專利名稱：一種海洋監(jiān)測用潛標的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋參數(shù)觀測調(diào)査的機電一體化設(shè)備，尤其涉及一種海洋監(jiān)測用潛標， 此裝置能夠?qū)崟r獲取水下不同層面上的溫度、鹽度、深度等海洋水文資料。
背景技術(shù)：
海洋潛標系統(tǒng)又稱水下浮標系統(tǒng)，是海洋環(huán)境觀測的重要設(shè)備之一。海洋觀測潛標按照 與水面支持設(shè)備(母船或平臺)間聯(lián)系方式的不同，可以大致分為兩大類 一類是有纜水下
觀測潛標，通過電纜由母船向其提供動力，人在母船上通過電纜對其進行遙控;另一類是無纜
水下觀測潛標，也稱為水下自主式觀測潛標。
傳統(tǒng)的有纜式海洋潛標系統(tǒng)一般由水下部分和水上機組成。水下部分一般由主浮體、探
測儀器、浮子錨系系統(tǒng)和釋放器等組成。通常主浮體布放在海面下100米左右或更深的水域
中；錨系系統(tǒng)將整個系統(tǒng)固定在某一選定的測點上。在主浮體與錨之間的系留繩索上，根據(jù) 需要掛放多層自動觀測儀器和浮子，在系留索與錨的連接處安裝釋放器。海洋潛標系統(tǒng)由工 作船布放，觀測儀器在水下進行長周期的自動觀測并將觀測數(shù)據(jù)儲存?；厥障到y(tǒng)時，工作船 到達原測點，水上機發(fā)送指令是釋放器釋放錨塊，系統(tǒng)上浮回收。
傳統(tǒng)的有纜布放式海洋監(jiān)測潛標為了觀測海面下不同深度的層面上的海洋參數(shù)，須沿系 纜在相隔幾十米或幾百米處的不同深度上放置所需觀測儀器，因此，由于攜帶的觀測儀器數(shù) 量多而導(dǎo)致成本很高。傳統(tǒng)有纜式監(jiān)測潛標適合長期的海洋'參數(shù)觀測工作，不具備機動靈活 的特點。
無纜式監(jiān)測潛標目前最先進的比如argo: ARGO浮標的工作原理
浮標的沉浮功能主要依靠液壓驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)則由單沖程泵、皮囊、壓力傳感器和高壓管路等部件組成，皮囊裝在浮標體的外部，有管路與液壓系統(tǒng)相連。當(dāng)泵體內(nèi)的 油注入皮囊后會使皮囊體積增大，致使浮標的浮力逐漸增大而上升。反之，柱塞泵將皮囊里 的油抽回，皮囊體積縮小，浮標浮力隨之減小，直至重力大于浮力，浮標體逐漸下沉。若在 浮標的控制微機中輸入按預(yù)定動作要求編寫的程序，則微機會根據(jù)壓力傳感器測量的深度參 數(shù)控制下潛深度、水下停留時間、上浮、剖面參數(shù)測量、水面停留和數(shù)據(jù)傳輸，以及再次下 潛等工作環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)浮標的自動沉浮、測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?br> 無纜式argo浮標的缺點是它的測量過程是事先通過程序設(shè)定是的浮標潛到設(shè)定深度， 然后在上升過程中利用自身攜帶的各種傳感器進行連續(xù)剖面測量，當(dāng)浮標到達海面后，通過 定位，與數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)自動將測量數(shù)據(jù)傳送到衛(wèi)星地面接收站，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送 給浮標擁有者。浮標在海面的停留時間約需6 12h，當(dāng)全部測量數(shù)據(jù)傳輸完畢后，浮標會再 次自動下沉到預(yù)定深度，重新開始下一個循環(huán)過程。Argo浮標雖然不像有纜式浮標需攜帶很 多組傳感器，但是它不能隨時根據(jù)需要進行動作，也不具備在某一設(shè)定深度停留的功能，不 具備機動靈活的特點，并且數(shù)據(jù)不是實時傳輸?shù)?，需要在浮出水面后通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)傳輸給浮 標擁有者。Argo浮標的最大排油量有限，排油量的大小由液壓驅(qū)動系統(tǒng)活塞一個行程的排油 量所決定，受到液壓缸直徑大小、長度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對己有技術(shù)的不足，提供一種能夠根據(jù)預(yù)定程序或外部指令下潛、 定深、上浮，測量數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)侥复喜⑶夷复軌蚪o水下的潛標定位，潛標觀測得到的 溫度、鹽度和水深壓力數(shù)據(jù)能夠定時傳輸?shù)娇疾齑喜⒋鎯υ跐摌酥械囊环N海洋監(jiān)測用潛標。
本發(fā)明的一種海洋監(jiān)測用潛標，它包括中間耐壓殼體、分別連接在所述的中間耐壓殼體 兩端的頭耐壓殼體、尾耐壓殼體，在所述的中間耐壓殼體內(nèi)安裝有作為潛標內(nèi)部各部分連接 的基本框架用的支撐架，一個其上套有外皮囊護罩的外皮囊設(shè)置在所述的尾耐壓殼體的外部， 所述的外皮囊護罩通過與其相連的底部彎托桿與所述的支撐架固定相連，在所述的外皮囊內(nèi) 插有一個外皮囊氣閥桿，所述的外皮囊氣閥桿的一端與一個外皮囊油管的一端相連，所述的 外皮囊油管的另一端與一個電磁換向閥的第一接口相連通； 一個內(nèi)皮囊設(shè)置在所述的中間耐壓殼體內(nèi)，內(nèi)皮囊固定板將所述的內(nèi)皮囊固定在所述的支撐架上，在所述的內(nèi)皮囊內(nèi)插有一 個內(nèi)皮囊氣閥桿，所述的內(nèi)皮囊氣閥桿的一端與一個內(nèi)皮囊油管的一端相連，所述的內(nèi)皮囊 油管的另一端與所述的電磁換向閥的第二接口相連通；在所述的支撐架上固定有一個電機， 所述的電機的輸出軸的轉(zhuǎn)動通過傳動裝置被傳遞給一個套在絲杠上的絲杠螺母；所述的絲杠 的一端固定有絲杠防轉(zhuǎn)件并且其另一端通過設(shè)置在液壓缸內(nèi)的活塞軸銷與活塞相連， 一個沿 垂直方向開有導(dǎo)向槽的導(dǎo)向支架固定在所述的支撐架上，所述的絲杠防轉(zhuǎn)件兩端插在所述的 導(dǎo)向槽內(nèi)并且與其彼此之間上、下相滑動配合，所述的液壓缸的出口端通過液壓缸出口接頭 與所述的電磁換向閥相連通；在所述的頭耐壓殼體的上部安裝有傳感器護罩，在所述的傳感 器護罩內(nèi)安裝有溫度、鹽度、深度傳感器、聲通信模塊，在母艦上安裝有主控計算機和向所 述的聲通信模塊發(fā)出定位信號的超短基線系統(tǒng)，在所述的支撐架上連接有電池組、單片機； 所述的主控計算機通過第一電平轉(zhuǎn)換芯片輸出運動控制命令給所述的聲通信模塊并接收來自 于所述的聲通信模塊的數(shù)據(jù)信號，所述的聲通信模塊用于接收所述的主控計算機輸出的運動 控制命令并將該命令通過第二電平轉(zhuǎn)換芯片輸出給所述的單片機同時接收來自所述的單片機 的數(shù)據(jù)信號，所述的單片機用于采集所述的傳感器的輸出數(shù)據(jù)并通過所述的第二電平轉(zhuǎn)換電 路將該數(shù)據(jù)傳輸給所述的聲通信模塊同時接收來自所述的聲通信模塊的運動控制命令，所述 的電池組的電源輸出端與所述的單片機的電源端相連；所述的單片機通過其接口發(fā)出信號給 一個控制芯片，所述的控制芯片將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號向電動機發(fā)出正、反 轉(zhuǎn)、停止控制信號，并向所述的換向閥發(fā)出換向信號。
本發(fā)明新型觀測潛標的有益效果是，既可以像argo浮標那樣根據(jù)預(yù)定程序動作，也可 以隨時根據(jù)操作指令的需要進行上浮下潛動作，并且可以在任何一個設(shè)定的深度上進行定深， 具有機動靈活的特點。潛標和母船之間的通訊利用聲通訊直接進行信息交流，母船可以與浮 標進行通訊來操縱浮標的動作，并實時獲得浮標所測得的數(shù)據(jù)。并且次液壓系統(tǒng)在耐壓殼體 內(nèi)部設(shè)置一個內(nèi)皮囊用來儲備液壓油，當(dāng)系統(tǒng)所需排油量大于活塞一個行程的排油量時，通 過電磁閥位置的改變液壓系統(tǒng)可以將內(nèi)皮囊內(nèi)的液壓油先抽入液壓缸讓后排入外皮囊中。


圖1是本發(fā)明的海洋監(jiān)測用潛標的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局圖; 圖2是海洋監(jiān)測用潛標的耐壓殼結(jié)構(gòu)三維圖； 圖3是圖1所示的潛標的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖1所示的潛標的硬件控制線路圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
如圖l一2所示的海洋監(jiān)測用潛標，它包括中間耐壓殼體47、分別連接在所述的中間耐 壓殼體47兩端的頭耐壓殼體2、尾耐壓殼體24，在所述的中間耐壓殼體47內(nèi)安裝有作為潛 標內(nèi)部各部分連接的基本框架用的支撐架48， 一個其上套有外皮囊護罩的外皮囊25設(shè)置在 所述的尾耐壓殼體24的外部，所述的外皮囊護罩通過與其相連的底部彎托桿23與所述的支 撐架48固定相連，在所述的外皮囊25內(nèi)插有一個外皮囊氣閥桿26，所述的外皮囊氣閥桿26 的一端與一個外皮囊油管27的一端相連，所述的外皮囊油管27的另一端與一個電磁換向閥 22的第一接口相連通； 一個內(nèi)皮囊6設(shè)置在所述的中間耐壓殼體47內(nèi)，所述的內(nèi)皮囊通過 內(nèi)皮囊固定板9固定在所述的支撐架48上，在所述的內(nèi)皮囊6內(nèi)插有一個內(nèi)皮囊氣閥桿8， 所述的內(nèi)皮囊氣閥桿8的一端與一個內(nèi)皮囊油管21的一端相連，所述的內(nèi)皮囊油管21的另 一端與所述的電磁換向閥22的第二接口相連通在所述的支撐架48上固定有一個電機10， 所述的電機10的輸出軸的轉(zhuǎn)動通過傳動裝置被傳遞給一個套在絲杠上的絲杠螺母39;所述 的絲杠42的一端固定有絲杠防轉(zhuǎn)件43并且其另一端通過設(shè)置在液壓缸30內(nèi)的活塞軸銷36 與活塞35相連， 一個沿垂直方向開有導(dǎo)向槽的導(dǎo)向支架45固定在所述的支撐架48上，所述 的絲杠防轉(zhuǎn)件43的兩端插在所述的導(dǎo)向槽內(nèi)并且與其彼此之間上、下相滑動配合，所述的液 壓缸30的出口端通過液壓缸出口接頭29與所述的電磁換向閥22相連通；在所述的頭耐壓殼 體2的上部安裝有傳感器護罩，在所述的傳感器護罩內(nèi)安裝有溫度、鹽度、深度傳感器51、 聲通信模塊。所述的在母艦上安裝有主控計算機和向所述的聲通信模塊發(fā)出定位信號的超短 基線系統(tǒng)。在所述的支撐架48上連接有電池組20、單片機。結(jié)合圖4所述的主控計算機通過第一電平轉(zhuǎn)換芯片輸出運動控制命令給所述的聲通信模塊并接收來自于所述的聲通信模塊 的數(shù)據(jù)信號，所述的聲通信模塊用于接收所述的主控計算機輸出的運動控制命令并將該命令 通過第二電平轉(zhuǎn)換芯片輸出給所述的單片機同時接收來自所述的單片機的數(shù)據(jù)信號，所述的 單片機用于采集所述的傳感器的輸出數(shù)據(jù)并通過所述的第二電平轉(zhuǎn)換電路將該數(shù)據(jù)傳輸給所 述的聲通信模塊同時接收來自所述的聲通信模塊的運動控制命令，所述的電池組的電源輸出 端與所述的單片機的電源端相連；所述的單片機通過其接口發(fā)出信號給一個控制芯片，所述 的控制芯片將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(A/D轉(zhuǎn)換)向電動機發(fā)出正、反轉(zhuǎn)、停 止控制信號，并向所述的換向閥發(fā)出換向信號。所述的轉(zhuǎn)動傳動裝置可以為安裝在所述的電 機10的輸出軸上的有一個小齒輪14， 一個大齒輪41通過齒輪軸安裝在所述的支撐架48上， 所述的大齒輪41與所述的小齒輪14相嚙合配合；所述的大齒輪41通過連接螺栓40與套在 所述的絲杠42上的絲杠螺母39相連。
本發(fā)明的觀測潛標的工作過程是當(dāng)將觀測浮標釋放到海水中后，位于海面上的水面支 持設(shè)備母船上的主控計算機控制程序發(fā)送給潛標運動控制信號，通過聲通信模塊傳給水下觀 測潛標的單片機控制系統(tǒng)，所述的單片機通過其接口發(fā)出信號給控制芯片，所述的控制芯片 將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號發(fā)出信號給電磁換向閥22和電機10，使得電磁換向 閥22打開到需要位置，同時控制驅(qū)動電機10旋轉(zhuǎn)。電機10的轉(zhuǎn)動經(jīng)過小齒輪14和大齒輪 41組成的減速器減速后，通過連接螺栓40傳給絲杠螺母39，由于絲杠42與只能沿導(dǎo)向支架 4作直線運動的絲杠防轉(zhuǎn)件43聯(lián)結(jié)為一體，所以絲杠42將驅(qū)動活塞35在液壓缸30內(nèi)作直 線運動，由于外皮囊25經(jīng)過換向閥22和外皮囊油管27與液壓缸30相通，進而傳遞液壓油 流入或流出外皮囊。如果需要潛標下沉，則控制信號改變電磁換向閥22的位置，同時電機 10帶動活塞35向上運動使得液壓油流出外皮囊，浮標浮力減小，開始下沉。如果需要潛標 上浮，則控制信號改變電磁換向閥22的位置，同時電機10帶動活塞35向下運動使得液壓油 流入外皮囊，浮標浮力增大，開始上浮。
本觀測潛標的液壓驅(qū)動系統(tǒng)還設(shè)置有一個充滿液壓油的內(nèi)皮囊6在耐壓殼體內(nèi)部，此設(shè)置能夠解決液壓柱塞泵活塞一個行程的排油量有限的問題。當(dāng)所需要的排油量大于活塞一個 行程的排油量時，活塞向下運動到底完成一個行程后，電機10反轉(zhuǎn)活塞上升，此時電磁換向 閥22變換位置，使得外皮囊內(nèi)的液壓油不受影響，內(nèi)皮囊6里的液壓油被抽到液壓缸30里， 然后電磁閥20再變換位置，電機10正轉(zhuǎn)活塞35下行，將液壓缸30內(nèi)的液壓油排到外皮囊 25中，此過程將循環(huán)直到所需的排油量全部排完。
潛標在水下運動的同時，潛標所攜帶的溫度、鹽度、深度等傳感器開始工作，不斷獲取 海洋各不同深度層面的溫度、鹽度、深度等參數(shù)。母船上的潛標操縱人員可以隨時利用主控 計算機控制程序發(fā)送控制命令要求讀取潛標溫度、鹽度、深度傳感器(CTD) 51所測得的各 種參數(shù)，用來監(jiān)視潛標的動作是否按照預(yù)期執(zhí)行，以及實時對海洋參數(shù)進行觀測。各種參數(shù) 將實時被顯示在上位機控制軟件的數(shù)據(jù)庫表格中，并可顯示出參數(shù)隨時間變化的曲線圖，觀 測方便直觀。
權(quán)利要求
1. 一種海洋監(jiān)測用潛標，它包括中間耐壓殼體(47)、分別連接在所述的中間耐壓殼體(47)兩端的頭耐壓殼體(2)、尾耐壓殼體(24)，其特征在于在所述的中間耐壓殼體(47)內(nèi)安裝有作為潛標內(nèi)部各部分連接的基本框架用的支撐架(48)，一個其上套有外皮囊護罩的外皮囊(25)設(shè)置在所述的尾耐壓殼體(24)的外部，所述的外皮囊護罩通過與其相連的底部彎托桿(23)與所述的支撐架(48)固定相連，在所述的外皮囊(25)內(nèi)插有一個外皮囊氣閥桿(26)，所述的外皮囊氣閥桿(26)的一端與一個外皮囊油管(27)的一端相連，所述的外皮囊油管(27)的另一端與一個電磁換向閥(22)的第一接口相連通；一個內(nèi)皮囊(6)設(shè)置在所述的中間耐壓殼體(47)內(nèi)，內(nèi)皮囊固定板(9)將所述的內(nèi)皮囊固定在所述的支撐架(48)上，在所述的內(nèi)皮囊(6)內(nèi)插有一個內(nèi)皮囊氣閥桿(8)，所述的內(nèi)皮囊氣閥桿(8)的一端與一個內(nèi)皮囊油管(21)的一端相連，所述的內(nèi)皮囊油管(21)的另一端與所述的電磁換向閥(22)的第二接口相連通；在所述的支撐架(48)上固定有一個電機(10)，所述的電機(10)的輸出軸的轉(zhuǎn)動通過傳動裝置被傳遞到一個套在絲杠(42)上的絲杠螺母(39)上；所述的絲杠(42)的一端固定有絲杠防轉(zhuǎn)件(43)并且其另一端通過設(shè)置在液壓缸(30)內(nèi)的活塞軸銷(36)與活塞(35)相連，一個沿垂直方向開有導(dǎo)向槽的導(dǎo)向支架(45)固定在所述的支撐架(48)上，所述的絲杠防轉(zhuǎn)件(43)的兩端插在所述的導(dǎo)向槽內(nèi)并且與其彼此之間上、下相滑動配合，所述的液壓缸(30)的出口端通過液壓缸出口接頭(29)與所述的電磁換向閥(22)相連通；在所述的頭耐壓殼體(2)的上部安裝有傳感器護罩，在所述的傳感器護罩內(nèi)安裝有溫度、鹽度、深度傳感器(51)、聲通信模塊，在母艦上安裝有主控計算機和向所述的聲通信模塊發(fā)出定位信號的超短基線系統(tǒng)，在所述的支撐架(48)上連接有電池組(20)、單片機；所述的主控計算機通過第一電平轉(zhuǎn)換芯片輸出運動控制命令給所述的聲通信模塊并接收來自于所述的聲通信模塊的數(shù)據(jù)信號，所述的聲通信模塊用于接收所述的主控計算機輸出的運動控制命令并將該命令通過第二電平轉(zhuǎn)換芯片輸出給所述的單片機同時接收來自所述的單片機的數(shù)據(jù)信號，所述的單片機用于采集所述的傳感器的輸出數(shù)據(jù)并通過所述的第二電平轉(zhuǎn)換電路將該數(shù)據(jù)傳輸給所述的聲通信模塊同時接收來自所述的聲通信模塊的運動控制命令，所述的電池組的電源輸出端與所述的單片機的電源端相連；所述的單片機通過其接口發(fā)出信號給一個控制芯片，所述的控制芯片將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號向電動機發(fā)出正、反轉(zhuǎn)、停止控制信號，并向所述的換向閥發(fā)出換向信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋監(jiān)測用潛標，其特征在于所述的轉(zhuǎn)動傳動裝置包括安 裝在所述的電機(10)的輸出軸上的一個小齒輪(14), 一個大齒輪(41)通過齒輪軸安 裝在所述的支撐架(48)上，所述的大齒輪(41)與所述的小齒輪(14)相嚙合配合；所 述的大齒輪(41)通過連接螺栓(40)與套在所述的絲杠(42)上的絲杠螺母(39)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋監(jiān)測用潛標，它包括殼體，在殼體內(nèi)安裝有支撐架，內(nèi)、外皮囊分別通過氣閥桿與電磁換向閥的接口相連通；在支撐架上固定有一個電機，電機的輸出軸的轉(zhuǎn)動傳遞給套在絲杠上的絲杠螺母；所述的絲杠的一端固定有絲杠防轉(zhuǎn)件并且其另一端與活塞相連，液壓缸的出口端與所述的電磁換向閥相連通；在殼體內(nèi)安裝有傳感器、聲通信模塊，在母艦上安裝有主控計算機和向所述的聲通信模塊發(fā)出定位信號的超短基線系統(tǒng)，在支撐架上連接有電池組、單片機；主控計算機輸出運動控制命令給聲通信模塊、單片機同時接收來自單片機的數(shù)據(jù)信號，單片機通過其接口發(fā)出信號給電動機、換向閥。采用本裝置能夠根據(jù)預(yù)定程序或外部指令下潛、定深、上浮。
文檔編號G01C13/00GK101487704SQ20091006798
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者釗 劉, 孫秀軍, 武建國, 王延輝, 王樹新, 陳超英 申請人:天津大學(xué)