一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置製造方法
2023-05-14 07:18:56
一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，浮標體兩側設置側翼，浮標內設置陀螺儀和聲學換能器，聲學換能器接受來自海底設定聲源的聲信號，通過陀螺儀獲取運動姿態，並不斷調整側翼翼片角度，保持上浮和下沉的浮標與海底設定聲源的水平距離固定，使自浮沉剖面浮標在一個較小的範圍內反覆上下運動，自浮沉剖面浮標上搭載的觀測儀器即可藉助這種上浮和下沉運動進行海洋環境要素剖面測量。本實用新型所涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置只需投放一次，可長期準原位工作，所獲取剖面數據能通過天線及時傳回船隻或地面接收端。
【專利說明】一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及海洋剖面浮標測量裝置，特別是涉及一種由聲信號改變運動軌跡的自浮沉海洋剖面浮標測量裝置。
【背景技術】
[0002]海洋環境參數的剖面測量對於海洋學研究、海上科學調查、漁情評估和海上軍事活動具有重要意義。進行海洋環境參數剖面測量一般有快速投棄式、船載下放式和固定傳感器鏈式三種方式。投棄式和船載下放式所獲取的數據垂向分布密集，可用於小尺度海洋分析，但使用時必須使用船隻在待測海域反覆作業，所需人員多、時間長，經費成本較高，而且無法獲取長期連續的剖面資料。傳感器鏈式方式由船隻在待測海域布放傳感器鏈，使用一個長鏈連接一系列的海洋傳感器進行定點剖面連續觀測。傳感器鏈式方式只能布放有限個傳感器，測量點垂向分布稀疏，剖面數據量小。
[0003]近年來，科學家開始研究使用浮標進行剖面觀測，一種自持式剖面觀測浮標已逐漸受到重視。這種浮標使用高壓柱塞泵吸、排液體，引起自身排水量變化，產生上浮和下沉的動力。下降和上升運動的浮標攜帶的傳感器進行剖面觀測。
[0004]圖1顯示現有自持式剖面觀測浮標的基本結構，圓柱體浮標主體結構的耐壓殼體6下端裝有液/氣囊1，上端攜帶海洋環境測量傳感器8和與衛星通訊的通訊天線9。耐壓殼體6內部裝有柱塞泵4，通過電路板5供電控制柱塞泵4運動，向液/氣囊I推入或吸出液體。浮標在投放入海後通過結構體積變化實現浮力改變，形成下沉或上升運動。耐壓殼體6內的下部設置電池組2，用於向柱塞泵4、電路板5和測量傳感器8供電。柱塞泵4側端裝有壓力傳感器3，用於測量浮標在水下運動的實時壓力，進而得到運動深度數據。測量傳感器8和壓力傳感器3測得數據信號通過通訊天線9發送出去。自持式剖面觀測浮標耐壓殼體6的內部還裝有氣泵7，在浮標浮上水面停留時，向液/氣囊I充入空氣，形成更大的浮力，便於浮標保持姿態。
[0005]這種自持式剖面觀測浮標開始工作後，不再受操作人員控制，自行隨海浪和海流漂移，容易出現與船隻碰撞受損或漂浮到岸邊停止工作的情況，進而影響海洋環境剖面測量。
實用新型內容
[0006]針對現有自持式剖面觀測浮自行隨海浪和海流漂移、容易出現與船隻碰撞受損或漂浮到岸邊停止工作的情況，本實用新型推出了一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，浮標體兩側設置側翼，浮標內設置陀螺儀和聲學換能器，聲學換能器接受來自海底設定聲源的聲信號，通過陀螺儀獲取運動姿態，並不斷調整翼片角度，保持上浮和下沉的浮標與海底設定聲源的水平距離固定，使自浮沉剖面浮標在一個很小的範圍內反覆上下運動，避免自行隨海浪和海流漂移
[0007]本實用新型涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置的主體結構為圓柱體，圓柱殼體外部前端設置油囊、後端設置海洋傳感器和通訊天線，圓柱殼體側面設置聲學換能器，圓柱殼體側面軸對稱設置一對側翼。
[0008]聲學換能器為被動式換能器，接受來自海底固定設置的海底聲源聲學信號，具有輸入的用於辨識的聲源聲信號的特徵參數和聲源深度信號。
[0009]圓柱殼體內為密封艙，設置高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、控制電路板和電池組。電池組為高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀和壓力傳感器供電。
[0010]高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、聲學換能器分別與控制電路板連接。
[0011]圓柱殼體內設置兩組步進電機，兩組步進電機分別與圓柱殼體側面設置的側翼連接，控制側翼旋轉。
[0012]陀螺儀為三維陀螺儀，用於實時獲取自浮沉剖面浮標姿態。
[0013]高壓柱塞泵與圓柱殼體外部的油囊連接，可進行吸、排液體動作，改變自浮沉剖面浮標的排水量，使浮標上浮和下沉。
[0014]圓柱殼體外部設置測量傳感器和通訊天線與圓柱殼體內的控制電路板連接。
[0015]本實用新型涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置應用時，自浮沉剖面浮標投放入水後，開始接收海底聲源發出的信號，待聲通訊握手正常，信號穩定後，控制高壓柱塞泵吸入油囊中的液體，剖面浮標體積變小、浮力降低，執行下沉動作；在下沉的過程中，通過壓力傳感器持續測量入水深度和與海底聲源的距離，通過陀螺儀獲取運動姿態，經簡單換算出海底聲源與剖面浮標連線相對水平面的夾角，調整自浮沉剖面浮標兩側的側翼，使自浮沉剖面浮標向海底聲源的方向運動。運動中不斷調整翼片角度，保持運動的方向。待自浮沉剖面浮標觸底後，控制高壓柱塞泵向油囊注入液體，浮標浮力變大，開始上升。上升過程中，持續測量深度和海底聲源的距離，採用下沉時的方法獲得與海底聲源的相對位置，隨時調整側翼翼片角度，控制運動姿態，使自浮沉剖面浮標在上升過程中與底聲源在同一深度下保持距離最短。採用這樣的方式，使自浮沉剖面浮標在一個很小的範圍內反覆上下運動。自浮沉剖面浮標上搭載的海洋環境要素觀測儀器即可藉助這種上浮和下沉運動進行剖面觀測。自浮沉剖面浮標每次上浮到水面後，停留一段時間，使用通訊天線將本次下沉和上浮過程中浮標傳感器獲得的剖面數據傳回接收端。
[0016]本實用新型所涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置只需投放一次，可長期準原位工作，所獲取剖面數據能通過天線及時傳回船隻或地面接收端，可根據需要靈活配置無線傳輸方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是現有技術的自持式剖面觀測浮標結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型的聲學定位式自浮沉剖面浮標工作示意圖；
[0019]圖3是本實用新型的聲學定位式自浮沉剖面浮標結構示意圖。
[0020]圖中標記說明:
[0021]1、液/氣囊2、電池組
[0022]3、壓力傳感器4、柱塞泵
[0023]5、電路板6、耐壓殼體
[0024]7、氣泵8、傳感器
[0025]9、通訊天線10、海底聲源
[0026]11、油囊12、聲學換能器
[0027]13、側翼14、圓柱殼體
[0028]15、測量傳感器16、通訊天線
[0029]17、電池組18、壓力傳感器
[0030]19、步進電機20、高壓柱塞泵[0031 ]21、陀螺儀22、控制電路板
【具體實施方式】
[0032]圖2顯示本實用新型的聲學定位式自浮沉剖面浮標海下工作狀況，圖3顯示本實用新型的聲學定位式自浮沉剖面浮標的基本結構。
[0033]如圖3所示，本實用新型涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置的主體結構為圓柱體，圓柱殼體14外部前端設置油囊11、後端設置海洋測量傳感器15和通訊天線16，圓柱殼體14側面設置聲學換能器12，圓柱殼體14側面軸對稱設置一對側翼13。
[0034]圓柱殼體14內為密封艙，設置高壓柱塞泵20、步進電機19、陀螺儀21、壓力傳感器18、控制電路板22和電池組17。電池組17是大容量電池組，為高壓柱塞泵20、步進電機19、陀螺儀21和壓力傳感器18供電。
[0035]高壓柱塞泵20、步進電機19、陀螺儀21、壓力傳感器18、聲學換能器12分別與控制電路板22連接。
[0036]聲學換能器12為被動式換能器，接受來自海底固定設置的海底聲源10的聲學信號。聲學換能器12具有輸入的用於辨識海底聲源10的聲信號特徵參數和聲源深度信號。
[0037]圓柱殼體14內設置兩組步進電機19，兩組步進電機19分別與圓柱殼體側面設置的側翼13連接，控制側翼13旋轉。
[0038]陀螺儀21為三維陀螺儀，用於實時獲取自浮沉剖面浮標姿態。
[0039]高壓柱塞泵20與圓柱殼體14外部的油囊11連接，可進行吸、排液體動作，改變自浮沉剖面浮標的排水量，使浮標上浮和下沉。
[0040]圓柱殼體14外部設置測量傳感器15和通訊天線16與圓柱殼體14內的控制電路板22連接。
[0041]如圖2所示，本實用新型所涉及的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，投放海中入水後，油囊11縮小體積，浮標開始下降。聲學換能器12在下降的過程中監測聲信號，待收到海底設定聲源10發出的信號後，計算與聲源的距離R。所在海域的深度減去入水深度可以得到聲學定位式自浮沉剖面浮標與海底的距離H，則R與水平面的夾角可通過簡單換算得到，由此可以得到聲學定位式自浮沉剖面浮標的運動角度。聲學定位式自浮沉剖面浮標隨即調整殼體14兩側的側翼13，改變下降軌跡向聲源10的方向移動。在下降的過程中，傳感器15實時測量海洋環境參數。聲學定位式自浮沉剖面浮標到達海底後，油囊11膨脹自身體積，聲學定位式自浮沉剖面浮標浮力增大開始上升。在上升的過程中，傳感器15實時測量海洋環境參數。到達海面後，通訊天線16將測量得到的數據傳回數據接收端。
【權利要求】
1.一種聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，其特徵在於:主體結構為圓柱體，圓柱殼體外部前端設置油囊、後端設置海洋傳感器和通訊天線，圓柱殼體側面設置聲學換能器，圓柱殼體側面軸對稱設置一對側翼；聲學換能器為被動式換能器，接受來自海底固定設置的海底聲源聲學信號，具有輸入的用於辨識的聲源聲信號特徵參數和聲源深度信號；圓柱殼體內為密封艙，設置高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、控制電路板，高壓柱塞泵、步進電機、陀螺儀、壓力傳感器、聲學換能器分別與控制電路板連接；圓柱殼體內設置兩組步進電機，兩組步進電機分別與圓柱殼體側面設置的側翼連接。
2.根據權利要求1所述的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，其特徵在於:所述陀螺儀為三維陀螺儀，用於實時獲取自浮沉剖面浮標姿態。
3.根據權利要求1所述的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，其特徵在於:所述高壓柱塞泵與圓柱殼體外部的油囊連接，可進行吸、排液體動作，改變自浮沉剖面浮標的排水量，使浮標上浮和下沉。
4.根據權利要求1所述的聲學定位式自浮沉剖面浮標裝置，其特徵在於:所述圓柱殼體外部設置的測量傳感器和通訊天線與圓柱殼體內的控制電路板連接。
【文檔編號】B63B22/18GK204021206SQ201420462508
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】劉寧, 董濤, 孫東波, 馬麗珊, 張如彬 申請人:國家海洋技術中心