海洋觀測用潛標的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種海洋觀測調查用設備，尤其涉及一種海洋觀測領域用的潛標。本發明的海洋觀測用潛標，包括浮筒（1）、潛標主體（11）、拋載裝置（12），浮筒（1）設置在潛標主體（11）的頂端，拋載裝置（12）設置在潛標主體（11）的底端。本發明的有益效果是，潛標既可以像Argo浮標那樣根據預先設定的程序進行工作，也可以實時的接收母船控制系統發送的指令進行工作，潛標在拋載系統的幫助下可以隨時以一個較快的速度進行上浮或者下潛，并能在任意深度上進行定深。
【專利說明】海洋觀測用潛標
【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種海洋觀測調查用設備，尤其涉及ー種海洋觀測領域用的潛標。【背景技術】
[0002]海洋潛標系統是海洋環境觀測的重要設備之一。根據潛標與水面支持設備(母船或平臺)間聯系方式的不同，可以大致分為兩大類:ー類是有纜水下觀測潛標，通過電纜由母船向其提供動力，人在母船上通過電纜對其進行遙控；另ー類是無纜水下觀測潛標，也叫水下自主式觀測潛標。
[0003]傳統的有纜式海洋觀測潛標系統一般由水下部分和水上機組成。水下部分一般由主浮體、探測儀器、浮子錨系系統和釋放器組成。通常主浮體布放在海面下100米左右或更深的區域中；錨系系統將整個系統固定在某ー選定的測點上。在主浮體與錨之間的系留繩索上，根據需要掛放多層自動觀測儀器和浮子，在系留索與錨的連接處安裝釋放器。海洋潛標系統由工作船布放，觀測儀器在水下進行長周期的自動觀測并將觀測數據儲存。回收系統時，工作船到達原測點，水上機發送指令使釋放器釋放錨塊，系統上浮回收。
[0004]傳統的有纜布放式海洋觀測潛標為了觀測海面下不同深度的層面上的海洋參數，須沿系纜在相隔幾十米或幾百米處的不同深度上放置所需觀測儀器，因此，由于攜帶的觀測儀器數量多而導致成本很高。傳統有纜式海洋觀測潛標適合長期的海洋參數觀測工作，不具備機動靈活的特點。
[0005]以ARGO浮標為例介紹無纜式海洋觀測潛標的工作原理:浮標的沉浮功能主要依靠液壓驅動系統來實現。液壓系統則由單沖程泵、皮囊、壓カ傳感器和高壓管路等部件組成，皮囊裝在浮標體的外部，有管路與液壓系統相連。當泵體內的油注入皮囊后會使皮囊體積增大，致使浮標的浮力逐漸增大而上升。反之，柱塞泵將皮囊里的油抽回，皮囊體積縮小，浮標浮力隨之減小，直至重力大于浮力，浮標體逐漸下沉。若在浮標的控制微機中輸入按預定動作要求編寫的程序，則微機會根據壓カ傳感器測量的深度參數控制下潛深度、水下停留時間、上浮、剖面參數測量、水面停留和數據傳輸，以及再次下潛等工作環節，從而實現浮標的自動沉浮、測量和數據傳輸等功能。
[0006]ARGO浮標的測量過程是事先通過程序設定使得浮標潛到設定深度，然后在上升過程中利用自身攜帯的各種傳感器進行連續剖面測量，當浮標到達海面后，通過定位與數據傳輸衛星系統自動將測量數據傳送到衛星地面接收站，經信號轉換處理后發送給浮標擁有者。浮標在海面的停留時間約需6-12小時，當全部測量數據傳輸完畢后，浮標會再次自動下沉到預定深度，重新開始下ー個循環過程。ARGO浮標雖然不像有纜式浮標需攜帯很多組傳感器，但是它不能隨時根據需要進行動作，也不具備在某ー設定深度停留的功能，不具備機動靈活的特點，并且數據不能實時傳輸，需要在浮出水面以后通過衛星中轉傳輸給浮標擁有者。另外。ARGO浮標的最大排油量有限，排油量的大小由液壓驅動系統活塞ー個行程的排油量決定，受到液壓缸直徑大小、長度的限制。
[0007]現代海底熱液的研究始于1977年，當時，美國的阿爾文號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部采得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約 2610-1650米的海底熔巖上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350°C的含礦熱 液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合后，很快產生沉淀變為“黑煙囪”，沉淀 物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱 狀圓丘，稱為“黑煙?”。海底冷泉之廣泛發育于活動和被動大陸邊緣斜坡海底，海底沉積界 面之下，以水、碳氫化合物(天然氣和石油)、硫化氫、細粒沉積物為主要成分，溫度與海水相 近的流體，以噴涌和滲漏方式注入盆地，并產生一系列的物理、化學及生物作用，這種作用 及產物稱為冷泉。冷泉區別于熱液噴口的地方是，噴泉噴射出的液體和周圍海水溫度大體 一致，而海底熱液噴出的液體則高于周圍海水溫度。目前我們還沒有能對海底熱液或冷泉 的上升流直接進行觀測的儀器設備。
【發明內容】
[0008]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種海洋觀測用潛標，其能夠實現海 洋中從淺海到深海不同深度的溫度、鹽度、深度等資料的測量和實時傳輸，可以用來對海底 熱液和冷泉系統進行觀測。
[0009]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:其本發明的海洋觀測用潛標包括浮 筒、潛標主體、拋載裝置，浮筒設置在潛標主體的頂端，拋載裝置設置在潛標主體的底端。
[0010]本發明能夠根據預定程序和外部指令以一個較快的速度下潛、上浮和在任意深度 定深，可以被母船進行高精度實時定位，測量數據能夠存儲并實時上傳到母船。
[0011]浮筒包括兩個相對設置的中耐壓殼，每個中耐壓殼的前端通過固定支架固定連接 端耐壓殼，兩中耐壓殼之間通過固定金屬箍連接，固定金屬箍上分別設有聲通訊模塊、無線 搜尋信標機、超短基線信標機，超短基線信標機下端通過卡箍與潛標主體連接。
[0012]卡箍的頂端設有金屬箍圈，卡箍通過金屬箍圈與潛標主體連接。
[0013]潛標主體包括中間耐壓殼體以及分別與其上下端連接且內部連通的頂部耐壓殼 體和底部耐壓殼體，中間耐壓殼體內設有支撐架，底部耐壓殼體底端外側設有外皮囊，外皮 囊內插有一個外皮囊氣閥桿，所述的外皮囊氣閥桿的另一端與一個設置在底部耐壓殼體內 的外皮囊油管的一端相連，所述的外皮囊油管的另一端與一個電磁換向閥的第一接口相連 通；一個內皮囊設置在所述的中間耐壓殼體內，內皮囊固定板將所述的內皮囊固定在所述 的支撐架上，在所述的內皮囊內插有一個內皮囊氣閥桿，所述的內皮囊氣閥桿的一端與一 個內皮囊油管的一端相連，所述的內皮囊油管的另一端與所述的電磁換向閥的第二接口相 連通；在所述的支撐架上固定設有一個電機，所述的電機的輸出軸的轉動通過傳動裝置被 傳遞到一個套在絲杠上的絲杠螺母上；所述的絲杠的一端固定有絲杠防轉件，絲杠的另一 端連接液壓缸內設置的活塞軸銷，活塞軸銷與活塞相連；所述的液壓缸的出口端通過液壓 缸出口接頭與所述的電磁換向閥相連通；在所述的支撐架上連接有電池組；頂部耐壓殼體 的上部安裝傳感器。
[0014]所述的液壓缸的出口端通過液壓缸出口接頭與所述的電磁換向閥相連通；在所述 的頂部耐壓殼體的上部安裝有傳感器護罩，在所述的傳感器護罩內安裝有溫度、鹽度和深 度傳感器，在所述的支撐架上連接有電池組、單片機；母船上安裝的主控計算機輸出運動控 制命令給所述的聲通訊模塊并接受來自所述的聲通訊模塊的數據信號，所述的聲通訊模塊用于接收所述的主控計算機輸出的運動控制命令并將該命令輸出給所述的單片機同時接受來自所述的單片機的數據信號，所述的單片機用于采集所述的溫度、鹽度和深度傳感器的輸出數據并將該數據傳給所述的聲通訊模塊同時接受來自所述的聲通訊模塊的運動控制指令，所述的電池組的電源輸出端與所述的單片機的電源端相連；所述的單片機通過其接ロ發出信號給控制芯片，所述的控制芯片將模擬輸入信號轉換成相應的數字信號向電動機發出正轉、反轉或者停止控制信號，并向所述的換向閥發出換向信號。在母船上安裝有超短基線定位系統收發器，所述的收發器向所述的超短基線信標機發出并接收所述的超短基線信標機返回的信號，從而實現對潛標的實時定位。
[0015]絲杠的頂端沿垂直方向設有導向支架，導向支架固定在所述的支撐架上，導向支架內側開有導向槽，所述的絲杠防轉件的兩端插在所述的導向槽內并且與其導向槽之間上、下滑動配合。
[0016]所述的傳動裝置包括與電機的輸出軸固定連接的小齒輪，小齒輪與大齒輪哨合，大齒輪通過連接螺栓與絲杠螺母固接。
[0017]所述的傳感器包括溫度傳感器、鹽度傳感器和深度傳感器。
[0018]底部耐壓殼體內設有底部彎托桿，底部彎托桿的一端與外皮囊連接，另一端與支撐架固定連接。
[0019]拋載裝置包括外殼以及設置在外殼內的拋載控制単元。外皮囊設置在拋載裝置的外殼內。
[0020]拋載控制単元包括腐蝕倉，腐蝕倉的下端開ロ，腐蝕倉內設有拋載重塊，拋載重塊的頂端設有固定殼，固定殼與拋載重塊之間設有彈簧，拋載重塊通過金屬絲與陽極導線連接，陽極導線通過陽極鎖緊螺母與固定殼固定連接，陰極導線通過陰極鎖緊螺母與固定殼固定連接。
[0021]當聲通訊設備收到母船主控單元的拋載指令后，將拋載指令發送給所述的拋載控制單元，所述的拋載控制單元控制使所述的拋載動作單元對相應的指令做出響應。若干個所述的拋載重塊對稱分布在水下設備的下部，并放置于相對密封的腐蝕艙內，所述的腐蝕艙下端開ロ，使所述的拋載重塊拋載釋放后自由落體，不受阻攔，通過所述的拋載裝置固定殼和水下設備固定。當在湖泊等淡水情況下使用吋，將所述的腐蝕艙內灌裝高鹽度水，利用所述的腐蝕艙內的鹽水產生電化學腐蝕反應，同樣起到快速拋載作用。
[0022]本發明的有益效果是，潛標既可以像Argo浮標那樣根據預先設定的程序進行エ作，也可以實時的接收母船控制系統發送的指令進行工作，潛標在拋載系統的幫助下可以隨時以一個較快的速度進行上浮或者下潛，井能在任意深度上進行定深。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的整體外形結構示意圖；
[0024]圖2為本發明的潛標主體內部結構示意圖；
[0025]圖3為本發明的拋載裝置與潛標主體結合狀態示意圖；
[0026]圖4為本發明的拋載裝置內部結構示意圖。
圖5為本發明的拋載控制単元內部結構示意圖。
[0027]圖中:1.浮筒；2.頂部耐壓殼體；3.固定支架；4.超短基線信標機；5.聲通訊模塊；6.內皮囊；7.卡箍；8.內皮囊氣閥桿；9.內皮囊固定板；10.電機；11.潛標主體；
12.拋載裝置；13.外殼；14.小齒輪；15.金屬箍圈；16.固定金屬箍；17.無線搜尋信標機； 18.端耐壓殼；19.中耐壓殼；20.電池組；21.內皮囊油管；22.電磁換向閥；23.底部彎托 桿；24.底部耐壓殼體；25.外皮囊；26.外皮囊氣閥桿；27.外皮囊油管；29.液壓缸出口 接頭；30.液壓缸；31.拋載控制單元；35.活塞；36.活塞軸銷；39.絲杠螺母；40.連接螺 栓；41.大齒輪；42.絲杠；43.絲杠防轉件；45.導向支架；47.中間耐壓殼體；48.支撐架； 51.傳感器；311.陽極導線；312.陰極導線；313.陽極鎖緊螺母；314.固定殼；315.彈簧； 316.陰極鎖緊螺母；317.金屬絲；318.拋載重塊；319.腐蝕倉；。
【具體實施方式】
[0028]本發明的海洋觀測用潛標包括浮筒1、潛標主體11、拋載裝置12，浮筒I設置在潛 標主體11的頂端，拋載裝置12設置在潛標主體11的底端。
[0029]浮筒I包括兩個相對設置的中耐壓殼19，每個中耐壓殼19的前端通過固定支架3 固定連接端耐壓殼18,兩中耐壓殼19之間通過固定金屬箍16連接，固定金屬箍16上分別 設有聲通訊模塊5、無線搜尋信標機17、超短基線信標機4，超短基線信標機4下端通過卡 箍7與潛標主體11連接。
[0030]卡箍7的頂端設有金屬箍圈15,卡箍7通過金屬箍圈15與潛標主體11連接。
[0031]潛標主體11包括中間耐壓殼體47以及分別與其上下端連接且內部連通的頂部耐 壓殼體2和底部耐壓殼體24，中間耐壓殼體47內設有支撐架48，底部耐壓殼體24底端外 側設有外皮囊25，外皮囊25內插有一個外皮囊氣閥桿26，所述的外皮囊氣閥桿26的另一 端與一個設置在底部耐壓殼體24內的外皮囊油管27的一端相連，所述的外皮囊油管27的 另一端與一個電磁換向閥22的第一接口相連通；一個內皮囊6設置在所述的中間耐壓殼體 47內，內皮囊固定板9將所述的內皮囊6固定在所述的支撐架48上，在所述的內皮囊6內 插有一個內皮囊氣閥桿8，所述的內皮囊氣閥桿8的一端與一個內皮囊油管21的一端相連， 所述的內皮囊油管21的另一端與所述的電磁換向閥22的第二接口相連通；在所述的支撐 架48上固定設有一個電機10，所述的電機10的輸出軸的轉動通過傳動裝置被傳遞到一個 套在絲杠42上的絲杠螺母39上；所述的絲杠42的一端固定有絲杠防轉件43，絲杠42的 另一端連接液壓缸30內設置的活塞軸銷36，活塞軸銷36與活塞35相連；所述的液壓缸30 的出口端通過液壓缸出口接頭29與所述的電磁換向閥22相連通；在所述的支撐架48上連 接有電池組20 ;頂部耐壓殼體2的上部安裝傳感器51。
[0032]絲杠42的頂端沿垂直方向設有導向支架45，導向支架45固定在所述的支撐架48 上，導向支架45內側開有導向槽，所述的絲杠防轉件43的兩端插在所述的導向槽內并且與 其導向槽之間上、下滑動配合。
[0033]所述的傳動裝置包括與電機10的輸出軸固定連接的小齒輪14，小齒輪14與大齒 輪41嚙合，大齒輪41通過連接螺栓40與絲杠螺母39固接。
[0034]所述的傳感器51包括溫度傳感器、鹽度傳感器和深度傳感器。
[0035]底部耐壓殼體24內設有底部彎托桿23,底部彎托桿23的一端與外皮囊25連接， 另一端與支撐架48固定連接。
[0036]拋載裝置12包括外殼13以及設置在外殼內的拋載控制單元31。[0037]拋載控制單元31包括腐蝕倉319，腐蝕倉319的下端開ロ，腐蝕倉319內設有拋載重塊318，拋載重塊318的頂端設有固定殼314，固定殼314與拋載重塊318之間設有彈簧315，拋載重塊318通過金屬絲317與陽極導線311連接，陽極導線311通過陽極鎖緊螺母313與固定殼314固定連接，陰極導線312通過陰極鎖緊螺母316與固定殼314固定連接。
【權利要求】
1.ー種海洋觀測用潛標，其特征在于，包括浮筒(I)、潛標主體(11)、拋載裝置(12)，浮筒(I)設置在潛標主體(11)的頂端，拋載裝置(12 )設置在潛標主體(11)的底端。
2.根據權利要求1所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，浮筒(I)包括兩個相對設置的中耐壓殼(19)，每個中耐壓殼(19)的前端通過固定支架(3)固定連接端耐壓殼(18)，兩中耐壓殼(19)之間通過固定金屬箍(16)連接，固定金屬箍(16)上分別設有聲通訊模塊(5)、無線搜尋信標機(17)、超短基線信標機(4)，超短基線信標機(4)下端通過卡箍(7)與潛標主體(11)連接。
3.根據權利要求2所述的海洋觀測用潛標，其特征在干，卡箍(7)的頂端設有金屬箍圈(15)，卡箍(7)通過金屬箍圈(15)與潛標主體(11)連接。
4.根據權利要求1所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，潛標主體(11)包括中間耐壓殼體(47 )以及分別與其上下端連接且內部連通的頂部耐壓殼體(2 )和底部耐壓殼體(24 )，中間耐壓殼體(47)內設有支撐架(48)，底部耐壓殼體(24)底端外側設有外皮囊(25)，外皮囊(25)內插有ー個外皮囊氣閥桿(26)，所述的外皮囊氣閥桿(26)的另一端與一個設置在底部耐壓殼體(24)內的外皮囊油管(27)的一端相連，所述的外皮囊油管(27)的另一端與一個電磁換向閥(22)的第一接ロ相連通；ー個內皮囊(6)設置在所述的中間耐壓殼體(47)內，內皮囊固定板(9)將所述的內皮囊(6)固定在所述的支撐架(48)上，在所述的內皮囊(6)內插有ー個內皮囊氣閥桿(8)，所述的內皮囊氣閥桿(8)的一端與ー個內皮囊油管(21)的一端相連，所述的內皮囊油管(21)的另一端與所述的電磁換向閥(22)的第二接ロ相連通；在所述的支撐架(48)上固定設有ー個電機(10)，所述的電機(10)的輸出軸的轉動通過傳動裝置被傳遞到ー個套在絲杠(42)上的絲杠螺母(39)上；所述的絲杠(42)的一端固定有絲杠防轉件(43)，絲杠(42)的另一端連接液壓缸(30)內設置的活塞軸銷(36)，活塞軸銷 (36)與活塞(35)相連；所述的液壓缸(30)的出口端通過液壓缸出口接頭(29)與所述的電磁換向閥(22)相連通；在所述的支撐架(48)上連接有電池組(20);頂部耐壓殼體(2)的上部安裝傳感器(51)。
5.根據權利要求4所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，絲杠(42)的頂端沿垂直方向設有導向支架(45)，導向支架(45)固定在所述的支撐架(48)上，導向支架(45)內側開有導向槽，所述的絲杠防轉件(43)的兩端插在所述的導向槽內并且與其導向槽之間上、下滑動配合。
6.根據權利要求4所述的海洋觀測用潛標，其特征在干，所述的傳動裝置包括與電機(10)的輸出軸固定連接的小齒輪(14)，小齒輪(14)與大齒輪(41)嚙合，大齒輪(41)通過連接螺栓(40)與絲杠螺母(39)固接。
7.根據權利要求4所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，所述的傳感器(51)包括溫度傳感器、鹽度傳感器和深度傳感器。
8.根據權利要求4所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，底部耐壓殼體(24)內設有底部彎托桿(23)，底部彎托桿(23)的一端與外皮囊(25)連接，另一端與支撐架(48)固定連接。
9.根據權利要求1所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，拋載裝置(12)包括外殼(13)以及設置在外殼內的拋載控制単元(31)。
10.根據權利要求9所述的海洋觀測用潛標，其特征在于，拋載控制単元(31)包括腐蝕倉(319)，腐蝕倉(319 )的下端開口，腐蝕倉(319 )內設有拋載重塊(318)，拋載重塊(318) 的頂端設有固定殼(314),固定殼(314)與拋載重塊(318)之間設有彈簧(315),拋載重塊 (318)通過金屬絲(317)與陽極導線(311)連接，陽極導線(311)通過陽極鎖緊螺母(313) 與固定殼(314)固定連接，陰極導線(312)通過陰極鎖緊螺母(316)與固定殼(314)固定連接。
【文檔編號】B63B22/00GK103587653SQ201210292082
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月16日 優先權日:2012年8月16日
【發明者】欒錫武, 劉鴻 申請人:青島海洋地質研究所