近海天線塔和具有受拉構件的儀器陣列的製作方法
2023-05-25 00:53:06 2
近海天線塔和具有受拉構件的儀器陣列的製作方法
【專利摘要】一種在近海環境中獲取數據的系統，包括具有縱軸、上端以及下端的伸長的複合材料受拉構件。另外，該系統包括被耦合至複合材料受拉構件的上端並且被配置成施加拉伸載荷至受拉構件的浮力模塊。而且，該系統包括被耦合至複合材料受拉構件的下端的底座。該底座被配置成把受拉構件固定至海床。該系統還包括被耦合至浮力模塊並且被設置在受拉構件周圍的多個複合材料桁條。而且，該系統包括被配置成測量環境或地質數據的多個儀表系統。儀表系統耦合至桁條。
【專利說明】近海天線塔和具有受拉構件的儀器陣列
[0001]關於聯合發起的研究或開發的報告書
[0002]不適用。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及用於在整個深度範圍收集和傳送地質和環境數據的近海系統。更特別地，本發明涉及感測、收集、探測、存儲並發射地質和環境數據的柔性複合材料塔支撐儀表。
【背景技術】
[0004]與諸如海洋動物的存在和運動、不同深度處的水溫、以及不同深度處的水流的有關的海洋環境的數據，在研究和理解全球變暖、其成因以及隨著時間的效應時可能有用。另夕卜，與海底土地形成的地質和特徵有關的數據(例如，地震數據)，在調查和識別諸如油和氣的稀缺天然資源中可能有用。然而，大部分海水體和大淡水體、以及這些水體下面的地球通常還未被勘測。從而，與在這樣的水體中的環境狀況和這樣的水體下面的地質有關的非常有限的數據可用。
[0005]收集海洋環境數據的一種傳統方法是通過水麵艦船。然而，這樣的艦船在給定位置處在相當短的時間段內收集數據，需要操作者和人員，並且通常收集與水面狀況有關的數據(例如，水面的水溫、水面的風速、水面的化學物質的存在等)。而且，由於艦船本身可能改變所測量的參數，所以通過艦船測量特定水面狀況可能不準確。例如，艦船的存在可能稍微改變直接在其周圍的水的溫度。收集海洋環境數據的另一種傳統手段是通過氣象浮標。這樣的浮標通常被系攔在停泊處(即，通過柔性鏈或繩索連接到海床)或者漂航(即，被允許通過風和水面流沿著海洋表面移動)。然而，氣象浮標通常僅收集與水面狀況有關的數據，並且從而基本不能提供表面下狀況、海洋動物、以及在水面下面形成的地質的監測。另外，由於氣象浮標連續地移動，所以漂浮氣象浮標不能在相對長時間段內在給定位置處收集數據。
[0006]從而，在本領域中仍然需要用於在近海位置獲取並且傳送環境和地質數據的系統、設備和方法。如果可以在相對長時間段內在特定近海位置處獲取並且傳送環境和地質數據，這樣的系統、設備和方法特別受歡迎。
【發明內容】
[0007]本領域中的這些和其他需求通過用於在近海環境中獲取數據的系統在一個實施例中解決。在實施例中，該系統包括具有縱軸、上端和下端的伸長的複合材料受拉構件。另夕卜，該系統包括:浮力模塊，其被耦合至複合材料受拉構件的上端並且被配置成施加拉伸載荷至受拉構件。而且，該系統包括底座，其被耦合至複合材料受拉構件的下端。該底座被配置成將受拉構件固定至海床。又進一步地，該系統包括多個複合材料桁條，其被耦合至浮力模塊並且被設置在受拉構件周圍。而且，該系統包括多個儀表系統，其被配置成測量環境或地質數據。儀表系統耦合至桁條。
[0008]本領域中的這些和其他需求通過用於在近海環境中獲取環境和/或地質數據的系統在另一個實施例中解決。在實施例中，該系統包括具有縱軸、上端和下端的伸長的受拉構件。該受拉構件包括多個平行柔性複合材料管狀構件。另外，該系統包括浮力可調模塊，其被耦合至受拉構件的上端並且被配置成施加拉伸載荷至受拉構件。而且，該系統包括底座，其被耦合至複合材料受拉構件的下端，該底座被配置成將受拉構件固定至海床。又進一步地，該系統包括多個桁條，其被耦合至浮力可調模塊並且被配置成在海底延伸。而且，該系統包括多個儀表系統，其用於測量環境和/或地質數據，其中，該儀表系統被耦合至桁條。
[0009]本領域中的這些和其他需求通過在近海環境中獲取環境和/或地質數據的方法在另一個實施例中解決。在實施例中，該方法包括(a)將底座耦合至伸長的受拉構件的第一端。另外，該方法包括(b)通過受拉構件將底座降低至海床。而且，該方法包括(C)將浮力模塊耦合至受拉構件的第二端。又進一步地，該方法包括(d)將多個儀表系統耦合至多個桁條，其中，該儀表系統被配置成獲取海底環境數據和/或地質數據。而且，該方法包括Ce)調節浮力模塊的浮力。該方法還包括(f)將多個桁條耦合至浮力模塊，其中，每個桁條具有被耦合至浮力模塊的上端和被設置在海底的下端。
[0010]在此描述的實施例包括用於解決與特定現有設備、系統和方法相關的多個缺點的特徵和優點的結合。當閱讀以下詳細說明並且通過參考附圖時，上述多種特徵、以及其他特徵對於本領域技術人員將顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]為了本發明的優選實施例的詳細說明，將參照附圖，其中:
[0012]圖1是根據在此描述的原理的用於收集並且傳送環境和海底地質數據的近海儀表系統的實施例的不意圖；
[0013]圖2是圖1的近海儀表系統的透視圖；
[0014]圖3是圖1的柔性受拉構件的截面圖；
[0015]圖4是圖1的儀表系統的底座的示意性截面圖；
[0016]圖5是可用於通過圖1的儀表系統的底座的實施例的不意性截面圖；
[0017]圖6是圖1的儀表系統的浮力模塊的示意性截面圖；
[0018]圖7A-圖7G是示出從水面艦船的圖1的底座安裝和儀表系統的部署的順序圖；
[0019]圖8A和圖8B是不出圖5的底座的安裝的順序不意性截面圖；以及
[0020]圖9是用於便於從圖7A的水面艦船安裝圖1的受拉構件的設備的實施例的側視圖。
【具體實施方式】
[0021]以下論述針對多個示例性實施例。然而，本領域技術人員將理解，在此論述的實例具有廣泛應用，並且任何實施例的論述都僅意味著對該實施例是典型的，並且不建議包括權利要求的本公開的範圍限於該實施例。
[0022]在整個以下說明書和權利要求使用特定術語，以指代特定特徵或組件。如本領域技術人員將想到的，不同人可以通過不同名稱指代相同特徵或組件。本文檔不區分在名稱不同而不是功能不同的組件或特徵。附圖不必按比例繪製。在此的一些特徵和組件可以被擴大尺寸或以某些示意性形式被示出，並且為了清楚和簡明起見，傳統元件的一些詳情可能不被示出。
[0023]在以下論述和權利要求中，以開放方式使用術語「包含」和「包括」，並且從而應該被解釋為「包括但不限於…」。而且，術語「耦合」用於指間接或直接連接。從而，如果第一設備耦合至第二設備，該連接可以是直接連接，或者是經由其他設備、組件和連接的間接連接。另外，如在此使用的，術語「軸向」和「軸向地」通常是指沿著或者平行於中心軸(例如，主體或孔口的中心軸)，同時術語「徑向」和「徑向地」通常是指垂直於中心軸。例如，軸向距離是指代沿著或平行於中心軸測量的距離，並且徑向距離是指垂直於中心軸測量的距離。 [0024]為了論述的目的，合成物或複合材料是由多於一種組分材料構成的材料。一些複合材料由至少兩種組分材料構成，即，基體，其可以是連續的並且可以圍繞被稱為基質(substrate)的第二相(例如,分散相、增強相)。基質被嵌入基體中。基質(例如，分散相、增強相)可以包括任何合適材料，包括但不限於金屬或金屬合金(例如，鋁、鈦、不鏽鋼等)、非金屬(例如，玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉爾、石英、聚合物、陶瓷等)、或其結合。另外，基質可以包括多於一種組分材料(例如，基質可以包括碳纖維和玻璃纖維)。同樣地，複合材料的基體可以包括任何合適材料，包括但不限於金屬或金屬合金(例如，鋁、鈦、不鏽鋼、銅等)、非金屬(例如，樹脂、環氧樹脂、聚酯、聚合物、陶瓷、聚氨酯、合成橡膠等)、或其結合。
[0025]現在參考圖1和圖2，示出用於收集並且傳送環境和海底地質數據的近海系統100的實施例。系統100被錨定至海床10，並且垂直地延伸至海面11。在本實施例中，系統100包括被設置在海床10處的底座110、從底座110向上延伸的伸長的受拉構件120、耦合至受拉構件120的上端的浮力模塊130、以及在海面11之上從模塊130向上延伸的通信天線140。多個儀表桁條150環形地設置在受拉構件120周圍，每個桁條150具有耦合至浮力模塊130的上端和設置在海床10處的下端。如以下將更詳細地描述的，每個桁條150支持一個或多個儀表套件或系統151，其測量並且探測環境和海底地質數據，並且將所測量的數據傳送到天線140，該天線然後經由衛星或其他裝置將數據發送至任何期望位置，以用於進一步處理、檢查、分析或其組合。
[0026]浮力模塊130是浮力可調的，使受拉構件120拉伸，並且支撐天線140、受拉構件120、桁條150、以及耦合至桁條150的系統151的重量。當通過模塊130把拉伸載荷施加至受拉構件120時，底座110把受拉構件120固定至海床10。
[0027]現在參考圖1和圖3，受拉構件120是具有縱軸125、長度L12tl、以及寬度或直徑W12tl的伸長的結構。長度L12tl顯著大於寬度W12(l。特別是，寬度W12tl優選小於12英寸，並且更優選地，小於6英寸，並且長度L12tl優選等於或略小於系統100被設置在其中的水的深度。通常，系統100能夠被設置在任何水深處，並且從而，受拉構件120的長度的範圍可以從幾百英尺到30000英尺以上。從而，對於大多數近海應用，受拉構件120具有大於約500且小於500000的長寬比。
[0028]在本實施例中，受拉構件120由多個柔性複合材料管狀構件120形成，其每個延伸受拉構件120的整個長度L12(i。管狀構件121被布置為由多個軸向間隔的環形帶結合在一起的束。柔性流體通道123被設置在構件121之間的間隙124中。如以下將更詳細地描述的，在安裝系統100期間通道123允許水面11和底座110之間的流體連通。還應該想到，構件121也是管狀的，因此也可以用於提供水面11和底座110之間的流體連通。
[0029]通常，每個複合材料管狀構件121可以由能夠抵擋被施加的預期載荷(諸如，由浮力模塊130施加的拉伸載荷)和波浪/海流載荷的任何類型的複合材料製成，但是優選地由拉擠玻璃纖維(即，使用拉擠製造工藝形成的玻璃纖維)製成。另外，每個複合材料管狀構件121優選具有小於2.0英寸，並且更優選地約1.0英寸的寬度或直徑W121、至少951b/ft3的密度、以及至少lOOOOOpsi的拉伸強度。從而，複合材料管狀構件121具有相對高的強度重量比(即，高於鋼)。
[0030]複合材料管狀構件121的相對高強度重量比允許管狀構件121具有相對小的寬度W121,並且因此允許受拉構件10具有相對小的寬度W12tl,同時提供足夠強度以抵擋由浮力模塊130施加的拉伸載荷。這依次減小管狀構件121和受拉構件120的重量，並且因此減小位於模塊130上的浮力要求。另外，由於複合材料管狀構件121相對薄、重量輕、並且柔軟，受拉構件120和/或管狀構件121可以被承載在單個艦船的一個或多個捲軸上，由此簡化了構件121和受拉構件120在淺水和深水應用中的存儲和部署。
[0031]如在圖3中先前描述和示出的，受拉構件120包括複合材料管狀構件束121。然而，在其他實施例中，受拉構件(例如，受拉構件120)是由單個複合材料管狀構件(例如，構件121)製成的。
[0032]現在參考圖1和圖4，底座110被耦合至受拉構件120的下端，並且將系統100固定至海床10。在本實施例中，受拉構件120的下端被直接附接到底座110，然而，在其他實施例中，底座(例如，底座110)通過一個或多個中間連接被耦合至受拉構件(例如，受拉構件120)的下端。通常，底座110可以包括用於將受拉構件120錨定至海床10的任何合適設備，包括樁、吸力樁、壓載錨、樁靴基礎等。然而，如圖4中最佳示出的，在本實施例中，底座110是重力式錨固件，其依靠重量嵌入並且將其自身錨定至海床10。特別是，底座110包括具有與縱軸125同軸對準的中心軸115的封閉式容器或殼體111、被附接至受拉構件120的上端11 la、被配置成與海床10接合的下端111b、以及內室或腔112。另外，殼體111包括軸向地穿過上端Illa的第一貫通孔口 113和在上端Illa附近的第二貫通孔口 114。特別是，殼體111具有在端部111a、Illb之間軸向延伸的側壁116，並且第二孔口 114徑向地穿過在軸向上鄰近上端Illa的側壁116。第一孔口 113使內室112與管道123流體連通，並且第二孔口 114使室112與周圍環境流體連通。如以下將更詳細地描述的，在部署系統100期間，底座110被設置在海底，並且因此，水通過孔口 114自由地流入和流出室112。而且，通過將沉重的泥漿(即，具有大於水的密度的泥漿)泵送入管道123並且經孔口 113到室112中，由此通過孔口 114從室112排出水，底座110被嵌入並且錨定至海床10。
[0033]如在圖4中先前描述和示出的，底座110是重力式錨固件，其依靠重量嵌進並且將其固定至海床。然而，除了底座110之外，其他類型的底座可以由系統100使用。現在參考圖5，可以代替底座110由系統100使用的底座110』的另一個實施例被示出。在本實施例中，底座110』是吸力樁，其包括環形圓柱裙部111』，該裙部具有與軸125同軸對準的中心軸線115』、被附接到受拉構件120下端的上端Illa'下端Illb'以及在端部111a』和111b』之間軸向延伸的圓柱內室或腔112』。腔112』在上端111a』處被封閉，然而，腔112』在下端111b』處完全開放至周圍環境。軸向穿過上端111a』的孔口 113』允許在內室112』和管道123之間的流體連通。
[0034]在安裝底座110』期間，裙部111』被軸向向下推到海床10中。優選地使用抽吸/注入控制系統170，以便於底座110』到海床10的插入和從海床10的移除。系統170可以被裝配到浮力模塊130或者設置在水面艦船上，並且包括被耦合至管道123的上端的主流送管或管道171、與主管道171選擇性流體連通的流體供應/抽吸管線172、以及被連接至管線172的注入/抽吸泵173。管道171具有上通氣端171a和經由管道123和孔口 113』與腔112』流體連通的下端171b。沿著管道171設置的閥174控制通過端部171a、b之間的管道171的流體(例如，泥、水等)的流動-當閥174被打開時，流體從腔112』自由地流過管道171到通氣端171a，並且當閥174被關閉時，限制和/或防止流體從腔112』流過管道171到通氣端171a。
[0035]泵173被配置成經由管線172和管道171，將流體(例如，水)泵送入腔112』並且從腔112』抽出流體(例如，水、泥、泥沙等)。沿著管線172設置的閥175控制流過管線172的流體的流動-當閥175被打開時，泵173可以經由管線172和管道171將流體泵送入腔112』中，或者經由管道171和管線172從腔112』抽出流體；並且當閥175被關閉時，限制和/或防止泵173和腔112』之間的流體連通。在本實施例中，泵173、管線172、以及閥174和175被定位在水面11處(例如，設置在部署艦船上或者裝配到浮力模塊130上)，並且管道171從水面11延伸到管道123的上端。例如，抽吸/注入控制系統170可以被設置在水面艦船上，並且在安裝或移除系統100期間被部署(B卩，連接至管道123的管道171)。
[0036]再次參考圖1，浮力模塊130被耦合至受拉構件120的上端，並且被設置在海面11處或附近。雖然模塊130可以被直接附接到受拉構件120的上端，但是在本實施例中，模塊130被通過柔性聚酯電纜131耦合至受拉模塊120的上端。浮力模塊130是淨漂浮的。如先前所述，模塊130提供足夠浮力以既支撐耦合到它的構件的重量並且也給受拉構件120施加拉力。天線140被附接至模塊130並且從其向上延伸到海面11之上。
[0037]現在參考圖6，在本實施例中，浮力模塊130包括具有上端132a、下端132b、以及內室或腔133的殼體132。殼體132包括在下端132b附近的孔口 134，使得隨著系統100的部署和安裝，孔口 134位於海面11之下。特別是，孔口 134設置在殼體132的側壁中，在軸向上鄰近下端132b。孔口 134使內室133與周圍環境流體連通，並且從而，當孔口 134設置在海面11之下時，允許水經由孔口 134進入內室133以及從內室133出去。應該想到，通過孔口 134的流動不受閥或其他流動控制設備控制。從而，孔口 134允許水到室133的自由流入和流出。
[0038]模塊130的浮力可以通過壓載和卸壓模塊130調節，以改變施加在受拉構件120上的拉伸載荷。在本實施例中，壓載控制系統135和孔口 134被用於調節和控制模塊130的浮力。壓載控制系統135包括空氣管道136、供氣管線137、被連接至供氣管線137的空氣壓縮機或泵138、沿著管線137的第一閥139a和沿著管線136的第二閥139b。管道136具有在室133外面的在海面11之上的第一端136a、以及被連接至殼體132的上端132a並且與室133流體連通的第二端136b。閥139b控制空氣通過端部136a、b之間的管道136的流動，並且閥139a控制空氣從壓縮機138到室133的流動。控制系統135允許室133中的空氣和水的相對體積被控制和改變，由此使得室133的浮力並且因此施加至受拉構件120的拉力能夠得以控制和改變。特別是，通過閥139b打開和閥139a關閉，空氣被從室133排出，並且通過閥139a打開和閥139b關閉，空氣被從壓縮機138泵送入到室133中。從而，端部136a用作排氣口，反之端部136b用作進氣口和排氣口。在閥139a關閉時，空氣不能被泵送到室133，並且閥139a、139b關閉時，空氣不能從室133排出。
[0039]在本實施例中，端部139b被設置在室133的上端處，並且孔口 134被設置在室133的下端附近。開放端13%的這種定位使得當殼體132處於通常垂直向上的位置(例如，隨著安裝)時，空氣能夠被從室133排出。特別是，由於空氣的密度小於水的密度，當殼體132直立時，室133中的所有空氣自然上升至室133的上部，在室133中的所有水的上面。從而，將端139b定位在室133的上端處或附近，使得直接獲得其中的任何空氣。而且，由於室133中的水將被設置在其中的任何空氣之下，將孔口 134定位在室133的下端附近，允許水進入和出去，同時限制和/或防止通過孔口 134的任何空氣的損耗。通常，當從室133的上端至孔口 134用空氣填充室133時，空氣僅通過孔口 134從室133出去。將孔口 134定位在室133的下端附近，還使得足夠體積的空氣能夠被泵送到室133中。特別是，當室133中的空氣的體積增加時，隨著室133中的增加體積的空氣代替室133中的水，水和空氣之間的界面在室133內將向下移動，其中允許水通過孔口 134從室出去。然而，一旦水和空氣的界面到達孔口 134，由於任何額外空氣通過孔口 134從室133完全出去，室133中的空氣的體積就不能進一步增加。從而，孔口 134越接近室133的下端，可以泵送到室133中的空氣的體積就越大，並且孔口 134與室133的下端越遠，可以泵送到室133中的空氣的體積就越小。從而，孔口 134沿著室133的垂直/軸向位置優選地被選擇為使能用於模塊130的最大期望浮力。
[0040]在本實施例中，泵138、管線137、以及閥139a和139b位於水面11處。例如，系統135可以被裝配到模塊130或者設置在水面艦船上並且在安裝系統100期間被部署(即，管道136連接至模塊130)。
[0041]再次參考圖1和圖2，桁條150圍繞受拉構件120環形地間隔開，並且從浮力模塊130延伸到海床10。特別是，每個桁條150具有被耦合至模塊130的上端和在徑向上與底座110和受拉構件120間隔開的被固定至海床10的下端。通常，桁條150可以通過本領域中已知的任何手段耦合至模塊130和海床10。例如，桁條150的下端可以通過重力式錨固件、打入樁等被耦合至海床10。在本實施例中，每個桁條150是先前所述的單個柔性複合材料管狀構件121。
[0042]多個儀表套件或系統151被耦合至並且由桁條150支撐。通常，系統151可以包括用於探測、測量、以及收集與周圍環境和/或海底地質形成的數據有關的任何儀器(可多個)或系統(可多個)，諸如，地震系統(例如，一個或多個海洋地震源和相關接收器)和海洋儀器套件。通常，相同或不同類型的儀表系統151可以被裝配到相同桁條151上。從而，桁條150和相關系統151可以被描述為形成儀器陣列。由系統151測量和探測的數據被傳送到天線140，然後經由衛星或任何其他手段將數據重新發送至任何期望位置(例如，艦船、飛機、陸上位置等)，以用於進一步處理、檢查、分析或其組合。通常，可以通過包括但不限於電線、光纖線路、無線技術(例如，聲學遙測)或其結合的任何合適手段，將數據從系統151傳送至天線140。在本實施例中，系統151經由穿過相應桁條150到模塊130和天線140的光纜，與天線140通信。選擇系統151可以通過一個或多個其他系統151，與天線140間接地通信。例如，選擇系統151可以與其他系統151無線地通信，其依次與天線140通信，由此減少對每個系統151與天線140獨立且直接的通信需求。為了最小化桁條150的重量，優選地採用光纖或無線技術。對於有線或光纖通信，有線或光纖線路優選地穿過相應桁條150的中心貫通孔到達浮力模塊130和天線140。
[0043]應該想到，系統151可以位於沿著桁條150的任何期望位置，並且從而，系統151可以用於在海面11下面的任一個或多個期望深度處收集數據。另外，由於在本實施例中，桁條150延伸至海床10，被設計用於地震勘測的系統151可以根據期望被定位在海床10處或附近。
[0044]雖然在本實施例中，每個桁條150從浮力模塊130延伸至海床10，但是在其他實施例中，一個或多個桁條(例如，桁條150)可以不完全延伸至海床，可以從沿著受拉構件(例如，受拉構件120)的位置延伸到浮力模塊(例如，浮力模塊130)下面，或者這樣的組合。而且，雖然在本實施例中，系統151被裝配到桁條150上，但是在其他實施例中，一個或多個儀表系統(例如，系統151)被裝配到受拉構件(例如，受拉構件120)。在一些實施例中，一個或多個桁條(例如，桁條150)的一部分可以被沿著海床設置和/或被直接固定至受拉構件(例如，受拉構件120)。
[0045]通常，用於作業系統100的各系統和組件(例如，系統151、天線140等)的能量可以通過任何合適手段提供，包括但不限於電池、發電機(例如，波能發電機、風能發電機等)或太陽能板。由於系統135、170通常僅在部署期間被使用，所以在安裝系統100期間，它們可以被設置在艦船200上並且分別耦合至模塊130和管道123。
[0046]現在參考圖7A至圖7F，示出系統100的部署。在圖7A和圖7B中，示出底座110通過受拉構件120被降到海底；在圖7C至圖7E中，示出底座110被嵌入海床，以將受拉構件120錨定到海床；在圖7F中，示出包括天線140的浮力模塊130被裝配到受拉構件120的上端；以及在圖7G中，示出桁條150耦合至浮力模塊130，以形成系統100。在本實施例中，從水面艦船200，以多階段部署系統100。特別是，艦船200包括受拉構件120的多個捲軸210和桁條150的多個捲軸211。通常，桁條150可以被預先配置成包括系統151 (BP,系統151被裝配到被卷繞的桁條150上)，當從捲軸211部署桁條150時，系統151可以被安裝在桁條150上，或者系統151可以在部署之後(例如，經由海底ROV和/或驅動器)被安裝在桁條150上。
[0047]首先參考圖7A，在艦船200上，底座110被固定至裝配在捲軸210上的受拉構件120的端部。接下來，底座110從受拉構件120懸垂並且被放在水中。現在轉到圖7B，當從捲軸210釋放出受拉構件120時，底座110被降至海底。當底座110浸在水中時，水經由孔口 114注入殼體111中。底座110降低到海底，直到其與海床10接合為止，如圖7C中所示。接下來，如圖7D中所示，沉重的泥漿250 (例如，鐵礦-水混合物或沉重的鑽探泥漿)被從艦船200經由管道123泵送入室112中。泥漿250具有大於水的密度，從而沉降到殼體111的底部。當泥漿250填充殼體111時，殼體111中的水由泥漿250代替，並且經由孔口 114從室112出去。由於泥漿250的附加重量，底座110開始沉降並且將其本身嵌入海床10，如圖7D和圖7E中所示。一旦底座110充分安置在海床10上，泥漿250的泵送就被停止。
[0048]現在參考圖7F，通過固定至海床10的底座110，裝配有天線140的浮力模塊130被耦合至受拉構件120的上端。系統135被用於調節模塊130的浮力，以把期望的拉力施加至受拉構件120。現在轉到圖7G，然後從捲軸211釋放出桁條150，每個桁條150的一端被耦合至浮力模塊130，並且每個桁條150的另一端被固定至海床10。當從模塊130懸垂下桁條150時，模塊130的浮力可以通過系統135調節，以支撐附加重量。如果桁條150沒有被預先配置成包括系統151，則在桁條150的部署期間或桁條150的部署之後，安裝系統151。
[0049]現在參考圖8A和圖8B，在系統100中採用底座110』的實施例中，抽吸/注入控制系統170用於在部署系統100期間促進裙部111』到海床10的插入。特別是，當裙部111』被推入海床10時，閥174可以被打開並且閥175被關閉，以允許海床10和上端11 la』之間的腔112』內的水101通過管道171排放並且排出端部171a。為了加速裙部111』穿入到海床10和/或增強吸式裙部111』和海床10之間的「吸引」，吸力可以經由泵173、管道171和管線172被施加至腔112』。特別是，閥175可以被打開並且閥174被關閉，以允許泵173通過管道171和管線172從腔112』抽出流體(例如，水、泥、泥沙等)。一旦裙部111』穿入海床10到期望深度，閥174、175優選地被關閉，以保持錨固件140和海床10之間的牢固接合和吸力。
[0050]為了從海床10拉動和移除錨固件140 (例如，要移除系統100)，閥174可以被打開並且閥175被關閉，以排放腔112』，並且減小裙部111』和海床10之間的液壓鎖。為了加速裙部111』從海床10的移除，可以經由泵173、管道171、以及管線172，將流體泵送到腔112』中。特別是，閥175可以被打開並且閥174被關閉，以允許泵173通過管道171和管線172將流體(例如，水)注入到腔112』中。
[0051]如圖7A至圖7C中所示，在從艦船200安裝系統100期間，允許當底座110降到海底時，柔性受拉構件120跨過沿著艦船200的船首的光滑彎曲凸面滑動。在從捲軸210部署期間，受拉構件120承受拉力，並且捲軸210上的制動機構被用於可控制地釋放出受拉構件120。同樣地，在從捲軸220部署期間，桁條150承受拉力，並且捲軸211上的制動機構被用於可控制地釋放出桁條150。然而，在其他實施例中，可以採用替換設備來控制受拉構件120和/或桁條150的釋放。例如，在圖9中，示出了用於操縱受拉構件120的部署的設備或滑軌300。在本實施例中，部署設備300包括底座310、從底座301的上端延伸的曲率控制構件310、以及裝配到底座301上的張緊器320。底座301鄰近捲軸210被固定地安裝到艦船200上。受拉構件120通過張緊器320在曲率控制構件310周圍從捲軸210延伸並且在艦船200側之上。曲率控制構件310是剛性弓形盤，其引導受拉構件120到張緊器320並且使受拉構件120與張緊器320對準。另外，曲率控制構件310保持用於受拉構件120的最小曲率半徑，以避免在部署期間扭結或對受拉構件120的損壞。張緊器320夾緊受拉構件120，並且控制受拉構件120從捲軸210的釋放，由此減少和/或消除對捲軸210上的制動機構的需求。在本實施例中，張緊器320支撐受拉構件120的負載和耦合至它的底座，並且包括接合併且夾緊受拉構件120的多個環形間隔的柔性軌道321。每個軌道321被裝配到滑輪322和驅動相應軌道321運動的驅動輪323。軌道321被偏向和/或沿徑向向內推動，以與受拉構件120牢固接合，並且優選地包括可以夾緊受拉構件120而不損壞受拉構件120的柔軟彈性材料，諸如，人造橡膠或天然橡膠材料。
[0052]仍然參考圖9，受拉構件120在曲率控制構件310周圍從捲軸210開始並且在接合且夾緊受拉構件120的軌道321之間運送。為了從捲軸210釋放出受拉構件120，驅動輪323被旋轉以可控制地移動軌道321。軌道321和受拉構件120的摩擦接合足以支撐受拉構件120和底座110的負載，而不允許受拉構件120滑動和滑行通過張緊器320。雖然示出設備300與捲軸210和裝配到其的受拉構件120連接，但是其還可以以與上述相同的方式被使用以從捲軸211可控制地釋放出桁條150 (可多個)。
[0053]雖然在圖1和圖2中僅示出一個系統100，但是應該想到，可以在多個不同近海位置處部署多個系統100，以從這樣的不同位置收集環境和地質數據。這樣的系統100可以相互通信(例如，直接地或者通過諸如衛星的一個或多個中間通信連接)。
[0054]雖然已經示出和描述了優選實施例，但是在不脫離在此的範圍或教導的情況下，可以由本領域技術人員做出修改。在此描述的實施例僅是示例性的並且不用於限制。可以存在在此描述的系統、裝置和處理的多種改變和修改，並且其在本發明的範圍內。例如，可以改變多種部件的相對尺寸、製造多種部件的材料、以及其他參數。從而，保護範圍不限於在此描述的實施例，而是僅由以下權利要求限制，其範圍將包括權利要求的主題的所有等價物。除非另外指出，方法權利要求中的步驟可以以任何順序執行。在方法權利要求中的步驟之前的諸如(a)、(b)、(c)或(I)、(2)、(3)的標識符的表述無意而且也不指定步驟的特定順序，而是用於簡化這樣的步驟的隨後引用。
【權利要求】
1.一種用於在近海環境中獲取數據的系統，所述系統包括: 伸長的複合材料受拉構件，該複合材料受拉構件具有縱軸、上端和下端； 浮力模塊，所述浮力模塊被耦合至所述複合材料受拉構件的所述上端並且被配置成施加拉伸載荷至所述受拉構件； 底座，所述底座被耦合至所述複合材料受拉構件的所述下端，所述底座被配置成把所述受拉構件固定至海床； 多個複合材料桁條，所述多個複合材料桁條被耦合至所述浮力模塊並且被設置在所述受拉構件周圍；以及 多個儀表系統，所述多個儀表系統被配置成測量環境或地質數據，其中，所述儀表系統被耦合至所述桁條。
2.根據權利要求1所述的系統，進一步包括通信天線，所述通信天線被耦合至所述浮力模塊，其中，所述天線被配置成無線地傳送所述儀表系統所測量的數據。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述儀表系統被設置在沿著所述桁條的多個不同的軸向位置處。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述儀表系統被配置成在低於海面的不同深度處測量環境數據。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述複合材料受拉構件包括柔性拉擠玻璃纖維複合材料管狀構件。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述複合材料受拉構件包括平行的管狀構件束。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述管狀構件束包括:多個柔性拉擠玻璃纖維複合材料管狀構件，和被設置在所述複合材料管狀構件之間的間隙內的柔性流體管道。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述底座是包括殼體的重力式錨固件，所述殼體具有與所述受拉構件的所述流體管道流體連通的內室。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述殼體包括孔口，所述孔口被配置成允許所述內室和所述周圍環境之間的流體連通，其中，所述孔口被定位於所述殼體的上端附近。
10.根據權利要求7所述的系統，其中，所述底座是吸力樁，所述吸力樁包括裙部，該裙部具有封閉上端、開放下端以及內室，該內室與所述受拉構件的所述流體管道流體連通。
11.根據權利要求1所述的系統，所述浮力模塊是浮力可調的。
12.根據權利要求1所述的系統，其中，至少兩個所述儀表系統被配置成相互無線地通?目。
13.根據權利要求1所述的系統，其中，所述受拉構件具有大於500的長寬比。
14.一種用於在近海環境中獲取環境和/或地質數據的系統，所述系統包括: 伸長的受拉構件，該受拉構件具有縱軸、上端和下端，其中，所述受拉構件包括多個平行柔性複合材料管狀構件； 浮力可調模塊，所述浮力可調模塊被耦合至所述受拉構件的所述上端並且被配置成施加拉伸載荷至所述受拉構件； 底座，所述底座被耦合至所述複合材料受拉構件的所述下端，所述底座被配置成把所述受拉構件固定至海床； 多個桁條，所述多個桁條被耦合至所述浮力可調模塊並且被配置成在海底延伸；以及多個儀表系統，所述多個儀表系統用於測量所述環境和/或地質數據，其中，所述儀表系統被耦合至所述桁條。
15.根據權利要求14所述的系統，還包括通信天線，所述通信天線被耦合至所述浮力模塊，其中，所述天線被配成傳送所述儀表系統所測量的數據給衛星。
16.根據權利要求14所述的系統，其中，所述儀表系統被設置在沿著所述桁條的多個不同的軸向位置處。
17.根據權利要求14所述的系統，其中，每個複合材料管狀構件包括拉擠玻璃纖維複合材料。
18.根據權利要求14所述的系統，其中，至少一個所述桁條被配置成延伸至所述海床。
19.根據權利要求14所述的系統，其中，所述受拉構件包括被設置在所述複合材料管狀構件之間的柔性流體管道。
20.根據權利要求14所述的系統，其中，所述底座是重力式錨固件或吸力樁。
21.一種用於在近海環境中獲取環境和/或地質數據的方法，所述方法包括: Ca)把底座耦合至伸長的受拉構件的第一端； (b)通過所述受拉構件把所述底座降低至海床； (c)把浮力模塊耦合至所述受拉構件的第二端； (d)把多個儀表系統耦合至多個桁條，其中，所述儀表系統被配置成獲取海底環境數據和/或地質數據； (e)調節所述浮力模塊的浮力；` (f)把所述多個桁條耦合至所述浮力模塊，其中，每個桁條具有被耦合至所述浮力模塊的上端和被設置在海底的下端。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，步驟(b)進一步包括:從設置在水面艦船上的捲軸釋放出所述受拉構件。
23.根據權利要求21所述的方法，其中，所述受拉構件和所述桁條包括複合材料管狀構件。
24.根據權利要求21所述的方法，其中，所述底座包括重力式錨固件或吸力樁。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，所述受拉構件包括從所述第一端延伸到所述第二端的流體管道，其中，所述流體管道與所述底座的內室流體連通。
26.根據權利要求25所述的方法，其中，所述底座是重力式錨固件，並且其中，其中步驟(b)還包括:從所述水面泵送密度大於水的泥漿並且經所述受拉構件至所述底座的所述內室。
【文檔編號】G08C19/00GK103650011SQ201280032140
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月29日 優先權日:2011年5月26日
【發明者】愛德華·E·霍頓三世 申請人:霍頓-維森深水公司