[發明專利]水下剖面探測浮標裝置

有效

• 申請號: 201410618620.1
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104386208B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 楊慶寶;張靜;劉穎;羅曉玲
• 申請（專利權）人: 天津遠訊科技有限公司
• 主分類號: B63B22/18
• 分類號: B63B22/18;B63B22/24
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司12207
• 代理人: 李鳳林

技術領域

本發明涉及一種水下剖面探測浮標裝置，具體是與冰基浮標、高強度拖曳電纜（零浮力拖曳電纜）裝置組成拖曳式溫鹽深監測系統，直接用于北冰洋淺水型拖曳式溫鹽深監測。

背景技術

近年來，世界海洋科學家們越來越關注北極和北冰洋海洋環境的特征和北極冰雪融化過程對于氣候的影響等方面的研究。從事這些研究首先要獲得北極和北冰洋海洋環境的溫度、鹽度和深度的數據和變化規律，而獲取這些數據需要相應的觀測和監測設備，但目前這種觀測設備少之又少，遠遠不能滿足北極科學研究的需要。目前，美國伍茲霍爾海洋研究所研制了一種“纜繩定點式深水剖面監測系統”，其測量深度從水下100米-4000米，用于海洋大深度剖面監測，這種裝置有兩個問題：一是裝置自身帶蓄電池，最長能夠連續工作3個月，二是水下100以淺的海洋環境無法測量，而恰恰北冰洋淺海環境的變化和測量數據對于海洋科學家是最需要的。

水下探測浮標是淺海環境變化和測量數據的必不可少的設備之一，水下探測浮標一般由液壓裝置進行驅動，而傳統的液壓驅動裝置是由單沖程液壓泵向浮標的外油囊注油或收油，來改變浮標的體積，獲得浮標浮力的變化，實現浮標的浮力測量。這種方法結構簡單，但是體積大，重量重，不能應用于大排量的液壓系統中；另一種方式是采用單、雙向液壓泵及相關的閥件組合實現向外油囊注油或收油來改變體積的變化。單向油泵的工作狀態受其結構限制轉向不能改變，進出油口固定，如果改變泵的轉向，其密封件將會失效，造成泵的損壞。

在浮標結構位置許可的情況下，可通過四個電磁閥組合來改變油液的流動方向，實現向浮標外油囊注油或收油。采用單向閥與換向閥的組合可以實現系統的正向工作，且單向泵的結構簡單，體積小，價格低，這種方式也常被廣泛采用。雙向泵的工作原理與單項泵基本相同，但雙向泵的結構比較復雜，為保證油泵能正反向轉動，并提高容積效率，需設計軸套的整體浮動密封結構，而且需設計兩個進油口和兩個出油口，在兩個進油口上設計兩個液控單向閥。如果系統采用雙向油泵，在其出油口還需設計兩個單向閥，通過一定的管件聯接才能完成油泵的換向工作。以上兩種方式，雖然結構較簡單、體積較小，但都需外設閥件才能完成系統的正常工作，而且系統的注油和收油過程都需電機和電磁閥工作，其功耗較大，不適應浮標的長期有效地工作。

發明內容

本發明的目的是提供一種水下剖面探測浮標裝置，本發明實現了只有浮標注油時電機工作，浮標收油時電機不工作，大大減少浮標的能源消耗，提高浮標的工作壽命。該裝置與冰基浮標、高強度拖曳電纜（零浮力拖曳電纜）裝置組成拖曳式溫鹽深監測系統，進行冰層下水下溫鹽深剖面測量，測量深度為冰層下0-120米，填補了國際上遠海100米以淺觀測手段匱乏的空白，由于冰基浮標和水下剖面測量浮標同時開展觀測，實現了同一區域水文和氣象同步觀測，具有非常大的推廣應用價值，可以推廣應用到國際上從事極區研究的相關領域。

本發明提供的一種水下剖面探測浮標裝置，用于浮力轉換與升降控制，進行海水溫度、鹽度、深度測量，包括：

下部電纜拉頭鉸接環，溫度、鹽度、壓力測量傳感器、傳感器保護罩、浮力艙體、水下控制單元、內油囊、直流電機、電動旋轉閥、單向閥、液壓馬達、后端蓋、外油囊、油囊保護罩、浮標水密接口、姿態傳感器等構成（圖3）。

水下剖面探測浮標裝置的殼體為圓柱體，由鋁合金管料加工而成，內部初始狀態設定為負壓。其上部連接溫度、鹽度、壓力測量傳感器，傳感器四周套CTD保護罩，保護罩頂端的下部電纜拉頭鉸接環固定高強度拖曳電纜裝置的下部拉環；水下剖面探測浮標裝置的中部是浮力艙，浮力艙上端安裝水下控制單元，內油囊設置在浮標艙體內部，外油囊設置在浮標艙體外部，內油囊與外油囊之間有一液壓馬達，即液壓馬達通過油管與內油囊、外油囊連接，油馬達和外油囊之間裝有單向閥，外油囊和內油囊之間還裝有電動旋轉閥，微型直流電機帶動油馬達旋轉；浮力艙后端蓋連接外油囊，外油囊的安全性由外油囊保護罩承擔，浮標的水密接口連接高強度拖曳纜的下端水密接頭，保證數據信號的通路。

所述的水下控制單元包括：子控制器與時鐘電路單元、電源管理單元、數據采集與存儲單元以及電機控制單元。

子控制器與時鐘電路單元：子控制器也采用多串口51單片機，根據冰基浮標主控制器發送的指令控制水下剖面探測浮標各主要單元的工作進程。子控制器具備上電復位以及看門狗復位功能，避免程序運行過程中跑飛所導致的系統死機。時鐘電路依然選用低頻時鐘芯片，其定時周期由子控制器預置，每個時鐘周期產生的脈沖信號反饋給子控制器，用于控制數據采集周期。