[發明專利]一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置

有效

• 申請號: 201410403666.1
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104149939A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 劉寧;董濤;孫東波;馬麗珊;張如彬
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: B63B22/18
• 分類號: B63B22/18
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

技術領域

本發明涉及海洋剖面浮標測量裝置，特別是涉及一種由聲信號改變運動軌跡的自浮沉海洋剖面浮標測量裝置。

背景技術

海洋環境參數的剖面測量對于海洋學研究、海上科學調查、漁情評估和海上軍事活動具有重要意義。進行海洋環境參數剖面測量一般有快速投棄式、船載下放式和固定傳感器鏈式三種方式。投棄式和船載下放式所獲取的數據垂向分布密集，可用于小尺度海洋分析，但使用時必須使用船只在待測海域反復作業，所需人員多、時間長，經費成本較高，而且無法獲取長期連續的剖面資料。傳感器鏈式方式由船只在待測海域布放傳感器鏈，使用一個長鏈連接一系列的海洋傳感器進行定點剖面連續觀測。傳感器鏈式方式只能布放有限個傳感器，測量點垂向分布稀疏，剖面數據量小。

近年來，科學家開始研究使用浮標進行剖面觀測，一種自持式剖面觀測浮標已逐漸受到重視。這種浮標使用高壓柱塞泵吸、排液體，引起自身排水量變化，產生上浮和下沉的動力。下降和上升運動的浮標攜帶的傳感器進行剖面觀測。

圖1顯示現有自持式剖面觀測浮標的基本結構，圓柱體浮標主體結構的耐壓殼體6下端裝有液/氣囊1，上端攜帶海洋環境測量傳感器8和與衛星通訊的通訊天線9。耐壓殼體6內部裝有柱塞泵4，通過電路板5供電控制柱塞泵4運動，向液/氣囊1推入或吸出液體。浮標在投放入海后通過結構體積變化實現浮力改變，形成下沉或上升運動。耐壓殼體6內的下部設置電池組2，用于向柱塞泵4、電路板5和測量傳感器8供電。柱塞泵4側端裝有壓力傳感器3，用于測量浮標在水下運動的實時壓力，進而得到運動深度數據。測量傳感器8和壓力傳感器3測得數據信號通過通訊天線9發送出去。自持式剖面觀測浮標耐壓殼體6的內部還裝有氣泵7，在浮標浮上水面停留時，向液/氣囊1充入空氣，形成更大的浮力，便于浮標保持姿態。

這種自持式剖面觀測浮標開始工作后，不再受操作人員控制，自行隨海浪和海流漂移，容易出現與船只碰撞受損或漂浮到岸邊停止工作的情況，進而影響海洋環境剖面測量。

發明內容

針對現有自持式剖面觀測浮自行隨海浪和海流漂移、容易出現與船只碰撞受損或漂浮到岸邊停止工作的情況，本發明推出了一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，浮標體兩側設置側翼，浮標內設置陀螺儀和聲學換能器，聲學換能器接受來自海底設定聲源的聲信號，通過陀螺儀獲取運動姿態，并不斷調整翼片角度，保持上浮和下沉的浮標與海底設定聲源的水平距離固定，使自浮沉剖面浮標在一個很小的范圍內反復上下運動，避免自行隨海浪和海流漂移

本發明涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置的主體結構為圓柱體，圓柱殼體外部前端設置油囊、后端設置海洋傳感器和通訊天線，圓柱殼體側面設置聲學換能器，圓柱殼體側面軸對稱設置一對側翼。

聲學換能器為被動式換能器，接受來自海底固定設置的海底聲源聲學信號，具有輸入的用于辨識的聲源聲信號的特征參數和聲源深度信號。

圓柱殼體內為密封艙，設置高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、控制電路板和電池組。電池組為高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀和壓力傳感器供電。

高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、聲學換能器分別與控制電路板連接。

圓柱殼體內設置兩組步進電機，兩組步進電機分別與圓柱殼體側面設置的側翼連接，控制側翼旋轉。

陀螺儀為三維陀螺儀，用于實時獲取自浮沉剖面浮標姿態。

高壓柱塞泵與圓柱殼體外部的油囊連接，可進行吸、排液體動作，改變自浮沉剖面浮標的排水量，使浮標上浮和下沉。

圓柱殼體外部設置測量傳感器和通訊天線與圓柱殼體內的控制電路板連接。