CN218317149U - 一种外置方位海流观测浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外置方位海流观测浮标，包括浮标体、ADCP海流计、上层平台、方位传感器和控制系统；在浮标体的甲板上形成有第一方位标识，ADCP海流计安装在仪器井的井架上，其自身坐标系的Y轴方向与第一方位标识的方向一致；上层平台竖立在板上，顶面形成有与第一方位标识同向的第二方位标识；方位传感器安装在上层平台的顶面，其北向与第二方位标识的方向一致；控制系统内置于浮标体中，用于控制ADCP海流计发射声波，并采集方位传感器输出的方位数据和ADCP海流计输出的流速数据。本实用新型利用外置的方位传感器代替ADCP海流计内置的磁罗盘观测浮标体的方位，由此可以为海流观测提供准确的方位数据，实现海流观测。

Description

一种外置方位海流观测浮标

技术领域

本实用新型属于海洋环境观测设备技术领域，具体地说，是涉及一种海流观测用浮标。

背景技术

海洋调查中，海流观测是海洋水文观测中的一项重要要素，不仅可以为海洋科学研究提供重要的基础参数，而且可以为海洋工程建设、海洋石油开发、海洋水产养殖、海上安全防务等领域提供所需依据的重要海洋水文数据。因此，如何提高海流观测资料的可靠性，是众多海洋学家、工程技术人员所关注的一项重要课题。

声学多普勒剖面海流计（ADCP）是目前常用的海流剖面观测仪器，它基于多普勒频移原理，可以进行海水剖面流速和流向的观测。基于浮标和ADCP海流计的海流剖面观测技术，是目前常用的海流定点、长期、连续、现场、实时观测的技术方案，相对于船载调查，其可以提供全天候常年实时观测数据；相对于卫星遥感观测，其观测数据的准确度更高；相对于潜标和海床基观测，其浮标所需用电可以由太阳能等自然能源实时补给，海上在位观测时间长。因此，基于浮标和ADCP海流计的海流剖面观测方式，具有其独特的优势。

在基于浮标和ADCP海流计的海流剖面观测技术中，目前都是利用ADCP海流计直接采集输出流速数据和方位数据，其中，方位数据是由ADCP海流计中内置的磁罗盘采集输出的。而现有的浮标体多为钢制结构或采用钢制骨架，这些钢制材料会对海流计内置的磁罗盘产生磁性干扰，导致海流计方位检测不准确，进而影响海流观测结果的准确度。

现阶段，解决上述问题的方法之一是让ADCP海流计尽量远离浮标体，以尽可能地降低浮标体的铁磁性对海流计内部磁罗盘产生的影响。由前期研究发现，距离浮标体一米以上，铁磁性影响基本可以忽略不计。因而，在目前的很多浮标上，会在浮标体1的钢制仪器井4的底部安装一个无磁支架2，如图2所示。所述无磁支架2位于仪器井4的外部且竖直向下延伸。将海流计3安装在无磁支架2的底部，距离仪器井4一米以上，这样便可有效降低浮标体1的铁磁性对海流计3中的磁罗盘造成的干扰影响。但是，采用这种结构的浮标体1在海上运行的过程中，海流计3很容易被渔网、流绳等外物缠绕、破坏。另外，海流计3中的磁罗盘在长时间使用后，仍然存在被浮标体1磁化的现象，因此，仍然存在影响海流观测数据质量的问题。

另外一种方法是定期对海流计中的磁罗盘进行校正，例如，定期将磁罗盘转移至无磁环境中进行自差校准。但是，这种方法对于长期无人值守的浮标设备来说，显然是难以实现的。

发明内容

本实用新型针对ADCP海流计中的磁罗盘易受浮标体上的钢制材料磁化影响，而导致方位检测不准确的问题，提出了一种将方位传感器外置的海流观测浮标，利用外置的方位传感器代替ADCP海流计内置的磁罗盘，来观测浮标体的方位，以此为海流观测提供准确的方位数据。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种外置方位海流观测浮标，包括浮标体、ADCP海流计、上层平台、方位传感器和控制系统；其中，所述浮标体的顶面为甲板，甲板上形成有第一方位标识；在浮标体上开设有上下贯通的仪器井，仪器井中安装有井架；所述ADCP海流计安装在所述井架上，其自身坐标系的Y轴方向与所述第一方位标识的方向一致；所述上层平台由无磁材料制成，竖立在所述甲板上，其顶面所在位置超出了所述浮标体中的钢制结构所产生的磁性影响范围；在所述上层平台的顶面形成有第二方位标识，所述第二方位标识与所述第一方位标识同向；所述方位传感器安装在所述上层平台的顶面，其北向与所述第二方位标识的方向一致；所述控制系统内置于所述浮标体中，用于控制所述ADCP海流计发射声波，并采集所述方位传感器检测输出的方位数据以及所述ADCP海流计检测输出的流速数据。

在本申请的一些实施例中，优选设计所述上层平台的顶面距离甲板的高度为10米或以上，以确保安装在上层平台顶面的方位传感器能够完全脱离开浮标体中的钢制结构所能产生的磁性影响范围，从而获得准确的方位数据。

在本申请的一些实施例中，为了使ADCP海流计自身坐标系的Y轴方向能够与甲板上形成的第一方位标识同向，可以在所述浮标体的甲板上安装一个仪器井法兰盘，并将所述仪器井法兰盘正对所述仪器井的井口；然后，在所述仪器井法兰盘的相对两侧分别安装一个定位销，两个定位销的连线应与甲板上形成的第一方位标识共线或同向；同时，在所述仪器井法兰盘的另外相对两侧分别开设一个安装孔，两个安装孔的连线应与所述两个定位销的连线垂直；然后，在所述井架的上部安装法兰，在所述法兰的相对两侧分别开设一个定位销孔，法兰的另外相对两侧分别开设一个装配孔；其中，两个定位销孔与所述仪器井法兰盘上的两个定位销的位置彼此对应且装配，两个装配孔与所述仪器井法兰盘上的两个安装孔的位置彼此对应且装配，这样便可保证法兰上的两个定位销孔的连线能够与所述的第一方位标识同向。然后，在所述井架上安装海流计安装板，并使海流计安装板的安装面与所述法兰上的两个定位销孔的连线垂直；同时，在海流计安装板上安装垂直于其安装面的定位销，这样在将所述ADCP海流计安装在所述海流计安装板上，并将ADCP海流计的定位孔与所述海流计安装板上的定位销对准插装后，便可实现ADCP海流计自身坐标系的Y轴方向与所述第一方位标识同向。

在本申请的一些实施例中，优选设计所述井架为三棱柱框架式结构，并使其一个棱面与所述法兰上的两个定位销孔的连线垂直，将海流计安装板安装在所述棱面上，由此便可实现海流计安装板的安装面与所述法兰上的两个定位销孔的连线垂直。

在本申请的一些实施例中，为了简化海流计在安装板上的装配操作，可以在所述海流计安装板的安装面上安装上下两个海流计安装卡子，将ADCP海流计的上下两端分别卡装在所述上下两个海流计安装卡子上，然后调整ADCP海流计的角度，使其定位孔与海流计安装板上的定位销对准插装，即可完成ADCP海流计在安装板上的装配定位，操作简单，效率高。

在本申请的一些实施例中，为了使海流计安装板能够适应不同长度的ADCP海流计，可以在所述海流计安装板上开设至少三对上下平行的安装孔，将其中两对安装孔布设于海流计安装板的上部，然后根据海流计的实际长度选择在其中一对安装孔上安装一个海流计安装卡子，将另外一对安装孔布设于海流计安装板的下部，其上安装另外一个海流计安装卡子，这样便可实现两个海流计安装卡子之间距离的调节，从而满足不同长度海流计的安装需求。

在本申请的一些实施例中，为了便于进行方向对准操作，优选将形成在所述浮标体的甲板上的第一方位标识指向仪器井，以使仪器井法兰盘上的两个定位销的连线能够与第一方位标识共线。仪器井法兰盘的方位确定后，井架和海流计安装板便可以仪器井法兰盘为基准定位。

在本申请的一些实施例中，优选将所述ADCP海流计安装在仪器井的内部，仅使海流计的声学探头露出井口，这样可以避免ADCP海流计被海水中的渔网、流绳等外物缠绕破坏，起到保护ADCP海流计的作用。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型针对安装在浮标体上的ADCP海流计，其内置磁罗盘易受浮标体磁性影响的问题，采用外置的方位传感器代替海流计的内置磁罗盘，来检测浮标体的方位，通过调整ADCP海流计自身坐标系的Y轴方向与方位传感器的北向一致，由此通过方位传感器检测得到的方位数据便可与ADCP海流计检测到的流速数据相结合，以用于海流观测数据的生成，进而完成海流观测任务。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提出的外置方位海流观测浮标的一种实施例的外形结构示意图；

图2为现有技术中ADCP海流计在浮标体上的安装方式示意图；

图3为将ADCP海流计内置于仪器井中的一种实施例的结构示意图；

图4为外置方位传感器在浮标体上的安装位置示意图；

图5为图4的局部放大图；

图6为仪器井法兰盘与第一方位标识之间的对应位置关系图；

图7为井架上部法兰与第一方位标识之间的对应位置关系图；

图8为井架与海流计安装板的一种实施例的装配结构示意图；

图9为井架、海流计安装板以及ADCP海流计之间的一种实施例的装配结构示意图；

图10为ADCP海流计在海流计安装板上的安装结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，不能理解为对本实用新型的限制。另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例为海流观测提供硬件平台，一方面在浮标体上布设ADCP海流计，以用于对浮标体所处海域的流速数据进行检测，另一方面在浮标体上布设外置的不受浮标体内钢制材料磁性影响的方位传感器，以用于对浮标体的方位进行检测。由于在计算海水剖面的流速和流向数据时，需要使用的流速数据和方位数据必须是由方向一致的ADCP海流计和方位传感器采集输出的，因此，需要解决ADCP海流计的自身方向与外置方位传感器的方向在空间上的对准问题。

在现有技术中，ADCP海流计与其内置的磁罗盘是一体式安装的，因此，内置磁罗盘的北向很容易与ADCP海流计的自身方向对准。而采用外置方位传感器的方式时，由于浮标空间尺寸比较大，高度和直径一般在10米左右，因此，需要设计特殊的方法来解决ADCP海流计与外置方位传感器的空间对准问题。

本实施例针对外置方位传感器与ADCP海流计的空间对准问题，提出了以下解决方案。

如图1所示，首先在浮标体的甲板10上竖立起一个上层平台20，用于安装方位传感器。所述上层平台20应采用无磁材料制成，其顶面距离浮标体甲板10的高度应保证：在将方位传感器安装到上层平台20的顶面时，方位传感器能够完全摆脱浮标体中的钢制结构所产生的铁磁性影响。在本实施例中，可以将上层平台20的高度设计在10米左右或者10米以上，使方位传感器能够远离浮标体的甲板10，以保证方位传感器检测到的方向数据准确。

结合图4、图5所示，在上层平台20上设置第二方位标识21，例如在上层平台20的顶面画一个箭头，用于指示方位传感器22的北向。在将方位传感器22安装到上层平台20上时，使方位传感器22的北向与第二方位标识21的箭头方向重合或同向，由此完成方位传感器22在上层平台20上的定位。

根据在上层平台20上形成的第二方位标识21，采用投影法，在浮标体的甲板10形成同向的第一方位标识11。具体方法为：在上层平台20上摆放一根直杆，并使直杆与第二方位标识21共线；在直杆的两端分别挂重锤，并向甲板10方向垂落；两个重锤在甲板10上形成两个投影点，连接两个投影点形成直线；在甲板10上形成与该直线重合的第一方位标识11，例如画一个箭头，箭头的指向与上层平台20上的第二方位标识21的箭头指向相同，由此便可保证上层平台20上的第二方位标识21与甲板10上的第一方位标识11同向。

为了便于根据甲板10上的第一方位标识11对ADCP海流计的安装方向进行精准定位，在甲板10上和上层平台20上分别形成第一方位标识11和第二方位标识21时，优选使第一方位标识11指向仪器井12的位置，如图4所示。

仪器井12是浮标上用于搭载环境要素传感器及其他传感器的仪器安装井，开设在浮标体1上，且上下贯通浮标体1，结合图3所示。在仪器井12中安装有井架14，所述ADCP海流计即可搭载在所述井架14上。

在将ADCP海流计安装到仪器井12中时，为了使ADCP海流计的自身坐标系的Y轴方向能够与甲板10上的第一方位标识11同向，本实施例设计了以下定位方法：

一方面，如图6所示，在甲板10上设置仪器井12的位置安装仪器井法兰盘13，在仪器井法兰盘13的相对两侧分别安装一个定位销131、132，两个定位销131、132的连线应与甲板10上形成的第一方位标识11共线或同向。在仪器井法兰盘13的另外相对两侧分别开设一个安装孔133、134，并使两个安装孔133、134的连线与两个定位销131、132的连线垂直。仪器井法兰盘13在甲板10上的焊接方向固定，就可以将安装在仪器井12中的井架14的安装方向固定下来。

二方面，如图7所示，在井架14的上部安装法兰15，在法兰15的相对两侧分别开设一个定位销孔151、152，在法兰15的另外相对两侧分别开设一个装配孔153、154。在将法兰15安装到仪器井法兰盘13上时，法兰15上的两个定位销孔151、152与仪器井法兰盘13上的两个定位销131、132的位置彼此对应且装配，由此便可保证法兰15上的两个定位销孔151、152的连线与甲板10上所形成的第一方位标识11同向。同时，法兰15上的两个装配孔153、154与仪器井法兰盘13上的两个安装孔133、134的位置彼此对应，可以利用螺钉和螺母将二者装配固定，由此可以保证法兰15上的两个装配孔153、154的连线与甲板10上所形成的第一方位标识11垂直。

三方面，在井架14上安装海流计安装板16，并使海流计安装板16的安装面与法兰15上的两个定位销孔151、152的连线垂直。在某些实施例中，可以将井架14设计成三棱柱框架式结构，如图7所示，在将法兰15安装到井架14的顶部时，应使三棱柱框架的其中一个棱面141与法兰15上的两个定位销孔151、152的连线垂直。这样，在将海流计安装板16安装到该棱面141上时，便可保证海流计安装板16的安装面与法兰15上的两个定位销孔151、152的连线垂直。

由于海流计在使用时，需要与海水相接触，因此，优选将海流计安装在仪器井的底部。针对海流计的这种安装位置需求，本实施例优选将海流计安装板16安装在井架14的底部位置，如图9所示，以便于在将ADCP海流计17安装于海流计安装板16上时，能够使ADCP海流计17与海水充分接触，继而满足海流观测要求。

四方面，如图8所示，在海流计安装板16上安装垂直于其安装面的定位销161，并开设安装孔162。所述安装孔162可以在海流计安装板16的上部开设两对，在海流计安装板16的下部开设至少一对，以用于装配海流计安装卡子163，结合图9、图10所示。

在海流计安装板16的上部开设两对安装孔162是为了适应不同长度的海流计。根据ADCP海流计17的实际长度，在海流计安装板16的上部选择一对安装孔162装配上一个海流计安装卡子163，在海流计安装板16的下部的安装孔162上装配上一个海流计安装卡子164。将ADCP海流计17的上下两端分别卡装在海流计安装卡子163、164上，调整ADCP海流计17的角度，使其定位孔与安装板上的定位销161对准且插装，这样，ADCP海流计17的自身坐标系的Y轴方向便与海流计安装板16的安装面垂直。由于海流计安装板16的安装面与法兰15上的两个定位销孔151、152的连线垂直，而法兰15上的两个定位销孔151、152的连线与甲板10上所形成的第一方位标识11同向，因此，只要将ADCP海流计17在安装板16上装配到位，即可保证ADCP海流计17自身坐标系的Y轴方向与甲板10上所形成的第一方位标识11的方向一致。

由于方位传感器22的北向与上层平台20上形成的第二方位标识21的方向一致，上层平台20上的第二方位标识21与甲板10上的第一方位标识11的方向一致，而ADCP海流计17自身坐标系的Y轴方向又与甲板10上的第一方位标识11的方向一致，因此，ADCP海流计17自身坐标系的Y轴方向与方位传感器22的北向一致。由此，便可利用外置的方位传感器22代替ADCP海流计17内置的磁罗盘来检测浮标体的方位，进而与ADCP海流计17所检测到的流速数据结合，用于地球坐标系下的海流观测数据的计算。

在本实施例中，结合图3、图10所示，优选将ADCP海流计17安装在仪器井12的内部，仅ADCP海流计17的声学探头171露出井口，这样不仅可以保证ADCP海流计17正常发射声波并接收反射波，满足测量要求，而且可以有效解决ADCP海流计17因完全暴露于海水中而易受到渔网、流绳等外物缠绕破坏的问题，切实保障了ADCP海流计17在海水中长时间、连续、安全运行，非常适合应用在长期无人值守的浮标设备上。

本实施例针对目前ADCP海流计安装方式存在的缺陷，设计新的海流计安装结构，将ADCP海流计安置于浮标体钢质仪器井的内部，仅海流计的声学探头略微露出井口，由此解决了海流计易受渔网等外力破坏的问题。同时，通过屏蔽ADCP海流计内置的磁罗盘，采用外置方位传感器的方式来检测浮标体的实时方位，并通过将方位传感器安装在远离浮标体内钢质材料的上层平台上，由此实现了方位数据的准确检测。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种外置方位海流观测浮标，其特征在于，包括：

浮标体，其顶面为甲板，甲板上形成有第一方位标识；在浮标体上开设有上下贯通的仪器井，仪器井中安装有井架；

ADCP海流计，其安装在所述井架上，其自身坐标系的Y轴方向与所述第一方位标识的方向一致；

上层平台，其由无磁材料制成，竖立在所述甲板上，其顶面所在位置超出了所述浮标体中的钢制结构所产生的磁性影响范围；在所述上层平台的顶面形成有第二方位标识，所述第二方位标识与所述第一方位标识同向；

方位传感器，其安装在所述上层平台的顶面，其北向与所述第二方位标识的方向一致；

控制系统，其内置于所述浮标体中，用于控制所述ADCP海流计发射声波，并采集所述方位传感器检测输出的方位数据以及所述ADCP海流计检测输出的流速数据。

2.根据权利要求1所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，所述上层平台的顶面距离甲板的高度至少为10米。

3.根据权利要求1所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，

在所述浮标体的甲板上安装有仪器井法兰盘，所述仪器井法兰盘正对所述仪器井的井口；

在所述仪器井法兰盘的相对两侧分别安装有一个定位销，两个定位销的连线与所述甲板上形成的第一方位标识共线或同向；

在所述仪器井法兰盘的另外相对两侧分别开设一个安装孔，两个安装孔的连线与所述两个定位销的连线垂直；

在所述井架的上部安装有法兰，在所述法兰的相对两侧分别开设有一个定位销孔，法兰的另外相对两侧分别开设有一个装配孔；两个所述定位销孔与所述仪器井法兰盘上的两个定位销的位置彼此对应且装配，两个所述装配孔与所述仪器井法兰盘上的两个安装孔的位置彼此对应且装配；

在所述井架上安装有海流计安装板，所述海流计安装板的安装面与所述法兰上的两个定位销孔的连线垂直，在所述海流计安装板上安装有垂直于其安装面的定位销；

所述ADCP海流计安装在所述海流计安装板上，且ADCP海流计的定位孔与所述海流计安装板上的定位销对准插装。

4.根据权利要求3所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，所述井架为三棱柱框架式结构，其一个棱面与所述法兰上的两个定位销孔的连线垂直，所述海流计安装板安装在所述棱面上。

5.根据权利要求3所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，在所述海流计安装板的安装面上安装有上下两个海流计安装卡子，所述ADCP海流计的上下两端分别卡装在所述上下两个海流计安装卡子上。

6.根据权利要求5所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，在所述海流计安装板上开设有至少三对上下平行的安装孔，其中两对安装孔位于海流计安装板的上部，选择其中一对安装孔安装一个所述的海流计安装卡子，另外一对安装孔位于海流计安装板的下部，其上安装另外一个所述的海流计安装卡子。

7.根据权利要求3所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，在所述浮标体的甲板上形成的所述第一方位标识指向所述仪器井。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的外置方位海流观测浮标，其特征在于，所述ADCP海流计位于仪器井的内部，仅ADCP海流计的声学探头露出井口。

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