CN220448091U - 一种一体化潜浮标系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于浮标技术领域，尤其涉及一种一体化潜浮标系统。该系统包括：浮标及潜标锚系系统，潜标锚系系统包括竖向依次连接的通讯浮球、数据采集模块、并联声学释放器及重力锚：通讯浮球内设置有通信连接的第一水声通信机及数据采集器，第一水声通信机与浮标的第二水声通信机通信连接；数据采集模块通过绳缆连接于所述通讯浮球下方并通信连接数据采集器，数据采集模块包括通过缆绳串接的多普勒流速仪、水下温盐链，水下温盐链包括通过包塑钢缆串接的感应耦合主节点、多个感应耦合从节点及多个温盐深传感器。本实用新型一体化潜浮标系统的潜标与浮标之间无需缆绳连接且可以实现数据的实时传输。

Description

一种一体化潜浮标系统

技术领域

本实用新型属于浮标技术领域，尤其涉及一种一体化潜浮标系统。

背景技术

一体化潜浮标系统是定点获取海洋垂直剖面上流速、流向、温度及电导率等参数的重要手段。

传统自容式潜标可安装的传感器种类多样，例如温度传感器、海流传感器、营养盐传感器等，不同的传感器串联在海洋潜标的不同位置，可以同时获取不同深度的海洋环境参数数据，从而实现定点对数据进行采集，但无法实时获取采集的数据，需要等到回收潜标的时候才能读取数据，缺少实时性和便携性。

海洋潜标顶部还可以连接通讯浮球，通讯浮球安装卫星通讯设备，可以实时的将潜标数据通过卫星传输到岸基接收软件。这样的潜标系统优点是数据实时，缺点是隐蔽性差，潜标位置容易被发现，另外潜标和海表通信浮球通过缆绳直接相连，通信浮球受海表风浪将直接影响水下潜标姿态。

实用新型内容

针对相关技术中存在的不足之处，本实用新型提供了一种一体化潜浮标系统，水下温盐链采用感应耦合向数据采集器传输数据，数据采集器通过水声通信进行数据反馈，潜标与浮标之间无需缆绳连接同时可以实现数据的实时传输，提高数据传输抗干扰能力。

本实用新型提供一种一体化潜浮标系统，包括：浮标及潜标锚系系统，所述潜标锚系系统包括竖向依次连接的通讯浮球、数据采集模块、并联声学释放器及重力锚：

所述通讯浮球内设置有通信连接的第一水声通信机及数据采集器，第一水声通信机与所述浮标的第二水声通信机通信连接；

数据采集模块通过绳缆连接于所述通讯浮球下方并通信连接所述数据采集器，所述数据采集模块包括通过缆绳串接的多普勒流速仪ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfiler,简称ADCP)、水下温盐链，多普勒流速仪通过RS422接口连接数据采集器，所述水下温盐链包括通过包塑钢缆串接的：

感应耦合主节点，通信连接所述数据采集器；

多个感应耦合从节点，通信连接所述感应耦合主节点；

多个温盐深传感器CTD，与所述多个感应耦合从节点一一对应并通过硬件通信接口通信连接。

在其中一些实施例中，所述感应耦合主节点与所述感应耦合从节点分别包括封装于一防水外壳且电性连接的感应耦合调制解调器、电池、磁环，所述硬件通信接口第一端封装于所述防水外壳内并电性连接感应耦合调制解调器，第二端暴露于所述防水外壳外部，所述感应耦合主节点的硬件通信接口的第二端用于连接数据采集器，所述感应耦合从节点的硬件通信接口的第二端用于连接所述温盐深传感器CTD。

在其中一些实施例中，所述防水外壳包括第一壳体单元、第二壳体单元，所述第一壳体单元、第二壳体单元可拆卸的扣合成一体并沿一接触面接触；

所述第一壳体单元的接触面处开设有一第一磁环槽、一电器件容置槽，所述电器件容置槽用于形成所述感应耦合调制解调器及蓄电池的容置腔，一容置槽盖板盖设于所述电器件容置槽形成密封结构；

所述第二壳体单元的接触面处开设有一第二磁环槽及一线缆槽，所述线缆槽贯穿所述第二壳体单元的接触面处并经过所述第二磁环槽，所述第二磁环槽与所述第一磁环槽用于形成所述磁环的容置腔，所述包塑钢缆穿设于所述线缆槽并被安装后的磁环环绕，第一壳体单元、第二壳体单元扣合后固定于包塑钢缆上。

在其中一些实施例中，所述第一壳体单元一端开设有一通孔，所述通孔连通所述电器件容置槽，所述硬件通信接口穿设于所述通孔，所述硬件通信接口第一端经所述通孔连接至感应耦合调制解调器，另一端暴露于所述防水外壳外部，所述硬件通信接口与所述防水外壳连接处防水密封连接。

在其中一些实施例中，所述第一水声通信机与所述第二水声通信机之间采用PSK编码通信。

在其中一些实施例中，所述感应耦合主节点配置为在通过硬件通信接口接收到数据采集器的信号时，由休眠状态切换为唤醒状态。

在其中一些实施例中，所述感应耦合从节点配置为在磁环感应到包塑钢缆上的信号时，由休眠状态切换为唤醒状态。

在其中一些实施例中，所述第一水声通信机、第二水声通信机分别包括电性连接的换能器、接收电路、发送电路及控制器，以通过换能器、接收电路、发送电路及控制器收发超声波信号进行通信连接。

在其中一些实施例中，所述接收电路包括依次电性连接的前置放大电路、低通滤波电路、相干解调电路，前置放大电路电性连接所述换能器，通过换能器将超声波信号转换为电信号后，利用所述前置放大电路将换能器输出的电信号进行放大并经所述低通滤波电路滤波后输出，所述相干解调电路用于将低通滤波电路输出的电信号进行解调。

在其中一些实施例中，所述发送电路包括电性连接的信号调制电路、功率放大电路，通过所述信号调制电路对电平信号进行PSK调制后利用所述功率放大电路对波形进行放大，功率放大电路电性连接所述换能器以通过所述换能器将电信号转换为超声波信号。

在本实用新型实施例中，水声通信机配置为采用透明传输工作模式。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中一体化潜浮标系统能够实现潜标、浮标分开布放，浮标的移动不会影响潜标姿态，并且结合水下温盐链的感应耦合传输和水声通信机的水声通信，实现海洋监测过程中可以实时传输采样数据，提高数据通讯的实时性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的一体化潜浮标系统的原理示意图；

图2为本实用新型实施例的一体化潜浮标系统的水下温盐链的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一体化潜浮标系统的水声通信机的结构示意图，其中，（a）为水声通讯机接收电路，（b）为水声通讯机发送电路；

图4为本实用新型实施例的一体化潜浮标系统的防水壳体的结构示意图。

图1-图2中：

101、浮标；102、通讯浮球；103、数据采集器；104、并联声学释放器；

105、第一水声通信机；106、第二水声通信机；107、包塑钢缆；

108、水下温盐链；1081、感应耦合主节点；1082、感应耦合从节点。

图4中：

1、第一壳体单元；2、第二壳体单元；

11、第一磁环槽；12、电器件容置槽；13、容置槽盖板；14、通孔；

21、第二磁环槽；22、线缆槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如附图1-图2所示，在本实用新型一体化潜浮标系统的一个示意性实施例中，该一体化潜浮标系统包括浮标101及潜标锚系系统，潜标锚系系统包括竖向依次连接的通讯浮球102、数据采集模块、并联声学释放器104及重力锚：

通讯浮球102内设置有通过RS422接口通信连接的第一水声通信机105及数据采集器103，第一水声通信机105与浮标101的第二水声通信机106通信连接，第一水声通信机105配置为采用透明传输工作模式，可选的，第一水声通信机105与第二水声通信机106之间采用PSK编码通信，PSK编码相对FSK、ASK编码，既能满足通信速率需求又具有较强的抗干扰能力。

数据采集模块通过绳缆连接于通讯浮球102下方并通信连接数据采集器103，数据采集模块包括通过缆绳串接的多普勒流速仪ADCP、水下温盐链108，多普勒流速仪ADCP通过RS422接口连接数据采集器103，水下温盐链108包括通过包塑钢缆107串接的：

感应耦合主节点1081，通信连接数据采集器103，在另一实施例中，感应耦合主节点1081通过RS422接口或RS232接口连接在数据采集器103上，RS422串口为差分型号传输，相对RS232接口通讯距离远，长达1200多米，抗干扰能力强；

多个感应耦合从节点1082，通信连接感应耦合主节点1081；

多个温盐深传感器CTD，与多个感应耦合从节点1082一一对应并通过硬件通信接口通信连接。

在上述示意性实施例中，感应耦合主节点1081与感应耦合从节点1082分别包括封装于一防水外壳且电性连接的感应耦合调制解调器、蓄电池、磁环，硬件通信接口第一端封装于防水外壳内电性连接感应耦合调制解调器，第二端暴露于防水外壳外部，感应耦合主节点1081的硬件通信接口的第二端用于连接数据采集器103，感应耦合从节点1082的硬件通信接口的第二端用于连接温盐深传感器CTD，具体的，感应耦合调制解调器可以是感应耦合集成电路Umodem，包括调制解调电路及控制器，通过调制解调电路进行信号处理，通过第二端口唤醒温盐深传感器CTD，温盐深传感器CTD也可以设置定时自唤醒并采集数据存储在内部存储器内，Umodem唤醒温盐深传感器CTD后直接从存储器内部读取最近的采集数据，节省工作时间，从而节约电能消耗。

在上述示意性实施例中，感应耦合主节点1081配置为在通过硬件通信接口接收到数据采集器103的信号时，由休眠状态切换为唤醒状态；感应耦合从节点1082配置为在磁环感应到包塑钢缆107上的信号时，由休眠状态切换为唤醒状态。感应耦合主节点1081、感应耦合从节点1082默认配置为休眠状态。基于此，感应耦合主节点1081配置为被数据采集器103唤醒而非磁环，即感应耦合从节点1082无法唤醒主机，而感应耦合从节点1082配置为被磁环唤醒而非数据采集器103，即感应耦合从节点1082只能被包塑钢缆107上的信号唤醒，感应耦合从节点1082无法唤醒感应耦合主节点1081。

基于如上实施例，数据采集器103定时采集温盐链数据时，通过硬件通信接口唤醒感应耦合主节点1081后，通过感应耦合主节点1081进行感应通信唤醒感应耦合从节点1082，数据采集器103可以是通过硬件通信接口传输大于一字节的字符串至感应耦合主节点1081，感应耦合主节点1081切换为唤醒状态后可以配置为自动发送一提示符至数据采集器103，以便于数据采集器103确认感应耦合主节点1081的状态为已成功唤醒；

确认感应耦合主节点1081已唤醒后，数据采集器103发送占用总线命令至感应耦合主节点1081，感应耦合主节点1081接收占用总线命令执行占用总线并返回提示符至数据采集器103，同时通过磁环产生交变磁场，经包塑钢缆107的交变电路传输信号至感应耦合从节点1082的磁环，感应耦合从节点1082切换为唤醒状态并实时接收信号，数据采集器103可基于占用总线经感应耦合主节点1081与感应耦合从节点1082通信，此时感应耦合主节点1081处于总线接收状态，感应耦合从节点1082分别预设编号，感应耦合从节点1082与数据采集器103/感应耦合主节点1081之间进行通信时可基于预设编号实现一对一数据传输，如将预设编号ID写入串口通信数据字符中，这在串行通信软件中是常规的校验方式。因此，尽管水下温盐链108的所有感应耦合从节点1082均被唤醒并接收数据，但基于预设编号，感应耦合从节点1082可以只接收对应自己预设编号的数据而不接收其他感应耦合从节点1082的数据。

温盐深传感器CTD进行数据采集后将采集数据通过硬件通信接口传输至感应耦合从节点1082，感应耦合从节点1082进行编码后将经磁环、包塑钢缆107传输至感应耦合主节点1081，感应耦合主节点1081将数据进行解码后经硬件通信接口传输至数据采集器103。

数据采集器103为了执行海洋监测工作，会依次轮询水下温盐链108的各个温盐深传感器CTD并采集所有数据后，经过第一水声通信机105传输至浮标101的第二水声通信机106，从而实现水下潜浮标系统的实时数据采集与传输，浮标101接收到采集数据后，可通过卫星传输至岸基接收软件。

在另一实施例中，参考图3所示，第一水声通信机105、第二水声通信机106分别包括电性连接的换能器、接收电路、发送电路及控制器，以通过换能器、接收电路、发送电路及控制器收发超声波信号进行通信连接。其中，接收电路包括依次电性连接的前置放大电路、低通滤波电路、相干解调电路，前置放大电路电性连接换能器，通过换能器将超声波信号转换为电信号后，利用前置放大电路将换能器输出的电信号进行放大并经低通滤波电路滤波后输出，相干解调电路用于将低通滤波电路输出的电信号进行解调；发送电路包括电性连接的信号调制电路、功率放大电路，通过信号调制电路对电平信号进行PSK调制后利用功率放大电路对波形进行放大，功率放大电路电性连接换能器以通过换能器将电信号转换为超声波信号。

在另一实施例中，参考图4所示，防水外壳包括第一壳体单元1、第二壳体单元2，第一壳体单元1、第二壳体单元2可拆卸的扣合成一体并沿一接触面接触；第一壳体单元1的接触面处开设有一第一磁环槽11、一电器件容置槽12，电器件容置槽12用于形成感应耦合调制解调器及蓄电池的容置腔，一容置槽盖板13盖设于电器件容置槽12形成密封结构；第一壳体单元1一端还开设有一通孔14，通孔14连通电器件容置槽12，硬件通信接口穿设于通孔14，硬件通信接口第一端经通孔14连接至感应耦合调制解调器，另一端暴露于防水外壳外部，硬件通信接口与防水外壳连接处防水密封连接。

第二壳体单元2的接触面处开设有一第二磁环槽21及一线缆槽22，线缆槽22贯穿第二壳体单元2的接触面处并经过第二磁环槽21，第二磁环槽21与第一磁环槽11用于形成磁环的容置腔，包塑钢缆107穿设于线缆槽22并被安装后的磁环环绕，第一壳体单元1、第二壳体单元2扣合后固定于包塑钢缆107上。

基于如上结构，感应耦合主节点1081、感应耦合从节点1082通过防水外壳卡在包塑钢缆107上，磁环卡在包塑钢缆107上，以感应包塑钢缆107上的微弱信号，进行数据传输，采用上述结构的感应耦合主节点1081和感应耦合从节点1082既实现了感应耦合数据传输，又确保了电器件的防水密封，安装结构简单，降低了潜标锚系系统的安装成本。

在其中一些实施例中，潜标锚系系统还可以设置供电模块、安保模块、气象测量模块、电磁辐射模块、水文测量模块、生态测量模块及卫星通信模块等，供电模块包括但不限于电性连接的太阳能电池板及蓄电池，安保模块包括但不限于GPS模块、信标机、AIS（Automatic Identification System）、门开报警装置和舱内进水报警装置、摄像机等，气象测量模块包括但不限于风速风向仪、温湿度机、气压计、雨量计、能见度仪，电磁辐射模块包括但不限于总辐射计、红外辐射计；水文测量模块包括但不限于海流计、温盐仪、叶绿素仪、浊度计、溶解氧仪；生态测量模块包括但不限于二氧化碳仪、营养盐仪、放射性传感器、污染物传感器；卫星通信模块包括但不限于北斗卫星通信机、天通卫星通信机、行云卫星通信机、亚太卫星通信机及铱星通信机。

上述供电模块、安保模块及卫星通信模块可设置于通讯浮球102内，供电模块与第一水声通信机105、数据采集器103、数据采集模块及卫星通信模块电性连接。上述气象测量模块、电磁辐射模块、水文测量模块、生态测量模块可搭载于通信浮球102上并与数据采集器103通信连接。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中一体化潜浮标系统能够实现潜标、浮标分开布放，浮标的移动不会影响潜标姿态，并且结合水下温盐链108的感应耦合传输和水声通信机的水声通信，实现海洋监测过程中可以实时传输采样数据，提高数据通讯的实时性。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种一体化潜浮标系统，包括：浮标及潜标锚系系统，所述潜标锚系系统包括竖向依次连接的通讯浮球、数据采集模块、并联声学释放器及重力锚，其特征在于：

所述通讯浮球内设置有通信连接的第一水声通信机及数据采集器，第一水声通信机与所述浮标的第二水声通信机通信连接；

所述数据采集模块通过绳缆连接于所述通讯浮球下方并通信连接所述数据采集器，所述数据采集模块包括通过缆绳串接的多普勒流速仪ADCP、水下温盐链，所述水下温盐链包括通过包塑钢缆串接的：

感应耦合主节点，通信连接所述数据采集器；

多个感应耦合从节点，通信连接所述感应耦合主节点；

多个温盐深传感器CTD，与所述多个感应耦合从节点一一对应并通过硬件通信接口通信连接。

2.根据权利要求1所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述感应耦合主节点与所述感应耦合从节点分别包括封装于一防水外壳且电性连接的感应耦合调制解调器、电池、磁环，所述硬件通信接口第一端封装于所述防水外壳内并电性连接感应耦合调制解调器，第二端暴露于所述防水外壳外部，所述感应耦合主节点的硬件通信接口的第二端用于连接数据采集器，所述感应耦合从节点的硬件通信接口的第二端用于连接所述温盐深传感器CTD。

3.根据权利要求2所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述防水外壳包括第一壳体单元、第二壳体单元，所述第一壳体单元、第二壳体单元可拆卸的扣合成一体并沿一接触面接触。

4.根据权利要求3中所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述第一壳体单元的接触面处开设有一第一磁环槽、一电器件容置槽，所述电器件容置槽用于形成所述感应耦合调制解调器及蓄电池的容置腔，一容置槽盖板盖设于所述电器件容置槽形成密封结构。

5.根据权利要求4中所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述第二壳体单元的接触面处开设有一第二磁环槽及一线缆槽，所述线缆槽贯穿所述第二壳体单元的接触面处并经过所述第二磁环槽，所述第二磁环槽与所述第一磁环槽用于形成所述磁环的容置腔，所述包塑钢缆穿设于所述线缆槽并被安装后的磁环环绕，第一壳体单元、第二壳体单元扣合后固定于包塑钢缆上。

6.根据权利要求5中所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述第一壳体单元一端开设有一通孔，所述通孔连通所述电器件容置槽，所述硬件通信接口穿设于所述通孔，所述硬件通信接口第一端经所述通孔连接至感应耦合调制解调器，另一端暴露于所述防水外壳外部，所述硬件通信接口与所述防水外壳连接处防水密封连接。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述第一水声通信机与所述第二水声通信机之间采用PSK编码通信。

8.根据权利要求7所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述第一水声通信机、第二水声通信机分别包括电性连接的换能器、接收电路、发送电路及控制器，以通过换能器、接收电路、发送电路及控制器收发超声波信号进行通信连接。

9.根据权利要求8所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述接收电路包括依次电性连接的前置放大电路、低通滤波电路、相干解调电路，前置放大电路电性连接所述换能器。

10.根据权利要求8所述的一体化潜浮标系统，其特征在于，所述发送电路包括电性连接的信号调制电路、功率放大电路，所述功率放大电路电性连接所述换能器。