專利名稱：淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及海洋測量裝置，特別是涉及進行海洋漂流循環(huán)探測 的浮標(biāo)裝置。
背景技術(shù)：
國際ARG0全球海洋觀測網(wǎng)是一個世界沿海國家支持和參與的大型 海洋觀測計劃，在全球大洋中每隔3個經(jīng)、緯度布放一臺ARGO衛(wèi)星跟蹤 浮標(biāo)，組成一個由3300個浮標(biāo)組成的龐大的ARGO全球觀測網(wǎng)，進行全 球海洋環(huán)境同步觀測。ARGO全球海洋觀測網(wǎng)的目的是快速、準確、大范 圍收集全球海洋次表層的海水溫度鹽度剖面資料，以提高氣候預(yù)報的精 度，有效防御全球日益嚴重的氣候災(zāi)害給人類造成的威脅。
ARGO衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)為自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，又稱中性剖面探測 漂流浮標(biāo)，通過改變自身體積來實現(xiàn)在大海中下潛和上浮，在上升過程 中完成海洋剖面測量，實現(xiàn)快速、準確測量海洋次表層海水溫度和鹽度 的剖面數(shù)據(jù)。
自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)布放海上后，自動潛入水下2000米以內(nèi)的 等密度層深度，隨海流保持中性自由漂浮，到達預(yù)定深度自動上浮，在 上浮過程中傳感器測量海水溫度和鹽度，到達海面后再處于漂浮狀態(tài)， 然后在海面通過衛(wèi)星系統(tǒng)將采集的測量數(shù)據(jù)傳送給用戶。當(dāng)完成測量數(shù) 據(jù)傳送后，自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)又自動下沉并開始下一個自動循環(huán) 探測過程達到預(yù)定的深度，自動上浮并進行測量，到達海面進入漂浮 狀態(tài)，然后發(fā)送采集的測量數(shù)據(jù)。 一個自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)在海中 反復(fù)進行下沉、上浮地自動循環(huán)探測，可連續(xù)工作二年以上。
圖1顯示現(xiàn)有的自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)。如圖1所示， 自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，圓柱形耐壓殼體8上部外側(cè)環(huán) 繞設(shè)置平衡環(huán)4，可以使耐壓殼體8在海水中處于直立狀態(tài)。耐壓殼體8 內(nèi)包括有減速電機6、液壓柱塞泵7、電池組9、控制電路板5、衛(wèi)星發(fā) 射機，耐壓殼體上端蓋外部設(shè)置CTD傳感器2、壓力傳感器3和通訊天 線l，耐壓殼體8下端蓋外部設(shè)置盛油皮囊10。
液壓柱塞泵7通過高壓油管與盛油皮囊10連通。液壓柱塞泵7由減速電機6帶動，將液壓油向皮囊10內(nèi)注入或從皮囊內(nèi)抽出，使皮囊膨脹 或收縮，以改變探測浮標(biāo)的整體體積，實現(xiàn)探測浮標(biāo)在水下的上浮或下 潛。
在探測浮標(biāo)的上浮過程中，CTD測量傳感器2不斷測量海水的溫度、 鹽度和深度數(shù)據(jù)，到達海面后由衛(wèi)星發(fā)射機通過衛(wèi)星通訊天線1將測量 數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
探測浮標(biāo)的上浮、下潛，減速電機6帶動液壓柱塞泵7動作，傳感 器的資料采集和測量數(shù)據(jù)的衛(wèi)星通訊發(fā)射，都是由控制電路板5控制。 控制電路板5與減速電機6、通訊發(fā)射機、CTD傳感器2、壓力傳感器3 連接。探測浮標(biāo)下潛到達的預(yù)定深度，根據(jù)壓力傳感器3測量的水壓控 制。
自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)在海中反復(fù)進行上浮、下潛和自動循環(huán)探 測，獲得不同剖面的海洋溫度鹽度資料。由多個探測浮標(biāo)構(gòu)成的全球海 洋觀測網(wǎng)為快速、大范圍收集全球海洋溫度鹽度剖面資料發(fā)揮重要作用。
但是，自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)僅適用于2000米以深的大洋海域， 因為探測浮標(biāo)在大洋中下沉無需擔(dān)心觸底。如果在淺海使用，由于探測 浮標(biāo)無法確定海底深度，則下沉過程中有可能隨時觸底，海底的吸附力 會使探測浮標(biāo)無法再次上升，因此，上述自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)不能 用于淺海。
淺海是海洋開發(fā)和研究的重要區(qū)域，又處于大多數(shù)臨近國家的主權(quán) 范圍，因此，淺海海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料尤為重要。如何利用自持式漂流循 環(huán)探測浮標(biāo)以及保密通訊系統(tǒng)大范圍搜集淺海海洋資料成為海洋學(xué)家關(guān) 注和研究的重要方面。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)不能用于淺海，本實用新 型推出一種適用于淺海的剖面探測浮標(biāo)，其目的是在浮標(biāo)體下端設(shè)置聲 吶，自動探測海底，根據(jù)自身與海底距離確定浮標(biāo)體積改變趨向和上下 運行方向，防止浮標(biāo)觸底和被海底吸附而丟失，實現(xiàn)在淺海進行上浮和 下沉的自動循環(huán)探測，大范圍搜集淺海海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料。
本實用新型所涉及的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)為圓柱狀密封耐 壓結(jié)構(gòu)，外殼由圓柱耐壓殼體、上端蓋和下端蓋構(gòu)成。
上端蓋外部裝有CTD測量傳感器和壓力傳感器，還安裝發(fā)射信號的通訊天線。下端蓋外部裝有盛油皮囊和聲吶。
耐壓殼體內(nèi)設(shè)置液壓柱塞泵、減速電機、氣泵、通訊發(fā)射機、控制 電路板和測量電路板等。測量電路板置于殼體內(nèi)的上部，分別與傳感器 和控制電路板連接?？刂齐娐钒暹€連接聲吶、液壓柱塞泵和氣泵，氣泵 通過輸氣管與圓柱殼體上部外側(cè)設(shè)置的環(huán)形氣囊相通。
液壓柱塞泵通過高壓油管與盛油皮囊連通。液壓柱塞泵由減速電機 帶動，將液壓油向皮囊內(nèi)注入或抽出，以改變浮標(biāo)的整體體積，實現(xiàn)浮
標(biāo)的上浮或下潛。在探測浮標(biāo)的上浮過程中，CTD測量傳感器不斷測量 海水的溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)。
淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)在水中的下潛和上浮運動、數(shù)據(jù)采集、 通訊發(fā)射等都由控制電路板按照預(yù)先設(shè)定的程序進行控制。
在探測浮標(biāo)下沉過程中，聲吶不斷發(fā)出和接收聲波，計算出浮標(biāo)距 海底的距離，控制電路板根據(jù)距離數(shù)據(jù)確定電機的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，當(dāng)浮 標(biāo)與海底距離小于預(yù)定值后，液壓柱塞泵開始向皮囊中注油，浮力加大， 浮標(biāo)下沉速度減小，直到浮標(biāo)接近海底時開始上浮。 -
探測浮標(biāo)上浮到達海面后，控制電路啟動氣泵，空氣壓入環(huán)狀氣囊， 環(huán)狀皮囊鼓脹，增大浮標(biāo)浮力，使浮標(biāo)體露出水面部分更高。待通訊天 線完全出水，通訊發(fā)射機把水下測量的剖面數(shù)據(jù)發(fā)送給衛(wèi)星，陸 上地面 站接收衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)，處理后準實時的傳送給用戶。
本實用新型所涉及的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)利用浮標(biāo)體下端 設(shè)置的聲吶，測量探測浮標(biāo)與海底的距離，控制下潛運動，防止浮標(biāo)下 潛時觸到海底和被海底吸附而丟失，實現(xiàn)利用自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo) 快速、大范圍收集淺海海洋環(huán)境剖面資料。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記說明
1、通訊天線 2、 CTD傳感器
3、壓力傳感器 4、平衡環(huán)
5、控制電路板 6、減速電機
7、液壓柱塞泵 8、耐壓殼體9、電池組 10、盛油皮囊
11、液壓油 12、環(huán)形氣囊
13、單向閥 14、上端蓋
15、輸氣管 16、氣泵
17、下端蓋 18、聲納
19、保護罩具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施例。圖2顯示淺海自持式漂 流循環(huán)探測浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，本實用新型所涉及的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)為 圓柱狀密封耐壓結(jié)構(gòu)，外殼由耐壓殼體8、上端蓋14和下端蓋17構(gòu)成， 超硬鋁合金材料制成。耐壓殼體8為超硬鋁合金外殼，耐壓密封性能達 到5Mpa要求。上端蓋14和下端蓋17分別為半球形殼體，
上端蓋14與耐壓殼體8的上端密封連接。上端蓋14外部裝有CTD 傳感器2和壓力傳感器3，還安裝發(fā)射信號的通訊天線1以及用于抽真 空的單向閥組件13。
下端蓋17與耐壓殼體8下端密封連接，下端蓋17外部裝有置于保 護罩19內(nèi)的盛油皮囊IO和聲吶18，下端蓋外部安裝的PA200型聲吶向 下對著海底。
耐壓殼體8內(nèi)設(shè)置液壓柱塞泵7、減速電機6、氣泵16、通訊發(fā)射 機、控制電路板5等。
液壓柱塞泵7通過高壓油管與盛油皮囊10連通，液壓柱塞泵7由減 速電機6帶動，將液壓油11向皮囊IO內(nèi)注入或抽出。
氣泵16通過輸氣管15與圓柱殼體上部外側(cè)設(shè)置的環(huán)形氣囊12相通。
控制電路板5置于殼體內(nèi)的上部，分別與CTD傳感器2、壓力傳感 器3、通訊發(fā)射機連接?？刂齐娐钒?還連接聲吶18、液壓柱塞泵7和 氣泵16。
減速電機6在控制電路的控制下帶動液壓柱塞泵7將液壓油11向皮 囊30內(nèi)注入或抽出，以改變浮標(biāo)的整體體積，實現(xiàn)浮標(biāo)的上浮或下潛。
通訊發(fā)射機在控制電路的控制下通過通訊天線1將采集的水下剖面 測量數(shù)據(jù)發(fā)送給衛(wèi)星。通訊天線1采用空心螺旋狀結(jié)構(gòu)型式北斗天線。
權(quán)利要求1、一種淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，為圓柱狀密封耐壓結(jié)構(gòu)，外形由圓柱耐壓殼體、上端蓋和下端蓋構(gòu)成，上端蓋外部裝有CTD測量傳感器和通訊天線，下端蓋外部設(shè)置有盛油皮囊，耐壓殼體內(nèi)設(shè)置液壓柱塞泵、減速電機、通訊發(fā)射機、控制電路板和測量電路板，液壓柱塞泵與盛油皮囊連通，測量電路板分別與傳感器和控制電路板連接，控制電路板還連接通訊發(fā)射機、液壓柱塞泵和減速電機，其特征在于，耐壓殼體底部下端蓋外部還安裝聲吶，聲吶與控制電路板連接，聲吶不斷發(fā)出和接收聲波，在聲吶測出浮標(biāo)接近海底時，控制電路板通過控制液壓注塞泵的運行使浮標(biāo)開始上浮。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在 于，圓柱耐壓殼體底部下端蓋外部安裝的盛油皮囊和聲吶置于保護罩內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于，圓柱耐壓殼體底部下端蓋外部安裝的聲吶向下對著海底，聲吶采用 PA200型聲吶。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在 于，圓柱耐壓殼體內(nèi)還設(shè)置氣泵，圓柱殼體上部外側(cè)設(shè)置環(huán)形氣囊，氣 泵與控制電路板連接，氣泵通過輸氣管與環(huán)形氣囊相通。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在 于，通訊天線采用空心螺旋狀結(jié)構(gòu)型式北斗天線。
專利摘要本實用新型公開了一種淺海自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，外殼為圓柱形耐壓殼體結(jié)構(gòu)，耐壓殼體上端蓋外部設(shè)置CTD傳感器、壓力傳感器和通訊天線，耐壓殼體下端蓋外部設(shè)置盛油皮囊和和聲吶，耐壓殼體內(nèi)設(shè)置液壓柱塞泵、通訊發(fā)射機、控制電路板，液壓柱塞泵與盛油皮囊連通，測量電路板分別與傳感器和控制電路板連接。液壓柱塞泵將液壓油向皮囊內(nèi)注入或抽出，改變浮標(biāo)體積，使浮標(biāo)在大海中反復(fù)進行下沉、上浮和自動循環(huán)探測。CTD測量傳感器不斷測量海水的溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)。探測浮標(biāo)上浮到海面后，通訊發(fā)射機把水下測量的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星發(fā)送到陸上地面站，實現(xiàn)利用自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)快速、大范圍收集淺海海洋環(huán)境剖面資料。
文檔編號B63B22/00GK201362339SQ200920096059
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者商紅梅, 張少永, 張文良, 楊慶保, 鄔海強 申請人:國家海洋技術(shù)中心