一种自动剖面浮标

技术领域

本发明涉及海洋探测装备技术领域，具体涉及一种自动剖面浮标。

背景技术

自动剖面浮标是一种用于搭载多种传感器的海洋探测平台，应用于海洋观测中，专门用于海洋次表层的温盐深数据探测，当完成剖面测量之后，浮标浮出水面，通过卫星通讯将数据传回岸基平台。

目前传统的剖面浮标体积和重量较大，给生产、布放和维护带来很多的困扰。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动剖面浮标，该浮标采用模块化处理，生产和维护效率高。

本发明所采用的技术方案是：

一种自动剖面浮标，包括耐压舱、浸水舱、控制单元、能源单元、通信单元和浮力驱动单元的，所述浸水舱设置在所述耐压舱的后端，所述控制单元、能源单元、通信单元以及浮力驱动单元的主体安装在所述耐压舱内，所述浮力驱动单元的外皮囊安装在所述浸水舱内，所述耐压舱包括耐压壳体、上端盖、下端盖和拉紧杆，所述上端盖和下端盖分别配合在所述耐压壳体的两端，所述拉紧杆设置在所述耐压壳体内，其一端与所述上端盖连接，另一端与所述下端盖连接，所述耐压舱内为负压环境，所述通信单元安装在靠近所述上端盖位置，所述浮力驱动单元的主体安装在靠近所述下端盖位置，所述能源单元安装在所述耐压舱的中部。

进一步，所述耐压壳体包括上壳体、下壳体和肋环，所述肋环设置在所述上壳体与所述下壳体之间，所述拉紧杆的另一端穿过所述肋环、且与所述下端盖连接。

进一步，所述能源单元包括第一能源模块、第二能源模块和螺杆，所述螺杆的一端与所述第一能源模块连接，另一端穿过所述肋环、并与所述第二能源模块连接。

进一步，所述第一能源模块和第二能源模块结构相同，均包括走线筒、电池和电池支撑板，所述电池为多个，多个电池沿所述走线筒周向布置，所述电池支撑板为两块，两块所述电池支撑板分别配合在所述电池的两端；所述螺杆的一端与所述第一能源模块的电池支撑板连接，所述螺杆的另一端与所述第二能源模块的电池支撑板连接。

进一步，还包括定位板，所述定位板安装在所述上壳体内，所述拉紧杆的另一端依次穿过所述定位板和走线筒，并与所述下端盖连接。

进一步，还包括支撑架，该支撑架的一端固定在所述下端盖内侧，所述拉紧杆的另一端固定在所述支撑架的另一端。

进一步，所述浮力驱动单元的主体包括内油箱、液压泵、电机和电磁阀，所述内油箱、液压泵和电机安装在所述支撑架上；所述电机的输出轴通过齿轮与所述液压泵连接，所述液压泵的进口与所述内油箱连接，所述液压泵的出口与所述外皮囊连接，所述电磁阀的进口与所述外皮囊连接，所述电磁阀的出口与所述内油箱连接。

进一步，所述浮力驱动单元还包括位移传感器，所述位移传感器安装在所述支撑架的另一端、并伸入所述走线筒内。

进一步，还包括支撑板，所述支撑板的一端安装在所述上端盖上，另一端向所述肋环方向延伸，所述通信单元和控制单元安装在所述支撑板上。

进一步，还包括CTD传感器，该CTD传感器安装在所述上端盖上。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例所提供的自动剖面浮标结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的自动剖面浮标剖视图；

图3为本申请实施例所提供的能源单元结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的肋环结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的浮力驱动单元结构示意图。

其中，天线1、CTD传感器2、耐压壳体3、下端盖4、保护罩5、肋环6、上端盖7、上电堵头8、定位板9、电池支撑板10、电池11、螺杆12、走线筒13、拉紧杆14、位移传感器15、内油箱16、安装板17、支撑架18、齿轮19、液压泵20、外皮囊21、电磁阀22、电机23。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

参见图1～图5，本申请一种自动剖面浮标，包括耐压舱、浸水舱、控制单元、能源单元、通信单元和浮力驱动单元，浸水舱设置在耐压舱的后端，控制单元、能源单元、通信单元以及浮力驱动单元的主体安装在耐压舱内，浮力驱动单元的外皮囊安装在浸水舱内。耐压舱包括耐压壳体3、上端盖7、下端盖4和拉紧杆14，上端盖7和下端盖4分别配合在耐压壳体3的两端，拉紧杆14设置在耐压壳体3内，其一端与上端盖7连接，另一端与下端盖4连接，耐压舱内为负压环境，通信单元安装在靠近上端盖7位置，浮力驱动单元的主体安装在靠近下端盖4位置，能源单元安装在耐压舱的中部。

本申请浮标为20公斤级自动剖面浮标，上端盖7和下端盖4通过拉紧杆14和抽负压方式拉紧在耐压壳体3的两端，连接结构简单可靠，控制单元和通信单元安装在靠近上端盖7位置，浮力驱动单元的主体安装在靠近下端盖4位置，能源单元安装在耐压舱的中部，整体布局合理，能源单元和浮力驱动单元采用模块化设置，使得本申请浮标体积小、重量轻，方便布放和回收，方便生产和维护。

在上端盖7上、且位于耐压舱外分别安装有天线1、CTD传感器2(温盐深传感器)和上电堵头8，天线1用于发射和接收信号，天线杆为金属管焊接，天线1线缆穿过上端盖7、并与通信单元连接，CTD传感器2用于检测海洋环境数据，其与控制单元连接，上电堵头8用于导通线路，其与能源单元连接。当剖面浮标布放到海水里之后，CTD传感器2检测到当前为入水状态，通信单元开始工作，检测通讯情况以及当前定位，同时浮力驱动单元进行自检动作。当准备工作完成后，浮标根据远程操控指令进行下潜、悬停或上浮。

耐压壳体3包括上壳体、下壳体和肋环6，肋环6设置在上壳体与下壳体之间，拉紧杆14的另一端穿过肋环6、且与下端盖4连接。

上端盖7、下端盖4和肋环6上均设有沟槽，沟槽内安装O型圈进行水密处理。上端盖7、上壳体、肋环6、下壳体和下端盖4形成剖面浮标的耐压舱，控制单元、通信单元、能源单元以及浮力驱动单元的主体均安装在耐压舱内。在下端盖4上通过螺钉固定保护罩5，形成浸水舱，起保护浮力驱动单元的外皮囊21的作用。

在上壳体内还安装有支撑板，支撑板的一端安装在上端盖7上，另一端向肋环6方向延伸，通信单元和控制单元安装在电池支撑板10上。

肋环6的两端均具有向圆心方向延伸的环状连接部，沿该连接部周向间隔设有多个通孔，用于安装能源单元。

能源单元为整个剖面浮标供电，能源单元包括第一能源模块、第二能源模块和螺杆12，螺杆12的一端与第一能源模块连接，另一端穿过肋环6上的通孔、并与第二能源模块连接，将能源单元作为整体固定在肋环6上，作为模块方便更换。

具体的，第一能源模块和第二能源模块结构相同，二者基本同轴设置。第一能源模块和第二能源模块均包括走线筒13、电池11和电池支撑板10，电池11为多个，多个电池11沿走线筒13周向布置，电池支撑板10为两块，两块电池支撑板10分别配合在电池11的两端。螺杆12的一端与第一能源模块的电池支撑板10连接，另一端穿过肋环6、并与第二能源模块的电池支撑板10连接。

走线筒13为圆柱状筒体结构，第一能源模块和第二能源模块的走线筒13相对应，均位于能源单元的中部位置，供线路及拉紧杆14等穿过。电池11均匀布置在走线筒13外周，使得能源单元整体呈圆柱状填充在耐压壳体3内。电池支撑板10为与能源模块相匹配的环状结构，两块电池支撑板10分别配合在对应能源模块的电池11两端，将电池11夹在中间，两块电池支撑板10边缘均向相对方向延伸，形成限制在电池11最外侧的限位部。沿电池支撑板10周向间隔设有多个通孔，电池支撑板10上的通孔与肋环6上的通孔相对应。第一能源模块和第二能源模块相对一端的电池支撑板10分别配合在肋环6的对应端，螺杆12分别穿过电池支撑板10和肋环6上的通孔，其两端分别与第一能源模块和第二能源模块相背一端的电池支撑板10连接，从而将两个能源模块与肋环6固定。

在上壳体内还设有定位板9，该定位板9也可以通过螺杆12连接在能源单元上，拉紧杆14的一端与上端盖7连接，另一端穿过定位板9和走线筒13，并与下端盖4连接。

在下壳体内还设有支撑架18，该支撑架18的一端固定在下端盖4内侧，另一端向上端盖7方向延伸，在支撑架18内形成一供浮力驱动单元安装的空间。拉紧杆14的另一端固定在支撑架18的另一端，从而通过支撑架18间接连接在下端盖4上。

浮力驱动单元的主体包括内油箱16、液压泵20、电机23和电磁阀22，内油箱16、液压泵20和电机23安装在支撑架18上，外皮囊21安装在耐压舱外的浸水舱内；电机23的输出轴通过齿轮19与液压泵20连接，液压泵20的进口与内油箱16连接，液压泵20的出口与外皮囊21连接，电磁阀22的进口与外皮囊21连接，电磁阀22的出口与内油箱16连接。

浮力驱动单元还包括位移传感器15，位移传感器15安装在支撑架18的另一端、并伸入走线筒13内。

具体的，在支撑架18的另一端固定设有安装板17，位移传感器15安装在安装板17的中部，其主体部分在装配时插入走线筒13内，位移传感器15的测量杆固定在内油箱16的一侧表面，位移传感器15的输出端与控制单元连接。内油箱16在回油或排油时，因内部油量变化而伸缩，内油箱16的一侧沿其轴向移动，通过位移传感器15检测内油箱16伸缩时的位移值，并将检测到的位移值发送给控制单元，控制单元可根据该位移值计算内油箱16内的当前油量，从而可根据该当前油量控制排油或回油。

当剖面浮标需要下潜时，电磁阀22打开，液压油可在耐压壳体3内外压差作用下从外皮囊21回流至内油箱16内，使得自动剖面浮标的排水量减小，浮力小于重力，剖面浮标下潜；当剖面浮标需要上浮时，液压泵20启动，将液压油从内油箱16排入外皮囊21中，此时自动剖面浮标排水量增大，浮力大于重力，开始上浮运动。

本申请浮力驱动单元采用泵阀式结构，该方式可靠性高，能耗低，可支持数年的探测任务；控制单元、通信单元、能源单元和浮力驱动单元均采用模块化处理，生产及维护效率高，剖面浮标整体体积小，重量轻，方便布放及回收。

本申请自动剖面浮标控制方法如下：

S1、接收下潜指令，获取下潜目标深度，控制电磁阀22打开，使液压油在压力差作用下回流至内油箱16内，剖面浮标下潜。

当自动剖面浮标布放到海水里之后，CTD传感器2自动检测剖面浮标当前状态，若当前状态为入水状态，则控制通信单元工作，并控制浮力驱动单元自检动作。当准备工作完成后，远程操控人员通过岸基操控软件启动下潜。控制单元接收到下潜指令后，控制电磁阀22打开，液压油可在耐压壳体3内外压力差作用下从外皮囊21回流至内油箱16内；此时剖面浮标排水量减小，浮力小于重力，剖面浮标执行下潜动作。

S2、获取剖面浮标当前深度及下潜速度，判断当前深度与目标深度之间的距离，并根据下潜速度控制液压泵20排油或电磁阀22回油，直至到达目标深度，进入悬停阶段，剖面浮标启动静默模式。

在下潜过程中，通过CTD传感器2定时检测剖面浮标当前深度，控制单元根据当前深度计算剖面浮标下潜速度，并判断当前深度与目标深度之间的距离，并根据下潜速度控制液压泵20排油或电磁阀22回油动作。直至到达目标深度后，进入悬停阶段，自动剖面浮标启动静默模式，控制单元及负载传感器周期性上电工作检查状态。

S3、当悬停阶段结束后，控制电磁阀22高频开启，剖面浮标下潜至最大工作深度；然后液压泵20启动，将液压油从内油箱16排至外皮囊21中，剖面浮标上浮，同时获取目标剖面数据，直至到达水面，自动定位并将目标剖面数据发送给岸基平台。

当剖面浮标下潜至最大工作深度后，控制液压泵20启动，将液压油从内油箱16排入外皮囊21中。此时自动剖面浮标排水量增大，浮力大于重力，开始上浮运动。在此阶段，液压泵20步进排油，调节上浮速度，负载传感器上电连续工作，获取目标剖面数据。当自动剖面浮标到达水面后，自动定位并将剖面数据发回岸基平台，然后进入下一个剖面。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。