[发明专利]一种海洋波浪能驱动的自动剖面观测装置

说明书

技术领域

本发明属于海水自动观测技术领域，适用于海洋中集成多种传感器进行自动剖面观测而设计的搭载平台，具体涉及一种海洋波浪能驱动的自动剖面观测装置。

背景技术

当今海洋观测、预报、研究越来越依靠于各类物理生态化学参数的自动连续观测，如海流潮流速度，厄尔尼诺现象的观测和预报，河口营养物质的输送转移等等，而获得高时间和空间分辨率的数据是关键和基础。目前常被使用的经典观测手段一般为集成了多种传感器的各类锚系系统，包括浮标、潜标、底部平台、着陆器等搭载平台。传感器通过浮力装置、连接缆绳、锚定装置、释放装置等固定于海水中某特定层位，进行长时间连续观测。然而，由于海洋地形变化剧烈，特定站位水深可从几十米到上千米，多套特定层位传感器观测显然成本高昂，操作难度加大。尤其在广袤的大海，进行多个锚系站位的观测更是使成本急剧上升，因此发展经济有效的自动剖面观测系统显得尤为迫切。

自动剖面观测装置有如下几种：1.电动机驱动缆绳释放和回收，带动传感器上下移动。电动机可放置于表层浮体内，传感器平台中，或海底锚定装置内。如Idronaut公司Buoy Profiler，Mclane公司的moored profiler，WHOI研究所的Ice-tethered profiler等。这种方法需要电机驱动，能耗大，成本高。2.整体平台浮力改变使得传感器上升或下沉。如Argo浮标、Glider滑翔机、AUV水下机器人等。在开阔大洋已被广泛使用，但由于油囊可变浮力很小，只能搭载有限且体积小巧的温盐等传感器，限制了多参数数据获得，且自动控制系统要求高，成本不菲，并不易于近海布放。3.波浪能驱动传感器平台沿缆绳单方向下降，触发开关后上浮至海面，如ODIM公司的Seahorse profiler，Del Mar公司的Wirewalker。这种利用波浪能进行垂直单向运动的方式非常环保，维护和操作方便，很有前景。但是Seahorse上浮时由电动开关触发，需要电机、电池和控制系统，Wirewalker结构复杂，且技术保密，引进成本高居不下。

我国海洋浮标、潜标等自动观测平台技术发展迅速，而利用波浪能自动剖面观测装置还未有报道，随着海洋科学研究和军事需要的增加，迫切需要一种操作简易、维护方便、成本低，适用海域广泛的自动剖面观测装置。

发明内容

为了解决上述的技术问题，克服现有自动剖面观测装置的不足，填补国内自动剖面观测的空白，本发明提供一种利用波浪能驱动下降，机械触发上浮、结构简单、维护方便、可适用海域广泛的平台装置。平台为机械构造，不需要电子控制系统，可根据需求搭载各类传感器，进行长时间自动剖面观测，可用于定点布放，也可以漂浮使用。成本低，操作方便。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

本发明提供一种海洋波浪能驱动的自动剖面观测装置，包括浮球、重块、钢缆、单向移动模块、支架、浮力材料等。单向移动模块和支架固定为一个整体，支架上搭载浮力材料和传感器，浮力材料根据重量计算平衡，使整个装置存在净的上浮力。浮球浮于海面，重块悬于钢缆底部。起初，单向移动模块内部锁止机构处于锁止状态，当浮球随波浪向上移动时，带动钢缆和重块同时向上，而单向移动模块相对钢缆向下移动，当浮球随波浪下降时，单向移动模块因内部钢球与钢缆挤压而被固定在钢缆上，相对钢缆保持静止，达到一起下降的目的。如此重复，这样整个平台相对钢缆逐步下降。当移动至钢缆底端最低限位处时，触发锁定开关解锁钢球和钢缆之间的挤压力，整个平台由于净浮力而上浮，当移动至海面附近的钢缆顶端最高限位处时，反向触发锁定开关重新进入锁止状态，逐步下降。

所述浮球、钢缆、重块自上而下连接为一体，仪器台架内含单向移动模块，被钢缆穿过，在靠近浮球和重块附近的钢缆上各有一个限位器，限制仪器台架滑出钢缆。同时，上部限位器可触发模块内机关，模块锁止使台架单向逐步向下移动；下部限位器可触发模块机关，模块解锁台架在浮力材料带动下直线上浮；传感器和浮力材料集成搭载在仪器台架上，可实时记录水质参数。

所述仪器台架是中空的长方体结构，内部固定单向移动模块。外上部或内部均可安装浮力材料，确保整体台架有净浮力。外下部安装传感器，用于实时记录水质参数。顶部和底部各固定有两个圆柱状轴承，防止与钢缆过度摩擦，同时允许限位装置进入中空的长方体内部，触发内部单向移动模块机关。其中台架整体为可拆卸设计，长方体侧面盖板可打开，便于安装在钢缆上。外部有若干钻孔便于安装传感器等部件。