(2)均设置在所述上体(6)内，所述锂电池组(3)和所述数据采集控制模块(7)设置在所述下体(8)内。

4.根据权利要求3所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述上体(6)和下体(8)螺纹连接的外侧设置有两道防水O型硅胶圈。

5.根据权利要求3所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述下体(8)的底部设置有水密插头(9)，所述水密插头(9)的一端与线缆(4)电连接，另一端与所述供电模块和所述数据采集控制模块(7)电连接。

6.根据权利要求5所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述水密插头采用subconn橡胶水密插头(9)。

7.根据权利要求5所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述线缆(4)采用聚氨酯材料外壳，并且内置凯夫拉抗拉纤维。

8.根据权利要求1所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述数据采集控制单元采用MSP430芯片。

9.根据权利要求1所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述水位传感器(10)采用高精度陶瓷电容传感器。

10.根据权利要求1所述的海洋离岸北斗遥测验潮装置，其特征在于：所述定位通讯模块(5)为北斗一代通讯模块。