一种鲸型海洋探测设备及其探测方法

技术领域

本发明涉及探测设备技术领域，具体涉及一种鲸型海洋探测设备及其探测方法。

背景技术

海洋，是地球上最广阔的水体的总称。地球表面被各大陆地分隔为彼此相通的广大水域称为海洋，海洋的中心部分称作洋，边缘部分称作海，彼此沟通组成统一的水体。海洋是地球上决定气候发展的主要的因素之一，是地球表面最大的储热体。海流是地球表面最大的热能传送带，海洋与空气之间的气体交换（其中最主要的有水汽、二氧化碳和甲烷）对气候的变化和发展有特别大的影响。

海洋环境要素监测水文要素监测主要有：水深、水温、盐度、海流、波浪、水色、透明度、海冰、海发光等观测。海洋化学要素监测主要为溶解氧、总碱度、活性硅酸盐、活性磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、总磷、总氮、总碳。此外，沿海各海洋环境监测机构也开展海洋生物多样性、海水、海洋沉积物、二氧化碳、海洋大气等指标的监测工作。

环境监测设备不仅包括特殊的水质监测设备，气体检测设备和辐射测量设备，还包括特殊的气象观测设备，生态环境遥感系统，激光雷达等。这些先进的设备和仪器还可以用于生态污染状况的实时调查，以及对保护区中濒危动植物活动和生长的全天候和全方位观察。

现有的海洋环境监测与探测装备基本分为浅海探测设备及深海探测设备，浅海探测设备通常采用有线电缆拖曳设备或监测浮标锚定方式探测海洋表层；深海探测设备通常无人潜航器，利用重物或海水下潜，在深海及海底开展调查及探测工作，但是现有的探测设备的测量深度有限，动力结构较弱，无法支持长时间续航。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种鲸型海洋探测设备及其探测方法，旨在解决现有的探测设备的测量深度有限，动力结构较弱，无法支持长时间续航的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种鲸型海洋探测设备，包括：

舱体，设置有避让窗口，所述避让窗口嵌入有透明板；

控制系统，包括中控中心，所述中控中心设置于所述舱体；

动力系统，包括浮潜结构与驱动器，所述浮潜结构包括压舱水箱与电机，所述压舱水箱设置于所述舱体的中段底部，所述电机与所述中控中心电性连接，通过所述电机控制所述压舱水箱的闸门开合；所述驱动器包括4组POD推进器，所述POD推进器设置于所述舱体外侧且与所述中控中心电性连接；

能源系统，包括太阳能供电系统与阴离子交换膜燃料电池，所述太阳能供电系统包括太阳能发电板与三结钙钛矿太阳能电池，所述太阳能发电板与所述三结钙钛矿太阳能电池电性连接，所述太阳能发电板设置于所述舱体的中段顶部且位于所述透明板下方，所述三结钙钛矿太阳能电池设置于所述舱体且与所述中控中心电性连接；所述阴离子交换膜燃料电池设置于所述舱体的后部且与所述中控中心电性连接。

作为优选的方案，所述舱体包括：

骨架结构，所述骨架结构为GRX-810合金骨架构成；

外壳，所述外壳为非连续布利冈结构纳米复合材料构成的鲸型，所述骨架结构从所述外壳的内侧支撑所述外壳；

蒙皮，所述蒙皮为超弹性材料硅橡胶制成，所述蒙皮覆盖在所述外壳外表面。

作为优选的方案，所述外壳与所述蒙皮均于顶部设置有所述避让窗口，所述透明板为帕姆超厚耐压类透明材料制成，所述透明板嵌入所述避让窗口，且通过复合水凝胶敷料填充所述透明板与所述避让窗口之间缝隙。

作为优选的方案，所述舱体还包括修复结构，所述修复结构设置于所述外壳与所述蒙皮之间，所述修复结构为由纳米纸张材料覆膜的复合水凝胶敷料包。

作为优选的方案，所述控制系统还包括：通信设备、定位设备、声呐探测设备、洋流观测设备、立体相机、激光探测器、凹凸传感器；

所述通信设备、所述定位设备、所述声呐探测设备、所述洋流观测设备、所述立体相机、所述激光探测器、所述凹凸传感器均与所述中控中心电性连接；

所述通信设备与所述定位设备设置于所述舱体的尾部，所述声呐探测设备设置于所述舱体的首端顶部，多个所述洋流观测设备与多个所述立体相机设置于所述舱体的各个面，所述激光探测器与所述凹凸传感器设置于所述舱体的首端前部。

作为优选的方案，还包括：监测系统，所述监测系统包括长波辐射传感器、短波辐射传感器、净辐射传感器、温盐深剖面仪，所述长波辐射传感器、所述短波辐射传感器、所述净辐射传感器、所述温盐深剖面仪均与所述中控中心电性连接，所述长波辐射传感器、所述短波辐射传感器与净辐射传感器均设置于所述舱体的中段顶部，所述温盐深剖面仪设置于所述舱体的首端底部。

作为优选的方案，还包括：采样系统，所述采样系统包括海水采集阀与样品存储罐，所述海水采集阀设置于所述舱体，所述样品存储罐设置于所述舱体，所述海水采集阀与所述中控中心电性连接，并通过开启关闭海水采集阀将海水采集到所述样品存储罐；

作为优选的方案，所述监测系统还包括水质参数分析仪，所述水质参数分析仪设置于所述样品存储罐内部。

作为优选的方案，还包括：外挂设备系统，所述外挂设备系统包括磁力吸附装置、存储发射仓与蛇形探测设备，所述存储发射仓设置于所述舱体的中段两侧，用于存储所述蛇形探测设备，所述磁力吸附装置设置于所述存储发射仓，用于固定所述蛇形探测设备。

第二方面，一种鲸型海洋探测设备的探测方法，包括：

（1）用户给鲸型海洋探测设备下达探测任务的指令，鲸型海洋探测设备的中控中心通过通信设备接收指令；

（2）鲸型海洋探测设备的中控中心根据指令控制阴离子交换膜燃料电池给浮潜结构的电机供电，打开压舱水箱的阀门，海水进入压舱水箱使鲸型海洋探测设备下潜，下潜至预设高度，中控中心控制电机关闭压舱水箱的阀门；

（3）鲸型海洋探测设备的中控中心根据指令控制阴离子交换膜燃料电池给POD推进器供电，驱动鲸型海洋探测设备前进；

（4）鲸型海洋探测设备前进时，中控中心控制三结钙钛矿太阳能电池给声呐探测设备、洋流观测设备、立体相机、激光探测器、凹凸传感器、定位设备供电，声呐探测设备、洋流观测设备、立体相机、激光探测器、凹凸传感器反馈信号给中控中心，中控中心通过影像信号、流场信号、光线信号、声波信号来控制移动方向，并根据定位设备反馈的定位信号到达目标海域进行探测；

（5）鲸型海洋探测设备探测时，中控中心控制三结钙钛矿太阳能电池给长波辐射传感器、短波辐射传感器、净辐射传感器、温盐深剖面仪、水质参数分析仪供电，长波辐射传感器、短波辐射传感器、净辐射传感器、温盐深剖面仪、水质参数分析仪反馈信号给中控中心，完成对目标海域的探测；

（6）鲸型海洋探测设备的中控中心控制三结钙钛矿太阳能电池给海水采集阀供电，海水采集阀打开，目标海域的海水样品进入样品存储罐，海水样品达到预设量，中控中心控制海水采集阀关闭；

（7）鲸型海洋探测设备在遇到狭小空间时，中控中心控制磁力吸附装置解除对蛇形探测设备的磁吸，使蛇形探测设备从存储发射仓发射，进入狭小空间进行探测；

（8）鲸型海洋探测设备的表面因搁浅或撞击受到损伤，修复结构能够修复损伤，防止鲸型海洋探测设备漏水；

（9）鲸型海洋探测设备完成目标海域的探测任务后，返回搭载母船或始发基地，进行阴离子交换膜燃料电池电解液的添加和信息交换。

本发明所阐述的一种鲸型海洋探测设备及其探测方法，其有益效果在于：

能源系统包括太阳能供电系统与阴离子交换膜燃料电池，通过在舱体设置有避让窗口，避让窗口嵌入有透明板，将太阳能供电系统的太阳能发电板设置在透明板的下方，从而太阳能发电板能够将透过透明板的光能转化为电能存储在三结钙钛矿太阳能电池，在鲸型海洋探测设备工作时，与阴离子交换膜燃料电池一起为鲸型海洋探测设备供电，提升了鲸型海洋探测设备的测量深度，保证鲸型海洋探测设备长时间续航。

附图说明

图1是本发明实施例的鲸型海洋探测设备的总布置方案侧视图。

图2是本发明实施例的鲸型海洋探测设备的总布置方案俯视图。

附图标记说明：

1、舱体；21、中控中心；31、压舱水箱；32、POD推进器；41、太阳能发电板；42、三结钙钛矿太阳能电池；43、阴离子交换膜燃料电池；51、通信设备；52、定位设备；53、声呐探测设备；54、洋流观测设备；55、立体相机；56、激光探测器；57、凹凸传感器；61、长波辐射传感器；62、短波辐射传感器；63、净辐射传感器；64、温盐深剖面仪；7、样品存储罐；8、外挂设备系统。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步描述。

如图1与图2所示，本发明提供了一种鲸型海洋探测设备，包括：

舱体1，设置有避让窗口，避让窗口嵌入有透明板；

控制系统，包括中控中心21，中控中心21设置于舱体1；

动力系统，包括浮潜结构与驱动器，浮潜结构包括压舱水箱31与电机，压舱水箱31设置于舱体1的中段底部，电机与中控中心21电性连接，通过电机控制压舱水箱31的闸门开合；驱动器包括4组POD推进器32，POD推进器32设置于舱体1外侧且与中控中心21电性连接；

能源系统，包括太阳能供电系统与阴离子交换膜燃料电池43，太阳能供电系统包括太阳能发电板41与三结钙钛矿太阳能电池42，太阳能发电板41与三结钙钛矿太阳能电池42电性连接，太阳能发电板41设置于舱体1的中段顶部且位于透明板下方，三结钙钛矿太阳能电池42设置于舱体1且与中控中心21电性连接；阴离子交换膜燃料电池43设置于舱体1的后部且与中控中心21电性连接。

能源系统包括太阳能供电系统与阴离子交换膜燃料电池43，通过在舱体1设置有避让窗口，避让窗口嵌入有透明板，将太阳能供电系统的太阳能发电板41设置在透明板的下方，从而太阳能发电板41能够将透过透明板的光能转化为电能存储在三结钙钛矿太阳能电池42，在鲸型海洋探测设备工作时，与阴离子交换膜燃料电池43一起为鲸型海洋探测设备供电，提升了鲸型海洋探测设备的测量深度，保证鲸型海洋探测设备长时间续航。

进一步地，舱体1包括：

骨架结构，骨架结构为GRX-810合金骨架构成；

外壳，外壳为非连续布利冈结构纳米复合材料构成的鲸型，骨架结构从外壳的内侧支撑外壳；

蒙皮，蒙皮为超弹性材料硅橡胶制成，蒙皮覆盖在外壳外表面。

骨架结构使用GRX-810合金骨架构成，外壳使用非连续布利冈结构纳米复合材料构成的鲸型，保证了舱体1的牢固，使鲸型海洋探测设备能够进入更深的海域，同时承受更多的撞击。此外通过超弹性材料硅橡胶制成蒙皮覆盖在外壳，能够缓冲撞击的冲击力。

进一步地，外壳与蒙皮均于顶部设置有避让窗口，透明板为帕姆超厚耐压类透明材料制成，透明板嵌入避让窗口，且通过复合水凝胶敷料填充透明板与避让窗口之间缝隙。

帕姆超厚耐压类透明材料制成的透明板能够承受较大的压力，从而保证鲸型海洋探测设备能够潜入更深的海域，同时透明板能够使光线照射到太阳能发电板41，太阳能发电板41能够将光能转化为电能，存储在三结钙钛矿太阳能电池42，从而提升鲸型海洋探测设备的续航能力，同时过复合水凝胶敷料填充透明板与避让窗口之间缝隙，避免了海水从缝隙进入到鲸型海洋探测设备内部。

进一步地，舱体1还包括修复结构，修复结构设置于外壳与蒙皮之间，修复结构为由纳米纸张材料覆膜的复合水凝胶敷料包。

通过将修复结构设置在外壳与蒙皮之间，从而在鲸型海洋探测设备发生撞击导致蒙皮损伤时，纳米纸张材料覆膜的复合水凝胶敷料包能够释放出复合水凝胶将蒙皮损伤部位进行修复，可以使鲸型海洋探测设备应对复杂的海域状况，不用在损伤后立即返回，从而保证鲸型海洋探测设备完成探测工作。

进一步地，控制系统还包括：通信设备51、定位设备52、声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57；

通信设备51、定位设备52、声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57均与中控中心21电性连接；

通信设备51与定位设备52设置于舱体1的尾部，声呐探测设备53设置于舱体1的首端顶部，多个洋流观测设备54与多个立体相机55设置于舱体1的各个面，激光探测器56与凹凸传感器57设置于舱体1的首端前部。

中控中心21通过通信设备51接收用户的指令，声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57反馈信号给中控中心21，中控中心21通过影像信号、流场信号、光线信号、声波信号来规避障碍，控制移动方向，调整前进路线，并根据定位设备52反馈的定位信号到达目标海域进行探测。

进一步地，鲸型海洋探测设备还包括：监测系统，监测系统包括长波辐射传感器61、短波辐射传感器62、净辐射传感器63、温盐深剖面仪64，长波辐射传感器61、短波辐射传感器62、净辐射传感器63、温盐深剖面仪64均与中控中心21电性连接，长波辐射传感器61、短波辐射传感器62与净辐射传感器63均设置于舱体1的中段顶部，温盐深剖面仪64设置于舱体1的首端底部。

鲸型海洋探测设备的中控中心21通过监测系统的长波辐射传感器61、短波辐射传感器62、净辐射传感器63、温盐深剖面仪64反馈的信号，对目标海域的水文要素进行监测。

进一步地，鲸型海洋探测设备还包括：采样系统，采样系统包括海水采集阀与样品存储罐7，海水采集阀设置于舱体1，样品存储罐7设置于舱体1，海水采集阀与中控中心21电性连接，并通过开启关闭海水采集阀将海水采集到样品存储罐7；

监测系统还包括水质参数分析仪，水质参数分析仪设置于样品存储罐7内部。

到达目标海域后，中控中心21通过控制海水采集阀打开，从而将海水样品采集到样品存储罐7，在采集到预设量的海水样品后，中控中心21控制海水采集阀关闭，从而完成海水样品的采集，在鲸型海洋探测设备回到出发地后，从样品存储罐7将海水样品取出进行检测，可以得到更多目标海域的水文要素，从而完善对目标海域的监测。在回到出发地前，水质参数分析仪也能够对样品存储罐7内的海水样品进行分析。

进一步地，鲸型海洋探测设备还包括：外挂设备系统8，外挂设备系统8包括磁力吸附装置、存储发射仓与蛇形探测设备，存储发射仓设置于舱体1的中段两侧，用于存储蛇形探测设备，磁力吸附装置设置于存储发射仓，用于固定蛇形探测设备。

由于海域状况复杂，存在一些狭小空间，导致鲸型海洋探测无法完成探测，因此鲸型海洋探测设备还包括外挂设备系统8，中控中心21根据声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57反馈的信号判断前方海域为狭小空间时，中控中心21控制磁力吸附装置解除对蛇形探测设备的磁吸，从而将蛇形探测设备从存储发射仓发射，通过蛇形探测设备完成对狭小空间的探测。

本发明还提供了一种鲸型海洋探测设备的探测方法，包括：

（1）用户给鲸型海洋探测设备下达探测任务的指令，鲸型海洋探测设备的中控中心21通过通信设备51接收指令；

（2）鲸型海洋探测设备的中控中心21根据指令控制阴离子交换膜燃料电池43给浮潜结构的电机供电，打开压舱水箱31的阀门，海水进入压舱水箱31使鲸型海洋探测设备下潜，下潜至预设高度，中控中心21控制电机关闭压舱水箱31的阀门；

（3）鲸型海洋探测设备的中控中心21根据指令控制阴离子交换膜燃料电池43给POD推进器32供电，驱动鲸型海洋探测设备前进；

（4）鲸型海洋探测设备前进时，中控中心21控制三结钙钛矿太阳能电池42给声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57、定位设备52供电，声呐探测设备53、洋流观测设备54、立体相机55、激光探测器56、凹凸传感器57反馈信号给中控中心21，中控中心21通过影像信号、流场信号、光线信号、声波信号来控制移动方向，并根据定位设备52反馈的定位信号到达目标海域进行探测；

（5）鲸型海洋探测设备探测时，中控中心21控制三结钙钛矿太阳能电池42给长波辐射传感器61、短波辐射传感器62、净辐射传感器63、温盐深剖面仪64、水质参数分析仪供电，长波辐射传感器61、短波辐射传感器62、净辐射传感器63、温盐深剖面仪64、水质参数分析仪反馈信号给中控中心21，完成对目标海域的探测；

（6）鲸型海洋探测设备的中控中心21控制三结钙钛矿太阳能电池42给海水采集阀供电，海水采集阀打开，目标海域的海水样品进入样品存储罐7，海水样品达到预设量，中控中心21控制海水采集阀关闭；

（7）鲸型海洋探测设备在遇到狭小空间时，中控中心21控制磁力吸附装置解除对蛇形探测设备的磁吸，使蛇形探测设备从存储发射仓发射，进入狭小空间进行探测；

（8）鲸型海洋探测设备的表面因搁浅或撞击受到损伤，修复结构能够修复损伤，防止鲸型海洋探测设备漏水；

（9）鲸型海洋探测设备完成目标海域的探测任务后，返回搭载母船或始发基地，进行阴离子交换膜燃料电池43电解液的添加和信息交换。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。