CN215475611U - 基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标 - Google Patents
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Abstract
一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标，该浮标由上至下依次为水面系统、系留缆、上限位块、剖面观测平台、下限位块和锚块；所述水面系统的底部与所述系留缆相连接，所述系留缆的上部固定上限位块、其下部固定有下限位块，所述剖面观测平台设于系留缆上，且能够在上限位块和下限位块之间上下爬行运动，所述系留缆的底端固定有锚块。本实用新型提供的剖面观测平台采用感应耦合数据同步传输技术实现数据传输，与水面平台系统无需直接电气连接，且可绕系留缆随流自由转动，在保证剖面观测平台波浪驱动性能的基础上，有效避免了传统有线数据传输的制约问题。
Description
技术领域
本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标。
背景技术
利用波浪能驱动测量载体运动，一直是海洋科技人员的不懈追求。美国Scripps海洋研究所在上世纪 90年代研制了一种用水表面波浪驱动的水体剖面测量系统。这个被称作“线行者”的剖面测量系统为多种测量仪器提供了平台。“线行者”原型机可以每隔 15分钟完成一次深达 60 米的剖面测量，可以快速连续的获取海面至 50‐100 米范围内的剖面数据，从而可以分辨出每天甚至更短时间内的海洋变化情况。2000 年中期，加拿大贝德福（Bedford Institute of Oceanography）海洋研究所，研制出了名为“海马”（Sea Horse）的垂直剖面测量系统，该系统利用海浪能量，驱动传感器剖面观测平台沿着锚定系留缆上浮和下沉，并于 2001 年与 Brook Ocean Technology Ltd 公司签订了合作开发协议。该海马测量系统下潜深度达200米，可搭载温、盐、深和海水浊度传感器。法国在九十年代末研制了通过改变自身体积实现升降功能的定点剖面观测平台 Yoyo，其最大工作水深 1000米，可以循环工作 200 次，数据通过声学换能器传输至表面浮标。
国家海洋技术中心从 2003 年开始研究电机驱动滚轮旋转的系缆式垂直剖面观测平台技术，填补了国内空白。2004 年开始研制适用于极区冰盖下使用的、具有温度、盐度、海流剖面测量和声学数据传输功能的定点垂直剖面测量系统。系统样机已经完成，在南海进行了初步海上试验。中船重工 710 研究所正在研制通过改变自身体积实现升降功能的深海定点垂直剖面观测平台，计划于2009 年底完成样机和海试。中国科学院海洋研究所从 2005 年开始研究波浪能驱动的垂直剖面测量系统技术，并不断进行自我技术创新，完成了原理样机的设计制作，并进行了近海试验，性能指标达到国际同类仪器的先进水平，填补了国内空白。中国海洋大学在2018年设计了一款多功能波浪能剖面浮标系统。
但上述各种波浪驱动的水体剖面测量系统具有共同待解决的问题，即水下剖面观测平台供电问题，以上各个系统均是采用携带蓄电池的形式对剖面观测平台进行供电，需要定时更换内部的蓄电池，这会耗费大量的人力、物力和财力。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标，以弥补现有技术的不足。
为达到上述目的，本实用新型采取的具体技术方案为：
一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标，该浮标由上至下依次为水面系统、系留缆、上限位块、剖面观测平台、下限位块和锚块；所述水面系统的底部与所述系留缆相连接，所述系留缆的上部固定上限位块、其下部固定有下限位块，所述剖面观测平台设于系留缆上，且能够在上限位块和下限位块之间上下爬行运动，所述系留缆的底端固定有锚块。
进一步的，所述上限位块的底部附有上耦合磁环，且该上耦合磁环通过通信缆与水面系统相连且进行电能传输。
更进一步的，所述上耦合磁环外部设有一个防水保护壳一。
进一步的，所述水面系统的上部设有环形太阳能板，水面系统内部集成有控制电路板、感应耦合传输装置。
进一步的，所述剖面观测平台包括传感器载体平台，该传感器载体平台的上部绕有下耦合磁环。
更进一步的，所述传感器载体平台能够搭载不同传感器，所述传感器载体平台内部装还设有波浪能驱动装置、数据采集模块和导向轮。
更进一步的，所述下耦合磁环外部有防水保护外壳二。
上述结构单元之间的相互作用关系：
所述水面系统提供装置浮力、实现太阳能转换、卫星定位与数据传输，实现水面系统与剖面观测平台之间的能量和数据交互；系留缆可以将波浪驱动的动能传递到剖面观测平台，进而实现波浪能的传递，同时作为耦合磁环传输的介质，用于电能和数据传输；所述剖面观测平台可在纯波浪驱动下的沿系留缆不断垂直往复运动，集成数据采集电路可以在垂直剖面运动过程中实现多要素观测，可以实现CTD、溶解氧、叶绿素、声学多普勒流速剖面仪、水听器等多种传感器的模块化集成，同时集成有感应耦合传输装置，将观测数据传输至水面系统，在电量不足的时候进行耦合充电，以补充剖面观测平台的电量。
本实用新型的优点和技术效果：
本实用新型提供的剖面观测平台采用感应耦合数据同步传输技术实现数据传输，与水面平台系统无需直接电气连接，且可绕系留缆随流自由转动， 在保证剖面观测平台波浪驱动性能的基础上，有效避免了传统有线数据传输的制约问题。
本实用新型设计了一种波浪驱动装置，实现剖面观测平台在波浪驱动下剖面的自主往复运动，解决制约平台长期运行对电能的过度依赖，降低对电能耦合传输的要求，提高系统的连续工作时间；设计了一种海上垂直定点锚泊系统，实现波浪能转化与传递，从而保证剖面观测平台在水面以下进行升降运动；设计了一种负载能力强且耐腐蚀的流线型结构传感器载体平台，保证了搭载传感器的数量以及测量精度。
本实用新型把无线充电技术应用于波浪驱动的水体剖面测量系统，能够及时为水下剖面观测平台提供电能供给，满足波浪驱动浮标全天候、实时、剖面监测的数据交互和电能传输要求，从而解决了现有技术中定时更换蓄电池的问题。
附图说明
图1为本实用新型的剖面观测浮标结构示意图。
图2为水面系统俯视图。
图3为剖面观测平台俯视图。
图4为上限位块上视图。
其中，1-水面系统，2-系留缆，3-通信缆，4-上限位块，5-剖面观测平台，6-下限位块，7-锚块，41-上耦合磁环；42-防水保护壳一，51-传感器载体平台，52-下耦合磁环，53-防水保护外壳二。
具体实施方式
以下通过具体实施例并结合附图对本实用新型进一步解释和说明。
实施例1：
一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标（如图1所示），该浮标由上至下依次为水面系统1、系留缆2、上限位块4、剖面观测平台5、下限位块6和锚块7；所述水面系统1的底部与所述系留缆2相连接，所述系留缆2的上部固定上限位块4、其下部固定有下限位块6，所述剖面观测平台5设于系留缆2上，且能够在上限位块4和下限位块6之间上下爬行运动，所述系留缆2的底端固定有锚块7。
如图2、4所示，所述上限位块4 的底部附有上耦合磁环41，且该上耦合磁环41通过通信缆3与水面系统1相连且进行电能传输。所述上耦合磁环41外部设有一个防水保护壳一42。
所述水面系统1的上部设有环形太阳能板11，水面系统1内部集成有控制电路板、感应耦合传输装置。
如图3所示，所述剖面观测平台5包括传感器载体平台51，该传感器载体平台51的上部绕有下耦合磁环52。
所述传感器载体平台51能够搭载不同传感器，所述传感器载体平台内部装还设有波浪能驱动装置、数据采集模块和导向轮。
所述下耦合磁环52外部有防水保护外壳二53。
所述水面系统1提供装置浮力、实现太阳能转换、卫星定位与数据传输，实现水面系统与剖面观测平台5之间的能量和数据交互；系留缆2可以将波浪驱动的动能传递到剖面观测平台5，进而实现波浪能的传递，同时作为耦合磁环传输的介质，用于电能和数据传输；所述剖面观测平台5可在纯波浪驱动下的沿系留缆不断垂直往复运动，集成数据采集电路可以在垂直剖面运动过程中实现多要素观测，可以实现CTD、溶解氧、叶绿素、声学多普勒流速剖面仪、水听器等多种传感器的模块化集成，同时集成有感应耦合传输装置，将观测数据传输至水面系统1，在电量不足的时候进行耦合充电，以补充剖面观测平台5的电量。
实施例2：
一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标（如图1所示），包括水面系统1、系留缆2、通信缆3、上限位块4、剖面观测平台5、下限位块6、锚块7组成。水面系统1在海水表面随波浪上下起伏，底部伸出一根通信缆3，底部通过铁钩与系留缆2相连接，系留缆2上端有上限位块4，上限位块4底部附有上耦合磁环41，上耦合磁环41通过通信缆3与水面系统1进行电能传输，上耦合磁环41外部有防水保护壳一42，系留缆2底部连接锚块7，在靠近锚块7的系留缆上固定有下限位块6，剖面观测平台5在上限位块4和下限位块6之间沿系留缆2随波浪上下爬行，系留缆2可以将波浪驱动的动能传递到剖面观测平台5，进而实现波浪能的传递，同时作为耦合磁环传输的介质，用于电能和数据传输。水面系统1顶部安装环形太阳能板11，水面系统1内部集成有控制电路板，水面系统1底部伸出一根通信缆3，与上限位块4底部的耦合磁环41相连接；剖面观测平台5包括传感器载体平台51、下耦合磁环52，传感器载体平台51是一个可搭载不同传感器的平台，在传感器载体平台内部装有波浪能驱动装置、数据采集模块、不同的传感器、导向轮，传感器载体平台51上部绕有下耦合磁环52，且下耦合磁环52外部有防水保护外壳二53，该部分可在纯波浪驱动下的沿系留缆不断垂直往复运动，集成数据采集电路可以在垂直剖面运动过程中实现多要素观测，可以实现CTD、溶解氧、叶绿素、声学多普勒流速剖面仪、水听器等多种传感器的模块化集成，同时集成有感应耦合传输装置，将观测数据传输至水面系统1，在电量不足的时候进行耦合充电，以补充剖面观测平台5的电量。
Claims (7)
1.一种基于水下无线充电的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，该浮标由上至下依次为水面系统（1）、系留缆（2）、上限位块（4）、剖面观测平台（5）、下限位块（6）和锚块（7）；所述水面系统（1）的底部与所述系留缆（2）相连接，所述系留缆（2）的上部固定上限位块（4）、其下部固定有下限位块（6），所述剖面观测平台（5）设于系留缆（2）上，且能够在上限位块（4）和下限位块（6）之间上下爬行运动，所述系留缆（2）的底端固定有锚块（7）。
2.如权利要求1所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述上限位块（4） 的底部附有上耦合磁环（41），且该上耦合磁环（41）通过通信缆（3）与水面系统（1）相连且进行电能传输。
3.如权利要求2所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述上耦合磁环（41）外部设有一个防水保护壳一（42）。
4.如权利要求1所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述水面系统（1）的上部设有环形太阳能板（11） ，水面系统（1）内部集成有控制电路板、感应耦合传输装置。
5.如权利要求1所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述剖面观测平台（5）包括传感器载体平台（51），该传感器载体平台（51）的上部绕有下耦合磁环（52）。
6.如权利要求5所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述传感器载体平台（51）能够搭载不同传感器，所述传感器载体平台内部装还设有波浪能驱动装置、数据采集模块和导向轮。
7.如权利要求5所述的波浪能剖面观测浮标，其特征在于，所述下耦合磁环（52）外部有防水保护外壳二（53）。
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