温差注水装置以及自沉浮式剖面观测装置

技术领域

本发明涉及一种温差注水装置。

背景技术

ARGO浮标是一种用于检测海洋相关数据的测量设备，也叫剖面自动循环探测仪，ARGO浮标通过液压活塞泵把油注入或吸入位于浮标底部的外部皮囊来改变整体体积，通过改变浮标的整体密度，来上升或者沉入在不同深度海域中，液压活塞泵通常采用电池作为工作动力源，那么废弃后的ARGO浮标会产生电池污染；为了减少电池对海水的污染，现有的部分测量设备采用气源作为上升的动力源，但是随着气源的流失，整个测量设备的质量会减少，那么也就降低了整个测量设备的密度，导致测量设备不能再次下潜到预定深度的海域。

发明内容

本发明的目的是提供一种温差注水装置，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供一种温差注水装置，包括第一单向阀、第二单向阀、热胀冷缩材料以及仓体；其中，仓体上开设有分别与仓体内部空间相贯通的海水入口和海水出口，第一单向阀设置在海水入口上，第二单向阀设置在海水出口上；第一单向阀的介质流向设置成由海水入口流向仓体的内部空间；第二单向阀的介质流向设置成由仓体的内部空间流向海水出口；热胀冷缩材料设置在仓体的内部空间。

这样，初始时，将本装置安装在测量设备上，且将海水出口与测量设备上的一密闭容纳腔室相连通，由于海水的温度是随着深度的增加而降低的，当测量设备载着本温差注水装置下潜时，设置在仓体的内部空间的热胀冷缩材料的体积逐渐缩小，相应地仓体的内部空间产生负压，由于第一单向阀的介质流向设置成由海水入口流向仓体的内部空间，第二单向阀的介质流向设置成由仓体的内部空间流向海水出口，那么所产生的负压驱动第一单向阀打开，而此时第二单向阀仍处于闭合状态，海水从海水入口通过第一单向阀进入到仓体的内部空间，使得整个测量设备的重量增加，相应地增加了整个测量设备的密度值；同时当测量设备释放气源，来通过减小密度实现上浮后，那么随着所处海域深度的上升，温度逐渐升高，设置在仓体的内部空间的热胀冷缩材料的体积逐渐增大，相应地仓体的内部空间内的压强逐渐增大，由于第一单向阀的介质流向设置成由海水入口流向仓体的内部空间，第二单向阀的介质流向设置成由仓体的内部空间流向海水出口，那么所增大的压强驱动第二单向阀打开，而此时第一单向阀则切换为闭合状态，之前被吸入到仓体的内部空间的海水从海水出口通过第二单向阀排挤到测量设备上的一密闭容纳腔室内部，这部分海水补充了此前被释放出去的气源的质量，那么也就保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，如此循环吸入适量比例的海水来补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，以便能多次下潜到预定深度的海域。本发明通过利用“海水的温度随着深度的增加而降低”这一天然条件，利用温度差来驱动热胀冷缩材料膨胀或收缩，以改变仓体内部空间的压强，同时通过第一单向阀和第二单向阀的配合，以达到注入或排水的功能，从而补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，具有设计巧妙，结构简单的特点。

根据本发明的另个一个方面，提供了一种自沉浮式剖面观测装置，其包括温差注水装置、压缩气瓶、储气单元、第一电磁阀、第二电磁阀、密闭容纳腔室以及控制系统；其中，压缩气瓶设有与压缩气瓶内相通的第一通气口，第一电磁阀设置在第一通气口上；储气单元与压缩气瓶连接设置，储气单元设有储气空间，储气空间与第一通气口连通设置，储气单元上开设有分别与储气空间相通的第二通气口和开口，第二电磁阀设置在第二通气口上；且第二通气口和开口沿着重力势能方向由高到低依次排布；第一电磁阀和第二电磁阀均与控制系统电信号连接；温差注水装置的海水出口与密闭容纳腔室相连通。

工作过程，预先将压缩气瓶充满压缩气体；初始状态时，第一电磁阀和第二电磁阀均处于闭合状态，将本装置放入到海水中，由于第二通气口被第二电磁阀控制闭合，空气被锁存在储气空间内，储气单元提供浮力，压缩气瓶自身的重力驱动压缩气瓶调整到储气单元的下方位置，即使整个装置形成浮心在上，重心在下的状态；然后控制系统指令第二电磁阀处于导通状态，第二通气口与储气单元的储气空间导通，由于第二通气口和开口沿着重力势能方向由高到低依次排布，海水从开口进入到储气空间内，同时空气从第二通气口被排挤出去，储气单元的浮力消失，自沉浮式剖面观测装置载着温差注水装置下沉，即整个装置开始下沉，由于海水的密度会随着深度的增加而增大，直到整个装置下潜到预设深度的海域(可预先根据所想要达到的深度通过计算来设计整个装置的密度)，该预设深度的海域的密度与整个装置的密度相等，整个装置停止下沉；在装置下沉的过程中，通过搭载的仪器设备来工作(例如采集海洋信息)，当工作完成后，控制系统指令第一电磁阀处于导通状态，同时控制第二电磁阀处于关闭状态，即将第二通气口关闭，压缩气体从压缩气瓶内由第一通气口喷灌到储气单元的储气空间内，同时将海水从开口排出，储气空间内重新灌满空气，储气单元的浮力恢复，由于储气单元与压缩气瓶连接设置，储气单元带着整个装置上浮到海平面上，然后使用者将本装置回收；本装置由于采用压缩气体作为上浮的动力源，即使废弃到海洋中也不会对环境产生额外污染；此外，由于压缩气瓶内充满了高压的压缩气体，使得本装置可以抵消部分海水压强，减少了对耐压性能的设计要求，具有结构简单、制造成本低的特点。此外，由于温差注水装置可以通过吸入适量比例的海水来补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个自沉浮式剖面观测装置的密度不变或者不减小，以便能多次下潜到预定深度的海域。

在一些实施方式中，还包括测量模块、第一压强传感器和第二压强传感器；其中，测量模块设置成采集第一压强传感器和第二压强传感器的数值，测量模块与控制系统电信号连接；第一压强传感器设置监测压缩气瓶内的压强，第二压强传感器设置监测海水的压强。

这样，随着本装置的下潜，本装置所处海域的压强也会逐渐增大，第二压强传感器将检测的海水压强数值实时传递给测量模块，同时第一压强传感器将检测的压缩气瓶内的瓶内压强数值实时传递给测量模块，测量模块对比这两个数值，如果海水压强数值趋近于瓶内压强数值时，测量模块发送指令给控制系统，控制系统指令第一电磁阀处于导通状态，同时控制第二电磁阀处于关闭状态，即将第二通气口关闭，压缩气体从压缩气瓶内由第一通气口喷灌到储气单元的储气空间内，同时将海水从开口排出，储气空间内重新灌满空气，储气单元的浮力恢复，由于储气单元与压缩气瓶连接设置，储气单元带着整个装置上浮到海平面上；避免本装置下潜到海水压强大于瓶内压强的海域，以防气体由于压强过小不能将水从储气空间内排除，从而规避了本装置不能上浮的风险。

在一些实施方式中，还包括第三电磁阀和深度监测单元；第三电磁阀设置在海水入口上；第三电磁阀和深度监测单元均与控制系统电信号连接。

这样，随着多次使用，压缩气瓶内的气体逐渐消耗，本装置的重力逐渐减轻，相应地本装置的密度逐渐变小，由于海水的密度是随着深度逐渐增大的，那么本装置的下潜深度会逐渐变浅；当深度监测单元监测到本装置的深度变化停止后(说明本装置已经达到极限下潜深度)，深度监测单元将信号传递给控制系统，控制系统指令第三电磁阀打开，使得一定量的海水从海水入口进入到仓体的内部空间，增加了本装置的重量，相应地增大了本装置的密度，使得本装置继续下潜，同时深度监测单元继续监测深度，当达到预定深度时，控制系统指令第三电磁阀关闭，使得本装置停止继续下潜。

在一些实施方式中，还包括节流阀，节流阀设置在海水入口与仓体之间。

这样，通过在海水入口与内部空间之间设置节流阀，当控制系统指令第三电磁阀打开，水量可通过节流阀的调节按照预设流量流入到仓体的内部空间，提高了控制精度。

在一些实施方式中，还包括海水过滤器，海水过滤器设置在海水入口上。

这样，通过在海水入口上设置海水过滤器，海水过滤器可以将杂物阻挡在外，防止杂物将海水入口堵塞。

在一些实施方式中，还包括连接杆；储气单元通过连接杆与压缩气瓶连接设置。

这样，通过在储气单元与压缩气瓶连接设置连接杆，使得储气单元与压缩气瓶一同上浮或下潜，实现了储气单元与压缩气瓶连接设置。

在一些实施方式中，还包括气瓶充气接头；气瓶充气接头设置在压缩气瓶上，且与压缩气瓶内相连通。

这样，当本装置的压缩气瓶中的压缩气体用完时，可以通过气瓶充气接头来充入压缩气体，使得本装置具备了循环使用的特点。

在一些实施方式中，还包括海洋数据检测单元和数据存储模块；海洋数据检测单元和数据存储模块电信号连接，数据存储模块与控制系统电信号连接。

这样，使得本装置具备了收集海水信息的功能，并将相关信息存储在数据存储模块中。

在一些实施方式中，还包括卫星通讯系统，卫星通讯系统与控制系统和数据存储模块电信号连接。

这样，当本装置收集完数据上浮到海平面后，控制系统指令将数据存储模块中的数据通过卫星通讯系统发送到监控平台上。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的温差注水装置的结构示意图；

图2为图1所示的温差注水装置的原理示意图；

图3为含有图1所示的温差注水装置的自沉浮式剖面观测装置的示意图；

图4为图3所示的自沉浮式剖面观测装置的原理图；

图5为图3所示的自沉浮式剖面观测装置处于下潜状态的示意图；

图6为图3所示的自沉浮式剖面观测装置处于上浮状态的示意图。

附图标号：

1-压缩气瓶、11-第一通气口、12-第一电磁阀、2-储气单元、21-第二通气口、22-开口、23-储气空间、24-第二电磁阀、3-管道、4-控制系统、5-蓄电池、50-测量模块、51-第一压强传感器、52-第二压强传感器、6-仓体、61-热胀冷缩材料、62-海水入口、63-第三电磁阀、621-海水过滤器、64-第一单向阀、65-第二单向阀、66-海水出口

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1至图2示意性的显示了本发明一种实施方式的温差注水装置的结构和原理。

如图1至图2所示，该温差注水装置包括第一单向阀64、第二单向阀65、热胀冷缩材料61以及仓体6；其中，仓体6上开设有分别与仓体6内部空间相贯通的海水入口62和海水出口66，第一单向阀64设置在海水入口62上，第二单向阀65设置在海水出口66上；第一单向阀64的介质流向设置成由海水入口62流向仓体6的内部空间；第二单向阀65的介质流向设置成由仓体6的内部空间流向海水出口66；热胀冷缩材料61设置在仓体6的内部空间。详细地，热胀冷缩材料61的具体类型为低熔点石蜡，在其他实施方式中，热胀冷缩材料还可以根据实际情况做适宜性调整。

这样，初始时，将本装置安装在测量设备上，且将海水出口66与测量设备上的一密闭容纳腔室相连通，由于海水的温度是随着深度的增加而降低的，当测量设备载着本温差注水装置下潜时，设置在仓体6的内部空间的热胀冷缩材料61的体积逐渐缩小，相应地仓体6的内部空间产生负压，由于第一单向阀64的介质流向设置成由海水入口62流向仓体6的内部空间，第二单向阀65的介质流向设置成由仓体6的内部空间流向海水出口66，那么所产生的负压驱动第一单向阀64打开，而此时第二单向阀65仍处于闭合状态，海水从海水入口62通过第一单向阀64进入到仓体6的内部空间，使得整个测量设备的重量增加，相应地增加了整个测量设备的密度值；同时当测量设备需要上浮时，通过释放气源来减小整个测量设备的密度，以实现上浮，那么随着所处海域深度的上升，海水温度逐渐升高，设置在仓体6的内部空间的热胀冷缩材料61的体积逐渐增大，相应地仓体6的内部空间内的压强逐渐增大，由于第一单向阀64的介质流向设置成由海水入口62流向仓体6的内部空间，第二单向阀65的介质流向设置成由仓体6的内部空间流向海水出口66，那么所增大的压强驱动第二单向阀65打开，而此时第一单向阀64则切换为闭合状态，之前被吸入到仓体6的内部空间的海水从海水出口66通过第二单向阀65排挤到测量设备上的一密闭容纳腔室内部，这部分海水补充了此前被释放出去的气源的质量，那么也就保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，如此循环吸入适量比例的海水来补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，以便能多次下潜到预定深度的海域。本发明通过利用“海水的温度随着深度的增加而降低”这一天然条件，利用温度差来驱动热胀冷缩材料61膨胀或收缩，以改变仓体6内部空间的压强，同时通过第一单向阀64和第二单向阀65的配合，以达到注入或排水的功能，从而补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个测量设备的密度不变或者不减小，具有设计巧妙，结构简单的特点。

在本实施例中还提供一种自沉浮式剖面观测装置：

图3至图6示意性的显示了本发明一种实施方式的自沉浮式剖面观测装置的结构和原理。

如图3至图6所示，该自沉浮式剖面观测装置包括温差注水装置、压缩气瓶1、储气单元2、第一电磁阀12、第二电磁阀24、密闭容纳腔室以及控制系统4；其中，压缩气瓶1设有与压缩气瓶1内相通的第一通气口11，第一电磁阀12设置在第一通气口11上；储气单元2与压缩气瓶1连接设置，储气单元2设有储气空间23，储气空间23与第一通气口11连通设置，储气单元2上开设有分别与储气空间23相通的第二通气口21和开口22，第二电磁阀24设置在第二通气口21上；且第二通气口21和开口22沿着重力势能方向由高到低依次排布；第一电磁阀12和第二电磁阀24均与控制系统4电信号连接。详细地，第一通气口11通过管道3延伸到储气空间23内，以实现储气空间23与第一通气口11连通设置。控制系统4通过本装置内置的蓄电池5来供电；温差注水装置的海水出口66与密闭容纳腔室相连通。具体地，在本实施例中，沉浮式剖面观测装置上的密闭容纳腔室为常压密闭腔，常压密闭腔内的压强小于海水出口66出水压强，以便于水能够由海水出口66注入到常压密闭腔内。

工作过程，预先将压缩气瓶1充满压缩气体；初始状态时，第一电磁阀12和第二电磁阀24均处于闭合状态，将本装置放入到海水中，由于第二通气口21被第二电磁阀24控制闭合，空气被锁存在储气空间23内，储气单元2提供浮力，压缩气瓶1自身的重力驱动压缩气瓶1调整到储气单元2的下方位置，即使整个装置形成浮心在上，重心在下的状态；然后控制系统4指令第二电磁阀24处于导通状态，第二通气口21与储气单元2的储气空间23导通，由于第二通气口21和开口22沿着重力势能方向由高到低依次排布，海水从开口22进入到储气空间23内，同时空气从第二通气口21被排挤出去，储气单元2的浮力消失，自沉浮式剖面观测装置载着温差注水装置下沉，即整个装置开始下沉，由于海水的密度会随着深度的增加而增大，直到整个装置下潜到预设深度的海域(可预先根据所想要达到的深度通过计算来设计整个装置的密度)，该预设深度的海域的密度与整个装置的密度相等，整个装置停止下沉；在装置下沉的过程中，通过搭载的仪器设备来工作(例如采集海洋信息)，当工作完成后，控制系统4指令第一电磁阀12处于导通状态，同时控制第二电磁阀24处于关闭状态，即将第二通气口21关闭，压缩气体从压缩气瓶1内由第一通气口11喷灌到储气单元2的储气空间23内，同时将海水从开口22排出，储气空间23内重新灌满空气，储气单元2的浮力恢复，由于储气单元2与压缩气瓶1连接设置，储气单元2带着整个装置上浮到海平面上，然后使用者将本装置回收；本装置由于采用压缩气体作为上浮的动力源，即使废弃到海洋中也不会对环境产生额外的电池污染；此外，由于压缩气瓶1内充满了高压的压缩气体，使得本装置可以抵消部分海水压强，减少了对耐压性能的设计要求，具有结构简单、制造成本低的特点。此外，由于温差注水装置可以通过吸入适量比例的海水来补充因上浮需要而释放排出的气源的质量，保证了整个自沉浮式剖面观测装置的密度不变或者不减小，以便能多次下潜到预定深度的海域。

在本实施例中，还包括测量模块50、第一压强传感器51和第二压强传感器52；其中，测量模块50设置成采集第一压强传感器51和第二压强传感器52的数值，测量模块50与控制系统4电信号连接；第一压强传感器51设置监测压缩气瓶1内的压强，第二压强传感器52设置监测海水的压强。

这样，随着本装置的下潜，本装置所处海域的压强也会逐渐增大，第二压强传感器52将检测的海水压强数值实时传递给测量模块50，同时第一压强传感器51将检测的压缩气瓶1内的瓶内压强数值实时传递给测量模块50，测量模块50对比这两个数值，如果海水压强数值趋近于瓶内压强数值时，测量模块50发送指令给控制系统4，控制系统4指令第一电磁阀12处于导通状态，同时控制第二电磁阀24处于关闭状态，即将第二通气口21关闭，压缩气体从压缩气瓶1内由第一通气口11喷灌到储气单元2的储气空间23内，同时将海水从开口22排出，储气空间23内重新灌满空气，储气单元2的浮力恢复，由于储气单元2与压缩气瓶1连接设置，储气单元2带着整个装置上浮到海平面上；避免本装置下潜到海水压强大于瓶内压强的海域，以防气体由于压强过小不能将水从储气空间23内排除，从而规避了本装置不能上浮的风险。

在本实施例中，还包括第三电磁阀63和深度监测单元，第三电磁阀63设置在海水入口62上；第三电磁阀63和深度监测单元均与控制系统4电信号连接。

这样，随着多次使用，压缩气瓶1内的气体逐渐消耗，本装置的重力逐渐减轻，相应地本装置的密度逐渐变小，由于海水的密度是随着深度逐渐增大的，那么本装置的下潜深度会逐渐变浅；当深度监测单元监测到本装置的深度变化停止后(说明本装置已经达到极限下潜深度)，深度监测单元将信号传递给控制系统4，控制系统4指令第三电磁阀63打开，使得一定量的海水从海水入口62进入到仓体6内的内部空间，增加了本装置的重量，相应地增大了本装置的密度，使得本装置继续下潜，同时深度监测单元继续监测深度，当达到预定深度时，控制系统4指令第三电磁阀63关闭，使得本装置停止继续下潜。

在本实施例中，还包括节流阀，节流阀设置在海水入口62与内部空间之间。

这样，通过在海水入口62与内部空间之间设置节流阀，当控制系统4指令第三电磁阀63打开，水量可通过节流阀的调节按照预设流量流入到仓体6内的内部空间，提高了控制精度。

在本实施例中，还包括海水过滤器621，海水过滤器621设置在海水入口62上。

这样，通过在海水入口62上设置海水过滤器621，海水过滤器621可以将杂物阻挡在外，防止杂物将海水入口62堵塞。

在本实施例中，还包括连接杆；储气单元2通过连接杆与压缩气瓶1连接设置。

这样，通过在储气单元2与压缩气瓶1连接设置连接杆，使得储气单元2与压缩气瓶1一同上浮或下潜，实现了储气单元2与压缩气瓶1连接设置。

在本实施例中，还包括气瓶充气接头；气瓶充气接头设置在压缩气瓶1上，且与压缩气瓶1内相连通。这样，当本装置的压缩气瓶1中的压缩气体用完时，可以通过气瓶充气接头来充入压缩气体，使得本装置具备了循环使用的特点。

在本实施例中，还包括海洋数据检测单元和数据存储模块；海洋数据检测单元和数据存储模块电信号连接，数据存储模块与控制系统4电信号连接。详细地，海洋数据检测单元的具体类型可以是溶解氧探测器、叶绿素探测器、营养物探测器、pH探测器等等，本装置上浮或下潜过程，可以通过前述的各种海洋数据检测单元来采集数据。这样，使得本装置具备了收集海水信息的功能，并将相关信息存储在数据存储模块中。

在本实施例中，还包括卫星通讯系统，卫星通讯系统与控制系统4和数据存储模块电信号连接。这样，当本装置收集完数据上浮到海平面后，控制系统4指令将数据存储模块中的数据通过卫星通讯系统发送到监控平台上。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。