一种基于锚链轨道式海洋实时剖面观测的装置的制作方法

本实用新型涉及海洋实时剖面观测领域，尤其特指一种基于锚链轨道式海洋实时剖面观测的装置。

背景技术：

海洋科学是一门基于观测的科学，海洋观测技术手段的不断发展推动着海洋科学研究的巨大进步。近几年我国对海洋观测技术的研究和应用得到了长足发展，特别是海洋表层环境参数的观测技术已经覆盖了近海到大洋的观测范围，令人熟知的近海观测网络建设、“白龙”号深海浮标的研究应用等，均达到国际领先水平；海底观测网络技术也是发展迅猛，中科院的西太平洋海底潜标观测网已经领跑世界。

但是处于海表和海底之间的剖面水体部分，仍然缺乏有效的技术手段进行实时观测，像近年来得到发展和应用的滑翔机技术、水下绞车以及自容式悬挂链等剖面观测技术手段均达不到海洋观测领域追求的“实时、连续、安全、免维护”的根本宗旨，且造价成本都很高，而且由于海洋捕捞作业的影响，其安全性也是十分值得担忧的。

本实用新型公开一种基于锚链轨道式海洋实时剖面观测装置及方法，基于海洋观测浮标的锚系结构，既利用海表浮标显著的标志性结构物避险提高安全性，也借助其必备的锚链结构进行上下升降进行剖面环境观测，而且借助海洋浮标的搭载信号接收和定时充电的平台优势，可以大大延长工作周期。具有造价低、可推广性强的优势，还具有实时、连续、稳定获取剖面水体环境参数的功能特点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于锚链轨道式海洋实时剖面观测装置及方法，该装置是以大型海洋观测浮标及其锚链为载体，采用以锚链为轨道的方式，通过电力带动电刷滚筒进行上下运动，并利用搭载的水下多参数水质仪进行剖面水体环境的连续观测，再将观测数据通过感应耦合技术传输至浮标体，浮标体再通过自身搭载的通讯模块通过cdma无线通信技术将数据实时传输至陆地上的数据接收站进行显示、处理和存储，以供科学家及时获取剖面水体参数数据，极大提高了数据的时效性和准确性，同时依托锚链的方式也大大提高了剖面观测数据设备的安全性。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于锚链轨道式海洋实时剖面观测的装置，包括剖面数据控制模块、感应耦合接收器、运动观测模块、电源模块和通信模块；

所述剖面数据控制模块，设于海洋浮标体内，且分别与通信模块、电源模块和感应耦合接收器连接；所述感应耦合接收器，安装在海洋浮标体的浮标底板外表面，使其与运动观测模块无线通信；所述运动观测模块，设于海洋浮标体下方，并套装在与海洋浮标体连接的锚链上；所述通信模块，安装在海洋浮标体上，使其与陆基站的数据中心无线通信。

所述运动观测模块，包括感应耦合发射器、筒架、充电电池模块、观测传感器、充电探头、摩擦胶片、转轴筒、水下电机；

其中筒架为中空结构且侧壁为封闭夹层，筒架的顶部和底部分别设有顶板和底板，顶板和底板上均设有锚链导孔，使锚链穿过运动观测模块；

感应耦合发射器安装在筒架顶板上；筒架侧壁以及顶板、底板之间形成内腔，所述摩擦胶片、转轴筒、水下电机均设于内腔中，所述水下电机输出轴与转轴筒连接，以驱动转轴筒正转或反转，所述转轴筒有多个，且相对锚链(5)对称设置，所述转轴筒上设有摩擦胶片；

所述观测传感器设于筒架侧壁内部，且观测传感器的探测部分通过水密插件伸出筒架；所述充电探头设于顶板上，所述充电电池模块安装于筒架侧壁内部，且与充电探头连接。

所述感应耦合发射器为多个，且相对锚链导孔轴心对称。

所述锚链导孔内壁设有用于防止运动观测模块横摇或纵摇的绝缘橡胶圈。

沿所述转轴筒的轴向方向设有多排摩擦胶片，每排设有多个摩擦胶片。

所述转轴筒为圆柱体，所述摩擦胶片，以及与其相交的转轴筒切面形成的夹角为锐角。

所述摩擦胶片宽度大于转轴筒轴心与锚链的距离；所述宽度为与转轴筒轴向的垂直方向上的尺寸。

所述海洋浮标体底板设有透水孔，充电探头通过所述透水孔与电源模块连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1、本实用新型基于海洋观测浮标的锚系结构，既利用海表浮标显著的标志性结构物避险提高安全性，也借助其必备的锚链结构进行上下升降进行剖面环境观测，而且借助海洋浮标的搭载信号接收和定时充电的平台优势，可以大大延长工作周期。具有造价低、可推广性强的优势，还具有实时、连续、稳定获取剖面水体环境参数的功能特点。

2、本实用新型筒架的设计给水下电机带动转轴同从而带动摩擦胶片运动而设计的一个保护区域，该区域避免了内部工作受到外界鱼类、流网、海藻等干扰的影响。

3、本实用新型锚链导孔在运动观测模块上下各有一个，即运动模块上下运动时方便锚链通过的作用，同时该导孔设计有绝缘软橡胶结构，根据现场试验发现该设计可极大程度的减小装置横摇纵摇以及横荡等不规则运动的幅度，大大保护整套装置。

4、本实用新型摩擦胶片的设计，解决了运动观测模块无法在锚链上上下位移的缺陷。

5、本实用新型克服了现有锚链上直接安装观测装置，升降需要对锚链进行升降，锚链锚头端固定，对锚链长度有要求，受到复杂海洋因素如海浪冲击影响造成的观测效果不佳。

附图说明

图1本实用新型的锚链轨道式海洋实时剖面观测装置框架图；

图2本实用新型的运动观测模块结构示意图；

图3本实用新型的运动观测模块俯视图；

其中，1为海洋浮标体、101为通信模块、2为剖面数据控制模块、3为感应耦合接收器、4为运动观测模块、5为锚链、6为电源模块、401为感应耦合发射器、402为筒架、403为充电电池模块、404为内腔、405为观测传感器、406为锚链导孔、407为充电探头、408为摩擦胶片、409为转轴筒、410为水下电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，为本实用新型的装置结构框架图，包括剖面数据控制模块2、感应耦合接收器3、运动观测模块4、电源模块6和通信模块101；剖面数据控制模块2，设于海洋浮标体1内，且分别与通信模块101、电源模块6和感应耦合接收器3连接；所述感应耦合接收器3，安装在海洋浮标体1的浮标底板外表面，使其与运动观测模块4无线通信；所述运动观测模块4，设于海洋浮标体1下方，并套装在与海洋浮标体1连接的锚链5上；所述通信模块101，安装在海洋浮标体1上，使其与陆基站的数据中心无线通信。

其中海洋浮标体1特指目前国内海洋资料浮标普遍使用的全钢制浮标体，直径十米的圆盘形结构形式，(本实用新型适用于直径2米至直径10米的所有圆盘形钢制浮标体)。海洋资料浮标作为十分成熟的海洋表层参数的观测设施，在此装置中，主要充当载体平台的功能。

剖面数据控制模块2，设于海洋浮标体1内，且与感应耦合接收器3连接，用于通过感应耦合接收器3控制运动观测模块4上下移动，向感应耦合接收器3发送控制指令，将读取到的感应耦合接收器3数据和电源模块6的电压信息打包发送至通信模块101；并完成上升运动观测模块4动作时控制电源模块6为运动观测模块4进行充电；

感应耦合接收器3，安装在海洋浮标体1的浮标底板外表面，用于接收运动观测模块4发送的观测数据；感应耦合接收器3采用市面常见的感应耦合型无线电传输技术(icwpt)，安装于浮标底板，与浮标底板之间采用绝缘水密的方式安装，与海水接触，与剖面数据控制模块2连接。

运动观测模块4，设于海洋浮标体1下方，并套装在海洋浮标体1下方连接的锚链5上，用于将实时观测数据发送至感应耦合接收器3；以锚链5为轨道进行上下运动，同时表面刷漆的锚链作为感应耦合通讯方式的内部导体也为观测数据的传输提供环路。

锚链5为所有海洋资料浮标所必须配载的安全系泊结构，锚链结构直径根据浮标大小不同而不同，但均采用国家标准(gbt549-2017)的电焊锚链。

电源模块6位于浮标底部，通过木质绝缘材质固定于浮标底部，并留有与下部运动观测模块的充电探头进行信号交流和充电的透水孔，电源模块6的电力来源为浮标自身配载的太阳能发电。

通讯模块101搭载于海洋浮标体1的顶部小平台上，采用cdma/北斗的通讯方式实现海洋浮标与陆地上的数据中心之间的数据传输功能，可将浮标观测数据实时发送至陆地上的数据中心，也可以接收数据中心发来的控制指令。

如图2～3所示为本申请运动观测模块的结构示意图，运动观测模块4，包括感应耦合发射器401、筒架402、充电电池模块403、内腔404、观测传感器405、锚链导孔406、充电探头407、摩擦胶片408、转轴筒409、水下电机410；

其中筒架402为中空结构且侧壁为防水封闭层，筒架402的顶部和底部分别设有顶板和底板，顶板和底板上均设有锚链导孔406，使锚链5穿过运动观测模块4；

感应耦合发射器401安装在筒架402顶板上；筒架402侧壁以及顶板、底板之间形成内腔404，摩擦胶片408、转轴筒409、水下电机410均设于内腔404中，水下电机410输出轴与转轴筒409连接，以驱动转轴筒409正转或反转，转轴筒409有多个，且相对锚链5对称设置，转轴筒409上设有摩擦胶片408；

观测传感器405设于筒架402侧壁内，且观测传感器405的探测部分通过水密插件伸出筒架402；充电探头407设于顶部板上，充电电池模块403安装于筒架402侧壁内，且与充电探头407连接。

本实施例中，感应耦合发射器(401)为两个，且相对锚链导孔(406)轴心对称，感应耦合发射器401安装在运动观测模块4的顶部，其电磁圈在运动模块4的顶部呈环形分布，将锚链包围在中间，负责将观测传感器405的观测数据(包括水深、盐度、水温、浊度、叶绿素、溶解氧、ph)、充电电池模块403的电压打包实时发送至浮标端。

筒架402是运动模块4的主要部件，呈圆筒形，将408摩擦胶片、409转轴筒、410水下电机保护在内部，起到防护作用，同时筒架4内部也具有装配空间，上半部装配有水下充电电池模块403，下部装配有观测传感器405，总体起到保护、防护、框架、配载的作用。

充电电池模块403安装于筒架402的上部，并进行精密的水密处理，负责为观测传感器405和感应耦合发射模块401以及水下电机410提供电力供应。

内腔404是由于运动观测模块4由于外部有筒架402的存在而造成的内部一块相对封闭但是也与外界相通的区域，该区域的设计是为了给水下电机410带动转轴同409从而带动摩擦胶片运动而设计的一个保护区域，该区域避免了内部工作受到外界鱼类、流网、海藻等干扰的影响。

观测传感器405作为运动观测模块的核心部件，负责实时获取剖面水体环境的各项参数数据，具体可以特指alec-aaq171多参数传感器等类似型号的设备均可实现该功能，主要获取参数包括：水深、盐度、水温、浊度、叶绿素、溶解氧、ph。

锚链导孔406内壁设有用于防止运动观测模块4横摇或纵摇的绝缘橡胶圈。锚链导孔406在运动观测模块4上下各有一个，即运动模块上下运动时方便锚链通过的作用，同时该导孔设计有绝缘软橡胶结构，根据现场试验发现该设计可极大程度的减小装置横摇纵摇以及横荡等不规则运动的幅度，大大保护整套装置。

充电探头407位于运动观测模块上端，当运动观测模块到达锚链上部，即靠近浮标体下方时，由于感应耦合实时传输的信号包含水深信息和电压信息，剖面数据控制模块2可实时掌握运动模块4的相对位置，所以当运动观测模块4到达顶端时，剖面数据控制模块2可以根据电压信息控制电源模块6通过充电探头407为充电电池模块403进行充电，原本充电探头407与充电电池模块403并未接通，当剖面数据控制模块2判断需要充电时，通过感应耦合接收器3发出控制指令为感应耦合发射器401控制407与403接通，完成充电作业。

沿所述转轴筒409的轴向方向设有多排摩擦胶片408，每排设有多个摩擦胶片408，摩擦胶片408是安装于转轴筒上，为硬质胶皮，转轴筒409为圆柱体，所述摩擦胶片408与其相交的转轴筒409的切线形成的夹角为锐角，经海上试验发现安装角度小于等于30°时效果最佳，负责由转轴筒带动正转或反转从而实现与锚链的相对位置移动，摩擦胶片408宽度大于转轴筒409轴心与锚链5的距离；所述宽度为在转轴筒409轴向的垂直方向上的尺寸，从而实现运动观测模块4在海中的上下移动；

转轴筒409与电机410连接，为408提供安装载体，同电机一块转动。

水下电机410内部包含直流电机和减速齿轮，锚链两侧具有对称分布的特点，上下各三台，一共6台，可根据剖面数据控制模块2的指令进行正转或者反转，从而实现整套装置的上升或者下降；当运动观测模块4做下降运动时，剖面控制模块2通过感应耦合接收器3发送下降指令至感应耦合发射器401，感应耦合发射器401启动锚链左、右两边对称的水下电机410分别实现反转和正转，分别带动左、右转轴筒409转动，通过摩擦胶片408实现运动观测模块4沿锚链向下攀爬，完成下降动作；当运动观测模块4做上升运动时，剖面控制模块2通过感应耦合接收器3发送下降指令至感应耦合发射器401，感应耦合发射器401启动锚链左、右两边对称的水下电机410分别实现正转和反转，分别带动左、右转轴筒409转动，通过摩擦胶片408实现运动观测模块4沿锚链向上攀爬，完成上升动作。

本实用新型的工作原理：

下降阶段：剖面控制模块2根据提前录入的浮标布放位置水深和海洋载荷情况等信息，发出安全下降指令，由感应耦合接收器3将该指令以此信号的形式发送至感应耦合发射器401，启动水下电机410进行正转，从而使整个运动观测模块4以锚链为轨道进行向下运动，同时观测传感器405在下降运动过程中实时获取海洋剖面水体环境参数数据(包括水深、盐度、水温、浊度、叶绿素、溶解氧、ph)，同时感应耦合发射器401按照一定时序(以秒为单位)不断将观测数据和充电电池模块403的电压以及电机410的运动状态向上发送给感应耦合接收器3，剖面数据控制模块通过读取上传的数据判断水下工作情况和观测数据情况，并将该数据打包通过浮标搭载的通讯模块实时发送至陆地上的数据中心，为科学家实时展示剖面水体观测数据，为科学需求提供支撑。

上升阶段：当运动观测模块4下降到指定位置，电机第一轮工作完全静默后切换工作状态，反向旋转，从而使整套运动观测模块4向上运动，同时观测传感器405一直进行全水层的数据观测，并通过感应耦合发射器401实时发送至浮标端，完成上升过程中的数据观测任务。当上升至靠近浮标位置，运动观测模块4处于归位置零状态，充电探头407通过浮标底部电池模块预留的透水口露出水面与电池模块接触，同时剖面控制模块2根据过滤上传信息中的电池电压情况判断是否需要为充电电池模块3补充电能，若电压低于制定阈值，则浮标端的电源模块会通过充电探头407为充电电源模块403补充电能，电源模块6的电能来源于浮标本身的太阳能发电供应。

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