CN210833583U

CN210833583U - 一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置

Info

Publication number: CN210833583U
Application number: CN201922200776.9U
Authority: CN
Inventors: 张国堙; 徐巍军; 金肖兵; 蔡巍; 顾春华; 周建平; 陶春辉
Original assignee: Second Institute of Oceanography MNR
Current assignee: Second Institute of Oceanography MNR
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-12-10

Abstract

本实用新型公开了深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置。该装置包括封装在水密耐压舱内的三轴加速度传感器、三轴磁力传感器、三轴陀螺仪、时钟源、位置递推器、存储器、压力数据接收器、GNSS接收器与电源模块。本实用新型基于三轴加速度传感器、三轴磁力传感器与三轴陀螺仪推算运动轨迹，获得缆系单点传感器空间运动轨迹。本实用新型的优点是安全稳定，成本低，并且可以重复使用，有效解决海洋科考中走航拖曳调查时，拖曳缆系单点传感器水下空间位置不能确定的缺陷，从而使各单点传感器数据能准确定位在三维立体被探测水体空间，达到水体参数立体探测的目标。

Description

一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置

技术领域

本实用新型涉及海洋科考探测领域，尤其涉及一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置。

背景技术

在海洋科学考察探测活动中，经常对海洋的水体各种属性参数进行测量，水体参数包括温度、盐度、水深、氧化还原电位、溶解氧、pH、CO₂、甲烷、叶绿素、浊度以及有效光合作用辐照等，以研究监测海洋水体物理化学特征。目前，各种海洋水体参数都有专门的独立物理化学传感器进行测量，根据研究目标不同，探测载体通常搭载其中几种或全部传感器进行测量，将获得的数据进行后处理分析。这类探测传感器的载体有两种布放作业模式，一种是定点布放的锚系潜标链或锚系浮标，可以较长时间对固定点位置的海水体参数进行测量，各传感器数据的空间位置与锚系位置相关，较容易获得；另一种方式是采用拖曳缆系挂传感器进行水体参数的探测。

其中，采用走航式拖曳缆系传感器进行快速测量的方式在大洋科考中普遍应用，主要是由于大洋科考中经常要用到多种不同的拖曳式深海探测载体，在使用深海拖曳探测载体时，在拖曳缆上同时系挂多个物理化学传感器，用来测量海洋水体参数是非常经济的，同时也为海底探测提供同步的水体参数记录，符合海洋探测的需要。但是由于传感器都是独立的，如常用的浊度传感器、氧化还原电位传感器以及甲烷传感器等，是分别系挂在拖曳缆上距离拖缆末端载体不同固定距离的位置，而拖缆在作业过程中经常随机摆动，缆系各传感器实际水下位置是在立体空间随机变化分布的。传感器数据在后处理中虽然时间可以同步，但是实际水体中的运动轨迹却无法确定，只能粗略当作一维与海底的垂直线上分布，所得结果的推演必然误差较大，这造成探测传感器只是探测到水体异常，而缺少对应的空间位置，造成二次探查时仍然难以确定异常的确切位置。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提出一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，克服海洋科考中走航拖曳调查时，拖曳缆系单点传感器水下空间位置不能确定的缺陷，提供一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，能够准确获取传感器水下空间位置，从而使各单点传感器数据能准确定位在三维立体被探测水体空间，达到水体参数匹配空间位置的目标。本装置的使用方式是，将所述装置固定安装(固连)在传感器外壳上，所述装置与传感器通过水密电缆连接通讯或者不连接数据同步自容存储，作业完成后，通过计算机将空间运动轨迹数据导出。

本实用新型的应用情景的技术特点在于：(1)水下无GNSS(Global NavigationSatellite System)信号，不能提供惯导系统进更新修正位置；(2)在垂直方向上，使用压力传感器，获取垂直方向上的参数；(3)拖曳调查的重要特点之一，是一种低速的调查方法，并且拖曳探测时间较短，位置推算累积误差有限。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，该装置包括封装在水密耐压舱内的三轴加速度传感器、三轴磁力传感器、三轴陀螺仪、时钟源、位置递推器、存储器、压力数据接收器、GNSS接收器与电源模块，以及水密耐压舱外的压力传感器、GNSS天线、数据交换插头、电源充电插头、第一锁扣与第二锁扣；所述第一锁扣与第二锁扣用于将空间运动轨迹获取装置与拖曳缆连接固定。

进一步地，所述三轴加速度传感器信号端口、三轴磁力传感器信号端口和三轴陀螺仪信号端口均通过双绞线缆连接到位置递推器。

进一步地，所述时钟源和存储器均通过数据排线连接到位置递推器。

进一步地，所述压力数据接收器通过数据排线连接到位置递推器，同时通过屏蔽线缆连接到压力传感器。

进一步地，所述GNSS接收器通过数据排线连接到位置递推器，同时通过屏蔽线缆连接到水密耐压舱外的GNSS天线。

进一步地，所述电源模块负责为耐压舱内所有电路板供电，通过电缆连接到各个电路板电源输入接口，同时电源模块与水密耐压舱外的电源充电插头连接。

进一步地，水密耐压舱外数据交换插头与位置递推器连接，通过计算机执行空间运动轨迹数据导出操作。

本实用新型的有益效果：

(1)可操作性。所述装置可以附属搭载在任意拖曳缆系传感器上，方便应用；

(2)稳定性。所述装置的电能有自身电池提供，数据自容存储，不需要外界传感器参与，可稳定运行；

(3)低成本，采用目前广泛应用的MEMS器件，体积小，重量轻，成本低，精度高，功耗小，既可以获得高精度的姿态数据，又降低了装置成本，有利于广泛适用；

(4)多次利用性。所述装置在完成一次作业后，导出数据，并进行充电后，即可再次使用，可多次在海上作业中使用；

(5)本实用新型利用多传感器记录所述装置运动过程中的加速度、角速率、姿态、方位以及时间戳，进行拖曳缆系单点传感器运动轨迹获取，能够有效获得传感器在水下的运动轨迹，提升了水体探测的空间位置精度，促进了传感器数据的空间信息融合，有利于水体属性数据空间特性解译。

附图说明

图1是本实用新型装置的使用情景示意图；

图2是本实用新型装置的结构示意图；

图3是本实用新型装置的连接关系示意图；

图中：调查船1.1、拖曳缆1.2、本实用新型装置1.3、拖体1.4、水密耐压舱1、位置递推器2、三轴加速度传感器3、三轴磁力传感器4、三轴陀螺仪5、时钟源6、存储器7、压力数据接收器8、GNSS接收器9、电源模块10，压力传感器11、GNSS天线12、数据交换插头13、电源充电插头14、第一锁扣15与第二锁扣16。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，该装置包括封装在水密耐压舱1内的三轴加速度传感器3、三轴磁力传感器4、三轴陀螺仪5、时钟源6、位置递推器2、存储器7、压力数据接收器8、GNSS接收器9与电源模块10，以及水密耐压舱外的压力传感器11、GNSS天线12、数据交换插头13、电源充电插头14、第一锁扣15与第二锁扣16；所述第一锁扣15与第二锁扣16用于将空间运动轨迹获取装置与拖曳缆连接固定。

所述三轴加速度传感器信号端口、三轴磁力传感器信号端口和三轴陀螺仪信号端口均通过双绞线缆连接到位置递推器2；所述时钟源6和存储器7均通过数据排线连接到位置递推器2；所述压力数据接收器8通过数据排线连接到位置递推器2，同时通过屏蔽线缆连接到压力传感器11；所述GNSS接收器9通过数据排线连接到位置递推器2，同时通过屏蔽线缆连接到水密耐压舱外的GNSS天线12。

所述电源模块10负责为耐压舱1内所有电路板供电，通过电缆连接到各个电路板电源输入接口，同时电源模块10与水密耐压舱1外的电源充电插头14连接；水密耐压舱外数据交换插头13与位置递推器2连接，通过计算机执行空间运动轨迹数据导出操作。

实施例1

图1为本实用新型的应用情景示意图，调查船1.1通过拖曳缆1.2拖曳拖体1.4，本实用新型装置1.3安装在拖曳缆1.2上，图2与图3为本实用新型一实施例提供的深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置组成结构框图与连接框图，本实施例的深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置包括水密耐压舱1、8芯水密母接头作为GNSS天线12以及8芯水密公接头作为数据交换插头13。

所述水密耐压舱1内安装给本设备耐压舱内所有电路供电的电源10AH电源模块10、三轴加速度传感器3、三轴磁力传感器4和三轴陀螺仪5，以及位置递推器2、4GB数据存储器7和时钟源6。

在本装置通过第一锁扣15与第二锁扣16安装在拖曳缆上并随拖曳缆运动时，三轴加速度传感器3负责获取系缆点三维空间运动趋势，三轴陀螺仪5同步获取该点角速度运动状态，三轴磁力传感器4同步获取该点标定位置方向，将三组同步单点传感器信号高速传输给位置递推器2，位置递推器2将原始数据组标上时间信息后一方面直接存储到存储器7预定存储空间，同时将三组传感器信号综合处理成该设备系缆点的运动参数包含运动方向、运动速度、标记空间中的位置等信息，然后赋上时间戳并存储到存储器7预定存储空间段。

所述时钟源6是启动本装置开始获取系缆点空间运动信息的判决器和同步器，在本装置通过GNSS信号接头12接收到初始位置与时间后，时钟源6接对外输出的TTL触发信号，TTL电平触发位置递推器2信号采集，所述装置在位置递推器2控制下开始进行传感器组信号采集。

在使用本装置时，需要预先规定本装置与要跟踪运动轨迹的传感器装置之间的位置，并根据以此建立一个三维空间，在多点使用时，需要将所有布置点的位置建立在同一个三维坐标空间内，本装置外壳会有一个预先标定的标识，各点装置布置时要将标识对号同一面并测量标注到同一标定3维坐标空间内。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置通过时间序列将存储的空间运动探测传感器组的处理后运动点空间信息在三维空间里绘制成图，就可以获得所测拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹图，可以准确测量和反映传感器水下真实空间测量，使探测结果能立体呈现，方便分析水体中的物理与化学特性。

本实用新型的深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置是通过与待测量传感器一起固定在拖曳缆上的，是水体拖曳探测的辅助装置，在水下长时间自供电工作，提高水体拖曳探测效率和精准度。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种深海拖曳缆系单点传感器空间运动轨迹获取装置，其特征在于，该装置包括封装在水密耐压舱内的三轴加速度传感器、三轴磁力传感器、三轴陀螺仪、时钟源、位置递推器、存储器、压力数据接收器、GNSS接收器与电源模块，以及水密耐压舱外的压力传感器、GNSS天线、数据交换插头、电源充电插头、第一锁扣与第二锁扣；所述第一锁扣与第二锁扣用于将空间运动轨迹获取装置与拖曳缆连接固定。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三轴加速度传感器信号端口、三轴磁力传感器信号端口和三轴陀螺仪信号端口均通过双绞线缆连接到位置递推器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时钟源和存储器均通过数据排线连接到位置递推器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力数据接收器通过数据排线连接到位置递推器，同时通过屏蔽线缆连接到压力传感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述GNSS接收器通过数据排线连接到位置递推器，同时通过屏蔽线缆连接到水密耐压舱外的GNSS天线。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源模块负责为耐压舱内所有电路板供电，通过电缆连接到各个电路板电源输入接口，同时电源模块与水密耐压舱外的电源充电插头连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，水密耐压舱外数据交换插头与位置递推器连接，通过计算机执行空间运动轨迹数据导出操作。