[发明专利]一种多功能波浪能剖面浮标系统

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1.一种多功能波浪能剖面浮标系统，其特征在于，包括:浮球（6）、浮标平台（500）、钢缆（7）、上触发块（87-1）、下触发块（87-2）和锚块（9），所述浮标平台（500）包括支撑柱（50）、隔离架（51）、大浮块（52）、主支撑板（80）、钢缆单/双向控制单元（100）、杠杆单元（200）、同心限位单元（300），所述隔离架（51）和支撑柱（50）构成一可搭载各种传感器的搭载平台，所述浮球（6）与钢缆的顶端相连接，所述锚块（9）与钢缆的底端相连接，所述上触发块（87-1）固定于钢缆上并靠近浮球（6），所述下触发块（87-2）固定于钢缆上并靠近锚块（9），所述隔离架（51）固接于支撑柱（50）上，所述主支撑板（80）为两块，固定安装于隔离架（51）上；所述大浮块（52）可拆卸对称连接于隔离架（51）左右两侧上，所述钢缆单/双向控制单元（100）、杠杆单元（200）和同心限位单元设置于两主支撑板（80）之间，所述钢缆（7）穿过同心限位单元（300）和钢缆单/双向控制单元（100），由钢缆单/双向控制单元（100）控制钢缆可双向运动或仅可单向运动，所述浮标平台（500）完全浸没于海水中所受的浮力大于其自重，所述钢缆单/双向控制单元（100）包括基板（1）、楔形框（2）、卡轮（21）、卡轮框（3）、切换板（4）和卡块（10），所述切换板（4）、卡轮框（3）、楔形框（2）和基板（1）由前至后依次排列，所述楔形框（2）固接于基板（1）上，所述楔形框（2）具有导向槽（20），所述导向槽（20）上宽下窄，所述卡轮框（3）滑动连接于楔形框（2）上，可相对楔形框（2）上下滑动；所述卡轮框（3）具有与导向槽（20）等数量的框槽（30），框槽（30）之间由横板（32）分隔，所述卡轮（21）位于导向槽（20）和框槽（30）中，每个导向槽（20）中具有两个卡轮（21），所述切换板（4）与卡轮框（3）相固接，所述切换板（4）下部两侧各具有一条弹性条（40），所述弹性条（40）的尾端均具有一三角形凸起（41），所述卡块（10）为两个，固定安装于基板（1）上；所述卡块（10）具有止挡弹性条（40）三角形凸起（41）的凸起部，所述凸起部为三角形，顶面和底面均为斜面；所述三角形凸起（41）的顶面和底面均为斜面，所述杠杆单元（200）包括杠杆（82）、杠杆架（83）、转轴（84）和连接块，所述连接块固定安装于切换板（4）上，所述杠杆（82）与连接块相固接，所述杠杆架（83）的两端分别与两主支撑板（80）转动连接，所述转轴（84）连接于杠杆架上，所述杠杆（82）的两端开设有安装通孔（82a），所述安装通孔（82a）的孔径大于转轴（84）的直径，所述转轴（84）穿过杠杆（82）的安装通孔（82a），所述基板（1）与主支撑板（80）相固接，所述杠杆架（83）、转轴（84）、同心限位单元（300）均为两个，两同心限位单元（300）分设于钢缆单/双向控制单元（100）上下两侧，两杠杆架（83）分设于杠杆（82）的上下两端处；

所述同心限位单元（300）包括：上安装框（88-1）、下安装框（88-2）、支撑块（88-3）、固定板（88-4）、第一销轴（88-5）、第一滚筒（88-6）、第二销轴（88-7）和第二滚筒（88-8），所述上安装框（88-1）、下安装框（88-2）、支撑块（88-3）通过螺栓由上至下依次固接于一起，所述支撑块（88-3）与主支撑板相固接，所述第一销轴（88-5）固定安装于上安装框（88-1）上，所述第一销轴（88-5）为两条，平行布设；所述第一滚筒（88-6）套装于第一销轴（88-5）上，所述第二销轴（88-7）固定安装于下安装框（88-2）上，所述第二销轴（88-7）为两条，平行布设；所述第二滚筒（88-8）套装于第二销轴（88-7）上，所述第一销轴（88-5）的轴线与第二销轴（88-7）的轴线相垂直，所述固定板（88-4）的底部通过螺栓与下安装框（88-2）相固接，固定板（88-4）的头端与上安装框（88-1）相卡接，所述钢缆（7）穿于两第一滚筒（88-6）之间及两第二滚筒（88-8）之间，所述支撑块（88-3）通过螺栓与主支撑板（80）相固接；

当切换板（4）处于向下最大行程处时，卡轮（21）夹于导向槽（20）底边和框槽（30）顶边之间，此时导向槽（20）的底边、与导向槽（20）对应的框槽（30）的顶边及导向槽（20）的两侧边围成一上宽下窄的区域（36），所述区域（36）的高度大于卡轮（21）的直径，两卡轮（21）位于区域（36）的最底部处时，两卡轮（21）之间的最近距离小于钢缆的直径，两卡轮（21）位于区域（36）的最顶部处时，两卡轮（21）之间的最近距离大于钢缆的直径；

a_钢缆a_平台

其中，a_钢缆：波浪袭来时在浮球被“浸没”时产生的浮力作用下，钢缆被浮球“猛拉”的最大瞬间加速度；

a_平台：浮标平台在钢缆向上抽出而被完全“释放”瞬间自由上浮时的最大加速度；

F_浮（浪）：浮球在波浪袭来时因被“浸没”而产生的最大浮力；

m_球：浮球的质量；

m_缆：钢缆的质量；

m_锚：锚块的质量；

F_{净浮（台）}：浮标平台的净浮力；

M_台：浮标平台的质量；

其中：

G_净：锚块在水中的净重力；

C：阻力系数；

ρ：系统工作环境的水体密度；

υ：水体相对于水下钢缆的相对速度；

S₀：浮标平台的迎流面积；

S₁：水下钢缆的迎流面积；

h₁，上杠杆架U形臂上表面与主支撑板上表面间的垂直距离；

h₀，同心限位单元下滚筒中心水平面与杠杆架U形臂上表面间的垂直距离；

l₂，同心限位单元下滚筒最靠中心的边缘与主支撑板间的距离。