浮标基海洋观测系统的制作方法

本发明涉及海洋观测与监测领域，特别涉及一种浮标基海洋观测系统。

背景技术：

随着海洋水文监测及海底观测网技术的发展，海洋观测浮标、海底观测网在海洋观测、近海观测中的应用逐渐增多。现有浮标以海表观测为主，难以实现海底观测；海底观测网规划、施工周期长，以海底观测为主，运营、维护、成本高。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种兼具海表观测和海底观测的浮标基海洋观测系统。

一种浮标基海洋观测系统，包括水面浮标、系留机电缆、水体观测节点及海底观测节点，所述系留机电缆的两端分别连接所述水面浮标及所述海底观测节点，所述水体观测节点设置于所述系留机电缆的中间部位，所述水面浮标的能源经所述系留机电缆传输至所述水体观测节点及海底观测节点，所述水体观测节点将采集的水体数据及所述海底观测节点将采集的海底数据经所述系留机电缆传输至所述水面浮标。

在其中一些实施例中，所述水面浮标包括浮标架、太阳能板、浮标浮体、蓄电池、电子舱、浮标水密舱、浮体承重支架及浮标端法兰过渡件，所述浮标架、所述浮标水密舱及所述浮标端法兰过渡件固定在所述浮体承重支架上，所述太阳能板固定于所述浮标架上；所述蓄电池及电子舱安装在所述浮标水密舱的内部，所述过渡法兰盘的一侧固定于所述浮标承重支架的底部，另一侧连接所述系留机电缆。

在其中一些实施例中，所述太阳能板可持续提供可再生能源，所述蓄电池储存所述能源，所述电子舱通过水密穿舱线缆与外部及所述系留机电缆信号连接。

在其中一些实施例中，所述太阳能板选用4块或8块，所述蓄电池选用24vdc，所述浮标浮体采用高分子材料以提供储备浮力，所述浮标架选用不锈钢材料，用于固定所述浮标架、所述浮标水密舱及所述浮标端法兰。

在其中一些实施例中，所述系留机电缆包括万向节、锚链、锚链法兰盘、锚链承重头、机电传输缆、橡胶外护套、橡胶内护套、橡胶外护套卡箍、橡胶内护套卡箍、承重螺母、销轴及系留机电缆端法兰过渡件，所述万向节为两个且分别位于所述系留机电缆与所述水面浮标的连接处及所述系留机电缆与所述海底观测节点的连接处，所述万向节与所述锚链法兰盘固定连接，所述锚链承重头与锚链通过销轴固定连接，所述锚链法兰盘通过所述承重螺母固定在所述锚链承重头上，所述锚链及锚链承重头的外部包覆所述橡胶内护套，所述橡胶内护套通过所述橡胶内护套卡箍固定在上述锚链承重头上，所述橡胶内护套的外部以螺旋线形式缠绕所述机电传输缆，所述机电传输缆的外部包覆橡胶外护套，所述橡胶外护套的两端通过所述橡胶外护套卡箍固定在所述锚链法兰盘上，所述水面浮标的系留力通过所述万向节依次传输至所述锚链法兰盘、锚链承重头及锚链。

在其中一些实施例中，所述万向节包括两个万向节法兰盘、一个万向节十字轴及4个万向节轴套，所述十字轴的4个轴肩分别通过4个万向节轴套固定在所述两个万向节法兰盘的轴孔上。

在其中一些实施例中，所述水体观测节点包括水体观测支架、水体观测电控水密舱、电控水密舱支架，所述水体观测电控水密舱固定于所述电控水密舱支架上，所述电控水密舱支架与所述水体观测支架固定连接，所述系留机电缆通过锚链法兰盘固定在所述水体观测支架上，所述机电传输缆通过水下接插件与水体观测电控水密舱连接，所述水体观测电控水密舱内的电子器件完成水体观测节点的数据采集/传输及直流降压，观测仪器固定在所述水体观测支架上通过水下接插件与水体观测电控水密舱连接。

在其中一些实施例中，所述海底观测节点包括海底支架、海底耐压水密舱、海底耐压水密舱夹具、锚块、声学释放器、凯夫拉绳及绳盘架，其中：

所述海底耐压水密舱夹具及所述声学释放器固定在所述海底支架上，所述海底耐压水密舱固定在所述海底耐压水密舱夹具上，所述锚块固定连接在所述海底声学释放器的下部，所述的凯夫拉绳缠绕在所述绳盘架上，所述凯夫拉绳的两侧末端，一端固定在所述海底支架上，一端固定在所述锚块上。

在其中一些实施例中，所述锚块采用重力锚以实现了对水面浮标的系留；所述声学释放器将所述锚块从海底观测节点分离出来，所述锚块分离后海底观测节点在海底支架的储备浮力作用下，浮出水面；所述海底支架由多段无缝高强度铝管焊接而成，用于提供储备浮力。

在其中一些实施例中，在所述水体观测节点及海底观测节点之间的系留机电缆上还设置有浮球，所述浮球包括浮球浮体及浮球承重架，所述浮球浮体固定在所述浮球承重架上，所述浮球承重架两端分别连接系留机电缆。

本发明提供的浮标基海洋观测系统，包括水面浮标、系留机电缆、水体观测节点及海底观测节点，所述系留机电缆的两端分别连接所述水面浮标及所述海底观测节点，所述水体观测节点设置于所述系留机电缆的中间部位，所述水面浮标的能源经所述系留机电缆传输至所述水体观测节点及海底观测节点，所述水体观测节点将采集的水体数据及所述海底观测节点将采集的海底数据经所述系留机电缆传输至所述水面浮标，实现海底、水体、海表观测数据的实时回传，本申请提供的浮标基海洋观测系统可针对具体海洋现象和特定观测区域，完成从海底至海表的三维空间的多学科实时观测，并可结合任务需求进行回收、维护，重新布放在新的观测区域，是一种可迁移的固定海洋观测系统，对现有水面浮标、海底观测网观测技术进行有效的补充。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的浮标基海洋观测系统的结构装置示意图；

图2为本发明实施例二提供的水面浮标的结构示意图；

图3a为本发明实施例三提供的机电缆的结构示意图；

图3b为本发明实施例三提供的万向节的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的水体观测节点的结构示意图；

图5a为本发明实施例五提供的海底观测节点的结构示意图；

图5b为本发明实施例五提供的海底观测节点的局部结构放大示意图；

图6为本发明实施例六提供的浮球的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一

请参阅图1，为本发明实施例一的浮标基海洋观测系统，包括：水面浮标1、系留机电缆2、水体观测节点3及海底观测节点4，所述系留机电缆2的两端分别连接所述水面浮标1及所述海底观测节点4，所述水体观测节点3设置于所述系留机电缆2的中间部位，所述水面浮标1的能源经所述系留机电缆2传输至所述水体观测节点3及海底观测节点4，所述水体观测节点3将采集的水体数据及所述海底观测节点4将采集的海底数据经所述系留机电缆2传输至所述水面浮标。

上述浮标基海洋观测系统可针对具体海洋现象和特定观测区域，完成从海底至海表的三维空间的多学科实时观测，并可结合任务需求进行回收、维护，重新布放在新的观测区域，可实现海底、水体、海表观测数据的实时回传，是一种可迁移的固定海洋观测系统，对现有水面浮标、海底观测网观测技术进行有效的补充。

实施例二

请参阅图2，为本发明实施例二提供的水面浮标的结构示意图，包括：浮标架6、太阳能板7、浮标浮体8、蓄电池(图未示)、电子舱9、浮标水密舱10、浮体承重支架11及浮标端法兰过渡件12，所述浮标架6、所述浮标水密舱10及所述浮标端法兰过渡件12固定在所述浮体承重支架11上，所述太阳能板7固定于所述浮标架6上；所述蓄电池及电子舱9安装在所述浮标水密舱10的内部，所述浮标端法兰过渡件12的一侧固定于所述浮标承重支架11的底部，另一侧连接所述系留机电缆2。

可以理解，太阳能板7、蓄电池及电子舱9为水面浮标1的数据采集/传输、能源供给的主要组成部分，所述太阳能板7可持续提供可再生能源，所述蓄电池储存所述能源。

进一步地，水面浮标1采用光伏—蓄电池组合供电的方式，通过太阳能板7持续提供可再生能源，通过蓄电池及电子舱9进行能源管理、数据管理、电压变换等。

具体地，蓄电池及电子舱9安装在浮标水密舱10内部，通过水密穿舱线缆与外部仪器、卫星通信模块、系留机电缆2进行连接；太阳能板7可根据需要选4块、8块或更多；蓄电池及电子舱9可选用24vdc为水面浮标1供电；浮标浮体8采用高分子材料提供储备浮力；浮标架(6)选用不锈钢材料，用于固定观测仪器、通信仪器及太阳能板。

实施例三

请参阅图3a及图3b，为本发明实施例三提供的系留机电缆的结构示意图，包括：系留机电缆2包括万向节26、锚链16、锚链法兰盘17、锚链承重头18、机电传输缆19、橡胶外护套20、橡胶内护套21、橡胶外护套卡箍22、橡胶内护套卡箍23、承重螺母24、销轴25及系留机电缆端法兰过渡件27。其中：

所述万向节26为两个且分别位于所述系留机电缆2与所述水面浮标1的连接处及所述系留机电缆2与所述海底观测节点4的连接处，所述万向节26与所述锚链法兰盘17固定连接，所述锚链承重头18与锚链16通过销轴25固定连接，所述锚链法兰盘17通过所述承重螺母24固定在所述锚链承重头18上，所述锚链16及锚链承重头18的外部包覆所述橡胶内护套21，所述橡胶内护套21通过所述橡胶内护套21卡箍固定在上述锚链承重头18上，所述橡胶内护套21的外部以螺旋线形式缠绕所述机电传输缆19，所述机电传输缆19的外部包覆橡胶外护套20，所述橡胶外护套20的两端通过所述橡胶外护套20卡箍固定在所述锚链法兰盘17上，所述水面浮标1的系留力通过所述万向节26依次传输至所述锚链法兰盘17、锚链承重头18及锚链16。

可以理解，机电传输缆19处在橡胶内护套21的外侧、橡胶外护套20的内侧，避免了机电传输缆19磨损等问题。

进一步地，万向节26用于连接水面浮标1的浮标端法兰过渡件12和系留机电缆端法兰过渡件27，系留机电缆端法兰过渡件27与系留机电缆2连接，万向节26由两个万向节法兰盘13、一个万向节十字轴14及4个万向节轴套15组成，万向节十字轴14中部为机电传输缆19的走线孔，所述十字轴的4个轴肩分别通过4个万向节轴套固定在所述两个万向节法兰盘的轴孔上，通过该结构，可使十字轴4在相互垂直的两个面上各有45°的摆角，这样可实现水面浮标与系留机电缆的柔性连接；水面浮标受海浪运动而摆动，这个摆动的影响可通过万向节的反向摆动进行抵消，从而避免了系留机电缆的摆动，减弱了机电缆的疲劳磨损。

实施例四

请参阅图4，为本发明实施例四提供的水体观测节点的结构示意图，包括水体观测支架28、水体观测电控水密舱29及电控水密舱支架30，所述水体观测电控水密舱29固定于所述电控水密舱支架28上，所述电控水密舱支架30与所述水体观测支架28固定连接，所述系留机电缆2通过锚链法兰盘17固定在所述水体观测支架28上，所述机电传输缆19通过水下接插件与水体观测电控水密舱30连接，所述水体观测电控水密舱30内的电子器件完成水体观测节点的数据采集/传输及直流降压，观测仪器固定在所述水体观测支架28上通过水下接插件与水体观测电控水密舱29连接。

实施例五

请参阅图5a及图5b，为本发明实施例五提供的海底观测节点的结构示意图，包括：海底支架31、海底耐压水密舱32、海底耐压水密舱夹具33、锚块34、声学释放器35、凯夫拉绳36及绳盘架37。其中：

所述海底耐压水密舱夹具33及所述声学释放器35固定在所述海底支架31上，所述海底耐压水密舱32固定在所述海底耐压水密舱夹具33上，所述锚块34固定连接在所述海底声学释放器35的下部，所述的凯夫拉绳36缠绕在所述绳盘架37上，所述凯夫拉绳36的两侧末端，一端固定在所述海底支架31上，一端固定在所述锚块34上。

可以理解，机电传输缆19通过水下接插件与海底耐压水密舱(32)连接，海底耐压水密舱32内的电子器件完成海底观测节点4的数据采集/传输、直流降压等，是海底观测节点4的电控终端。

进一步地，锚块34采用重力锚，实现了对水面浮标1的系留；通过声学释放器35将锚块34从海底观测节点4分离出来，锚块34分离后，海底观测节点4在海底支架31的储备浮力作用下，浮出水面；海底支架31由多段无缝高强度铝管焊接而成，用于提供储备浮力；凯夫拉绳36从绳盘架37释放下来，回收时，先将海底支架31回收到甲板后，然后通过船用绞盘拉凯夫拉绳36，将锚块34拉出水面，并吊放到甲板上；该方式下，锚块(34)可重复使用，节约成本。

实施例六

参阅图6，为本发明实施例六提供的浮球的构示意图。

浮球5包括浮球浮体38及浮球承重架39。浮球浮体38固定在浮球承重架39上。浮球承重架39两端分别连接系留机电缆2。浮球5可根据具体需要设计其尺寸，一方面为系统提供足够的储备浮力，确保海底观测节点4在释放锚块34，可浮出水面；另一方面，作为中间件，为多段系留机电缆2的连接、安装提供便利。

上述浮标基海洋观测系统可针对具体海洋现象和特定观测区域，完成从海底至海表的三维空间的多学科实时观测，并可结合任务需求进行回收、维护，重新布放在新的观测区域，可实现海底、水体、海表观测数据的实时回传，是一种可迁移的固定海洋观测系统，对现有水面浮标、海底观测网观测技术进行有效的补充。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

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