[发明专利]一种声学定位式自浮沉剖面浮标装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋剖面浮标测量装置，特别是涉及一种由声信号改变运动轨迹的自浮沉海洋剖面浮标测量装置。

背景技术

海洋环境参数的剖面测量对于海洋学研究、海上科学调查、渔情评估和海上军事活动具有重要意义。进行海洋环境参数剖面测量一般有快速投弃式、船载下放式和固定传感器链式三种方式。投弃式和船载下放式所获取的数据垂向分布密集，可用于小尺度海洋分析，但使用时必须使用船只在待测海域反复作业，所需人员多、时间长，经费成本较高，而且无法获取长期连续的剖面资料。传感器链式方式由船只在待测海域布放传感器链，使用一个长链连接一系列的海洋传感器进行定点剖面连续观测。传感器链式方式只能布放有限个传感器，测量点垂向分布稀疏，剖面数据量小。

近年来，科学家开始研究使用浮标进行剖面观测，一种自持式剖面观测浮标已逐渐受到重视。这种浮标使用高压柱塞泵吸、排液体，引起自身排水量变化，产生上浮和下沉的动力。下降和上升运动的浮标携带的传感器进行剖面观测。

图1显示现有自持式剖面观测浮标的基本结构，圆柱体浮标主体结构的耐压壳体6下端装有液/气囊1，上端携带海洋环境测量传感器8和与卫星通讯的通讯天线9。耐压壳体6内部装有柱塞泵4，通过电路板5供电控制柱塞泵4运动，向液/气囊1推入或吸出液体。浮标在投放入海后通过结构体积变化实现浮力改变，形成下沉或上升运动。耐压壳体6内的下部设置电池组2，用于向柱塞泵4、电路板5和测量传感器8供电。柱塞泵4侧端装有压力传感器3，用于测量浮标在水下运动的实时压力，进而得到运动深度数据。测量传感器8和压力传感器3测得数据信号通过通讯天线9发送出去。自持式剖面观测浮标耐压壳体6的内部还装有气泵7，在浮标浮上水面停留时，向液/气囊1充入空气，形成更大的浮力，便于浮标保持姿态。

这种自持式剖面观测浮标开始工作后，不再受操作人员控制，自行随海浪和海流漂移，容易出现与船只碰撞受损或漂浮到岸边停止工作的情况，进而影响海洋环境剖面测量。

发明内容

针对现有自持式剖面观测浮自行随海浪和海流漂移、容易出现与船只碰撞受损或漂浮到岸边停止工作的情况，本发明推出了一种声学定位式自浮沉剖面浮标装置，浮标体两侧设置侧翼，浮标内设置陀螺仪和声学换能器，声学换能器接受来自海底设定声源的声信号，通过陀螺仪获取运动姿态，并不断调整翼片角度，保持上浮和下沉的浮标与海底设定声源的水平距离固定，使自浮沉剖面浮标在一个很小的范围内反复上下运动，避免自行随海浪和海流漂移

本发明涉及的声学定位式自浮沉剖面浮标装置的主体结构为圆柱体，圆柱壳体外部前端设置油囊、后端设置海洋传感器和通讯天线，圆柱壳体侧面设置声学换能器，圆柱壳体侧面轴对称设置一对侧翼。

声学换能器为被动式换能器，接受来自海底固定设置的海底声源声学信号，具有输入的用于辨识的声源声信号的特征参数和声源深度信号。

圆柱壳体内为密封舱，设置高压柱塞泵、步进电机、陀螺仪、压力传感器、控制电路板和电池组。电池组为高压柱塞泵、步进电机、陀螺仪和压力传感器供电。

高压柱塞泵、步进电机、陀螺仪、压力传感器、声学换能器分别与控制电路板连接。

圆柱壳体内设置两组步进电机，两组步进电机分别与圆柱壳体侧面设置的侧翼连接，控制侧翼旋转。

陀螺仪为三维陀螺仪，用于实时获取自浮沉剖面浮标姿态。

高压柱塞泵与圆柱壳体外部的油囊连接，可进行吸、排液体动作，改变自浮沉剖面浮标的排水量，使浮标上浮和下沉。

圆柱壳体外部设置测量传感器和通讯天线与圆柱壳体内的控制电路板连接。