CN216034930U - 一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，属于海上监测浮标技术领域。它解决了现有海上监测浮标仅能利用单一能源发电，因而造成供电不稳定的技术问题。本利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标包括浮体平台，浮体平台的上侧设置有顶部集成平台，浮体平台上设置有卫星通信天线、海水温度传感器和海水PH值传感器，浮体平台上还设置有能量存储与控制模块，浮体平台上还设置有壳体，壳体内活动设置有波浪能压电发电装置；顶部集成平台上设置有航标灯和超声波风速风向仪，顶部集成平台上还设置有太阳能发电装置。本实用新型能够利用太阳能和波浪能发电，电能供应较为稳定。

Description

一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标

技术领域

本实用新型属于海上监测浮标技术领域，涉及一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标。

背景技术

经济发展和人类活动对近岸海域的影响越来越大，海洋污染日趋严重。常规海洋监测主要是通过现场取样和在实验室内进行化学分析的方法监测各种有害物质，大部分的海洋环境监测资料仍然依靠海洋监测站周期性采集海洋要素数据的方式获取。但是面对海洋污染现状的复杂性，为了能更好的保护海洋环境，我们必须对海洋水质污染的重要参数如温度、pH、溶解氧、盐度、浊度及营养盐浓度等进行现场综合的自动、长期、连续的监测，才能研究它们之间的函数关系，探索海水的细微结构及海洋污染程度。最理想的连续监测装置就是监测浮标。

我国专利(公告号：CN109515625A；公告日：2019-03-26)公开了一种海洋监测浮标，该海洋监测浮标包括浮体一，浮体一上侧面的中心位置竖直设置有圆柱形本体，圆柱形本体的上端设置有安装平台，浮体一的下侧面的中心位置设置有锥形配重块，锥形配重块的下端设置有固定环，固定环通过圆柱形配重块和定位锚链一的一端连接，定位锚链一的另外一端连接有锚一，圆柱形本体上设置有环形凹槽，环形凹槽中通过轴承转动设置有环形转环，环形转环外同轴设置有配重环一，配重环一外沿着周向均匀设置有若干个叶片一。

上述专利文献公开的海洋监测浮标结构复杂，拆装和维修不便，使用成本高；仅仅采用波浪能发电，遇到海面上波浪较小的情况，发电量会大大降低，从而会造成能源供应不稳定。

发明内容

本实用新型根据现有技术存在的上述问题，提供了一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，本实用新型所要解决的技术问题是：如何使海上监测浮标能够利用多种能源发电。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，包括浮体平台，其特征在于，所述浮体平台的上侧设置有顶部集成平台，所述浮体平台上设置有卫星通信天线、海水温度传感器和海水PH值传感器，所述浮体平台上还设置有能量存储与控制模块，所述浮体平台上还设置有壳体，所述壳体内活动设置有波浪能压电发电装置；所述顶部集成平台上设置有航标灯和超声波风速风向仪，所述顶部集成平台上还设置有太阳能发电装置。

其工作原理如下：将本利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标投掷到海面上，浮体平台漂浮在海面上，顶部集成平台上的太阳能发电装置将太阳能转化为电能，浮体平台上的波浪能压电发电装置将波浪能转化为电能，太阳能发电装置和波浪能压电发电装置将转化的电能储存在浮体平台上的能量存储和控制模块中。能量存储和控制模块对浮体平台上的卫星通信天线、海水温度传感器和海水PH值传感器供电，能量存储和控制模块还对顶部集成平台上的航标灯和超声波风速风向仪供电。卫星通信天线对外界进行信息交流，海水温度传感器用于监测海水的温度，海水PH值传感器用于监测海水的PH值，航标灯用于做航标使用，超声波风速风向仪用于检测海面上的风速。本海上监测通信浮标结构简单，拆装和维修较为便捷，使用成本低。本海上监测通信浮标使用太阳能和波浪能发电，能够确保其稳定用电。本海上监测通信浮标具有通信功能，还能够监测海上的多种数据，实用性强。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述能量存储与控制模块固连在所述浮体平台的上侧面，所述卫星通信天线固连在所述能量存储与控制模块的上侧面，所述壳体固连在所述浮体平台的下侧面，所述海水温度传感器和海水PH值传感器也固连在所述浮体平台的下侧面；所述航标灯固连在所述顶部集成平台的上侧面，所述太阳能发电装置也固连在所述顶部集成平台的上侧面，所述超声波风速风向仪固连在所述顶部集成平台的下侧面。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述波浪能压电发电装置包括质量块、磁铁一、磁铁二和陶瓷压电片，所述浮体平台的底面上固连有十字万向轴，所述十字万向轴竖向设置且其底端转动连接有连接杆，所述质量块也竖向设置且其两端均对称固连有弹簧，与所述质量块顶端固连的弹簧还与所述连接杆固连，所述陶瓷压电片有若干个且环绕所述质量块设置，所述磁铁一也有若干个且固连在所述质量块的外侧面上，所述磁铁二也有若干个且固连在所述陶瓷压电片上，所述磁铁一和磁铁二活动配合，所述陶瓷压电片还与固连在所述质量块底端的弹簧通过承载支架固连。本海上监测通信浮标在海浪的波动下会获得能够分解为水平方向和竖直方向的作用力，从而使得质量块在十字万向节的作用下获得惯性力去压缩弹簧和拉伸弹簧，不断重复此过程，质量块上的磁铁一会与陶瓷压电片上的磁铁二产生磁极相斥或相吸，因此陶瓷压电片会不断产生弹性形变，通过压电效应产生电能。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述质量块呈长方体状，所述陶瓷压电片有四个且其一端分别朝向所述质量块的四个侧面，所述磁铁一分别沿所述质量块的高度方向均匀间隔设置在所述质量块的四个侧面上，所述磁铁二也有四个且分别固连在每个所述陶瓷压电片朝向所述质量块的一端，所述承载支架呈十字状，所述承载支架的中部与固连在所述质量块底端的弹簧固连，所述承载支架的四端分别与每个所述陶瓷压电片远离所述质量块的一端固连。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述壳体内部位于所述十字万向轴和连接杆外侧还设置有竖向的限位框，所述十字万向轴穿过所述限位框的顶板，所述连接杆活动穿过所述限位框的底板。限位框用于限制波浪能压电发电装置摆动，防止波浪能压电发电装置损毁。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述太阳能发电装置包括若干个太阳能电池板，所述航标灯固连在所述顶部集成平台上侧面的中心，所述太阳能电池板环绕所述航标灯均匀间隔设置。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述壳体固连在所述浮体平台下侧面的中心，所述海水温度传感器和海水PH值传感器固连在所述浮体平台下侧面的外围。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述浮体平台的外侧环绕固连有防撞橡胶环；所述浮体平台的上侧面环绕其中心还固连有若干个均匀间隔设置的拖曳挂点。防撞橡胶环用来防止本海上监测通信浮标受到撞击而损毁。拖曳挂点用来辅助拖曳本海上监测通信浮标。

在上述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标中，所述浮体平台和顶部集成平台之间相互平行且两者之间通过连接支架固连。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本海上监测通信浮标结构简单，拆装和维修较为便捷，使用成本低。

2、本海上监测通信浮标使用太阳能和波浪能发电，不论天气情况和海面波浪大小，都能确保其稳定用电。

3、本海上监测通信浮标搭载的超声波风速风向仪，无需惯性测量，无启动风速限制，也不需要现场校准和维护，并且能够同时获得风速和风向数值，因此使用起来较为便捷。

4、本海上监测通信浮标搭载的波浪能压电发电装置具有增频能力，将质量块与弹簧耦合在一起，通过质量块的单摆运动激励弹簧产生往复运动，从而使得陶瓷压电片获得高频振动，也使波浪能压电发电装置能够更好的适应波幅高、波频低的波浪环境。

5、本海上监测通信浮标上设置有防撞橡胶环，在强化了本海上监测通信浮标整体强度的同时，也提高了本海上监测通信浮标在海上漂浮的稳定性。

6、本海上监测通信浮标具有通信功能，还能够监测海面上的多种数据，实用性强。

附图说明

图1是本海上监测通信浮标的立体结构示意图。

图2是本海上监测通信浮标的部分立体结构示意图一。

图3是本海上监测通信浮标的部分立体结构示意图二。

图中，1、浮体平台；2、顶部集成平台；3、卫星通信天线；4、海水温度传感器；5、海水PH值传感器；6、能量存储与控制模块；7、壳体；8、波浪能压电发电装置；8a、质量块；8b、磁铁一；8c、磁铁二；8d、陶瓷压电片；8e、十字万向轴；8f、连接杆；8g、弹簧；8h、承载支架；9、航标灯；10、超声波风速风向仪；11、太阳能发电装置；11a、太阳能电池板；12、限位框；13、防撞橡胶环；14、拖曳挂点；15、连接支架。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标包括浮体平台1，浮体平台1的上侧设置有顶部集成平台2，浮体平台1和顶部集成平台2之间相互平行且两者之间通过连接支架15固连，浮体平台1的外侧环绕固连有防撞橡胶环13，能量存储与控制模块6固连在浮体平台1的上侧面，浮体平台1的上侧面环绕其中心还固连有若干个均匀间隔设置的拖曳挂点14，卫星通信天线3固连在能量存储与控制模块6的上侧面，壳体7固连在浮体平台1的下侧面的中心，海水温度传感器4和海水PH值传感器5也固连在浮体平台1的下侧面的外围；航标灯9固连在顶部集成平台2的上侧面的中心，太阳能发电装置11也固连在顶部集成平台2的上侧面，太阳能发电装置11包括若干个太阳能电池板11a，太阳能电池板11a环绕航标灯9均匀间隔设置，超声波风速风向仪10固连在顶部集成平台2的下侧面。

将本海上监测通信浮标投掷在海面上，太阳能电池板11a和波浪能压电发电装置8发电并将电能存储在能量存储与控制模块6中，能量存储与控制模块6分别向卫星通信天线3、海水温度传感器4、海水PH值传感器5、航标灯9和超声波风速风向仪10供电。防撞橡胶环13用于防止本海上监测通信浮标被撞毁。拖曳挂点14用于辅助拖曳本海上监测通信浮标。本海上监测通信浮标电能供应稳定，功能多样，使用成本低。

进一步的，如图3所示，波浪能压电发电装置8包括质量块8a、磁铁一8b、磁铁二8c和陶瓷压电片8d，浮体平台1的底面上固连有十字万向轴8e，十字万向轴8e竖向设置且其底端转动连接有连接杆8f，质量块8a也竖向设置且其两端均对称固连有弹簧8g，与质量块8a顶端固连的弹簧8g还与连接杆8f固连，质量块8a呈长方体状，陶瓷压电片8d有四个且环绕质量块8a设置，陶瓷压电片8d的一端分别朝向质量块8a的四个侧面，磁铁一8b分别沿质量块8a的高度方向均匀间隔设置在质量块8a的四个侧面上，磁铁二8c也有四个且分别固连在每个陶瓷压电片8d朝向质量块8a的一端，磁铁一8b和磁铁二8c活动配合，陶瓷压电片8d还与质量块8a底端的弹簧8g通过承载支架8h固连，承载支架8h呈十字状，承载支架8h的中部与固连在质量块8a底端的弹簧8g固连，承载支架8h的四端分别与每个陶瓷压电片8d远离质量块8a的一端固连。壳体7内部位于十字万向轴8e和连接杆8f外侧还设置有竖向的限位框12，十字万向轴8e穿过限位框12的顶板，连接杆8f活动穿过限位框12的底板。本海上监测通信浮标在海浪的波动下会获得能够分解为水平方向和竖直方向的作用力，质量块8a开始摆动，质量块8a在十字万向节8e的作用下获得惯性力，并且质量块8a利用惯性力去压缩和拉伸弹簧8g，不断重复此过程，质量块8a上的磁铁一8b会与陶瓷压电片8d上的磁铁二8c产生磁极相斥或相吸作用，因此陶瓷压电片8d会不断产生弹性形变，通过压电效应产生电能。限位框12限制连接杆8f的摆动幅度，防止波浪能压电发电装置8碰撞受损。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多的使用了1、浮体平台；2、顶部集成平台；3、卫星通信天线；4、海水温度传感器；5、海水PH值传感器；6、能量存储与控制模块；7、壳体；8、波浪能压电发电装置；8a、质量块；8b、磁铁一；8c、磁铁二；8d、陶瓷压电片；8e、十字万向轴；8f、连接杆；8g、弹簧；8h、承载支架；9、航标灯；10、超声波风速风向仪；11、太阳能发电装置；11a、太阳能电池板；12、限位框；13、防撞橡胶环；14、拖曳挂点；15、连接支架等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型的精神相违背的。

Claims (9)

1.一种利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，包括浮体平台(1)，其特征在于，所述浮体平台(1)的上侧固设有顶部集成平台(2)，所述浮体平台(1)上设置有卫星通信天线(3)、海水温度传感器(4)和海水PH值传感器(5)，所述浮体平台(1)上侧还设置有能量存储与控制模块(6)，所述浮体平台(1)的底部还设置有壳体(7)，所述壳体(7)内活动设置有波浪能压电发电装置(8)；所述顶部集成平台(2)上设置有航标灯(9)和超声波风速风向仪(10)，所述顶部集成平台(2)上还设置有太阳能发电装置(11)。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述能量存储与控制模块(6)固连在所述浮体平台(1)的上侧面，所述卫星通信天线(3)固连在所述能量存储与控制模块(6)的上侧面，所述壳体(7)固连在所述浮体平台(1)的下侧面，所述海水温度传感器(4)和海水PH值传感器(5)也固连在所述浮体平台(1)的下侧面；所述航标灯(9)固连在所述顶部集成平台(2)的上侧面，所述太阳能发电装置(11)也固连在所述顶部集成平台(2)的上侧面，所述超声波风速风向仪(10)固连在所述顶部集成平台(2)的下侧面。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述波浪能压电发电装置(8)包括质量块(8a)、磁铁一(8b)、磁铁二(8c)和陶瓷压电片(8d)，所述浮体平台(1)的底面上固连有十字万向轴(8e)，所述十字万向轴(8e)竖向设置且其底端转动连接有连接杆(8f)，所述质量块(8a)也竖向设置且其两端均对称固连有弹簧(8g)，所述质量块(8a)顶端固连的弹簧(8g)还与所述连接杆(8f)固连，所述陶瓷压电片(8d)有若干个且环绕所述质量块(8a)设置，所述磁铁一(8b)也有若干个且固连在所述质量块(8a)的外侧面上，所述磁铁二(8c)也有若干个且固连在所述陶瓷压电片(8d)上，所述磁铁一(8b)和磁铁二(8c)活动配合，所述陶瓷压电片(8d)还与固连在所述质量块(8a)底端的弹簧(8g)通过承载支架(8h)固连。

4.根据权利要求3所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述质量块(8a)呈长方体状，所述陶瓷压电片(8d)有四个且四个陶瓷压电片(8d)的一端分别朝向所述质量块(8a)的四个侧面，所述磁铁一(8b)分别沿所述质量块(8a)的高度方向均匀间隔设置在所述质量块(8a)的四个侧面上，所述磁铁二(8c)也有四个且分别固连在每个所述陶瓷压电片(8d)朝向所述质量块(8a)的一端，所述承载支架(8h)呈十字状，所述承载支架(8h)的中部与固连在所述质量块(8a)底端的弹簧(8g)固连，所述承载支架(8h)的四端分别与每个所述陶瓷压电片(8d)远离所述质量块(8a)的一端固连。

5.根据权利要求4所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述壳体(7)内部位于所述十字万向轴(8e)和连接杆(8f)外侧还设置有竖向的限位框(12)，所述十字万向轴(8e)穿过所述限位框(12)的顶板，所述连接杆(8f)活动穿过所述限位框(12)的底板。

6.根据权利要求5所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述太阳能发电装置(11)包括若干个太阳能电池板(11a)，所述航标灯(9)固连在所述顶部集成平台(2)上侧面的中心，所述太阳能电池板(11a)环绕所述航标灯(9)均匀间隔设置。

7.根据权利要求6所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述壳体(7)固连在所述浮体平台(1)下侧面的中心，所述海水温度传感器(4)和海水PH值传感器(5)固连在所述浮体平台(1)下侧面的外围，所述海水温度传感器(4)和海水PH值传感器(5)分布在所述壳体(7)的两侧。

8.根据权利要求7所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述浮体平台(1)的外侧环绕固连有防撞橡胶环(13)；所述浮体平台(1)的上侧面环绕其中心还固连有若干个均匀间隔设置的拖曳挂点(14)。

9.根据权利要求8所述的利用太阳能和波浪能发电的海上监测通信浮标，其特征在于，所述浮体平台(1)和顶部集成平台(2)之间相互平行且两者之间通过连接支架(15)固连。

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