專利名稱：海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋剖面自動(dòng)探測裝置，尤其是涉及一種海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)。
背景技術(shù)：
海洋環(huán)境對全球氣候變化有重大影響，布放在海洋中的剖面浮標(biāo)可以大范圍快速 搜集海洋0-2000米深海水的溫度、鹽度的剖面資料。從而提高氣象預(yù)報(bào)的精度，有效防御 全球日益嚴(yán)重的氣象災(zāi)害。而布放在海水中的剖面浮標(biāo)，要求具有自動(dòng)下潛和自動(dòng)上浮的自持能力，可在預(yù) 定深度漂浮，并能循環(huán)測量海洋剖面要素。目前多種剖面探測浮標(biāo)正處于研究發(fā)展階段。各 具有不同的特點(diǎn)。其中常用的衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)為自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)，又稱中性剖面探測漂流浮 標(biāo)。這種探測浮標(biāo)通過改變自身體積來實(shí)現(xiàn)在海洋中下潛和上浮。在上升過程中完成海洋 剖面測量。實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確測量海洋次表層海水溫度和鹽度的剖面數(shù)據(jù)。其工作原理是，自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)布放海上后，自動(dòng)潛入水下2000米以內(nèi) 的深度。隨海流保持中性自由漂浮，到達(dá)預(yù)定深度后自動(dòng)上浮。在上浮過程中傳感器測量 海水溫度和鹽度，到達(dá)海面后再處于漂浮狀態(tài)，然后在海面通過衛(wèi)星系統(tǒng)將采集的測量數(shù) 據(jù)傳輸給用戶。當(dāng)完成測量數(shù)據(jù)傳送后，自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)又自動(dòng)下潛并開始下一 次自動(dòng)循環(huán)探測過程，達(dá)到預(yù)定深度自動(dòng)上浮并進(jìn)行測量，一個(gè)自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo) 在海中反復(fù)進(jìn)行下潛、上浮地自動(dòng)循環(huán)探測?？蛇B續(xù)工作二年以上。圖1顯示現(xiàn)有自持式漂流循環(huán)探測浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)，該探測浮標(biāo)為細(xì)長的圓柱型 結(jié)構(gòu)，圓柱形耐壓殼體上部外側(cè)設(shè)置有平衡環(huán)，可以使耐壓殼體在海水中處于直立狀態(tài)。在 耐壓殼體內(nèi)設(shè)有電機(jī)、液壓柱塞泵、電池組、控制電路板及衛(wèi)星發(fā)射機(jī)，在耐壓殼體上端蓋 外部設(shè)有傳感器及通訊天線。耐壓殼體外部設(shè)有盛油皮囊。液壓柱塞泵通過高壓油管與盛 油皮囊相通。液壓柱塞泵由電機(jī)帶動(dòng)。將液壓油從皮囊內(nèi)注入或從皮囊內(nèi)抽出。使皮囊膨 脹或收縮，以改變探測浮標(biāo)的整體體積，實(shí)現(xiàn)探測浮標(biāo)在水下的上浮或下潛。在探測浮標(biāo)上 浮過程中，測量傳感器不斷測量海水的溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)。到達(dá)海面后由衛(wèi)星發(fā)射機(jī)通 過衛(wèi)星通訊天線將測量數(shù)據(jù)發(fā)送出去。但是，現(xiàn)有浮潛標(biāo)結(jié)構(gòu)存在如下的缺陷剖面探測浮標(biāo)內(nèi)腔體積一定，使盛放的液 壓油也是一定的，到達(dá)2000米以下的海底之后，剖面探測浮標(biāo)沒有足夠的浮力提供；另外， 由于不同的海況，海底密度和壓力不盡相同，對皮囊造成的變形也不盡相同，從而對浮標(biāo)的 深度控制的精度難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，而提供一種自持式漂 流循環(huán)探測浮標(biāo)，該浮標(biāo)通過改變自身體積的大小，從而使浮標(biāo)上浮或下潛。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，由圓柱形耐壓殼體、上端蓋和下端蓋構(gòu)成，上端蓋的外部設(shè)有傳感器和衛(wèi)星天線；在耐壓殼 體內(nèi)設(shè)置有電路控制板及由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓柱塞泵，所述電動(dòng)機(jī)與一電池組相連；其特 征在于所述圓柱型耐壓殼體為短粗型，分為外殼和內(nèi)殼，所述外殼和內(nèi)殼均為兩端開口的 筒狀結(jié)構(gòu)，外殼套設(shè)在內(nèi)殼的外部，兩者密封配合且可移動(dòng)；上端蓋通過上法蘭與外殼連接 在一起，下端蓋通過下法蘭與內(nèi)殼連接在一起；在殼體內(nèi)部安裝一液壓缸，該液壓缸的缸筒 固定在下法蘭上，與缸筒配合的活塞桿與上法蘭連接，液壓柱塞泵與缸筒相連。
在殼體的外部套設(shè)有保護(hù)皮囊，且保護(hù)皮囊的兩端與上、下法蘭連接。
在下端蓋的底部還安裝了一個(gè)輔助皮囊，所述輔助皮囊通過高壓油管及電磁換向 閥與柱塞泵相通，在輔助皮囊與柱塞泵之間的高壓油管上設(shè)有一電磁換向閥。所述液壓柱塞泵與缸筒之間的油路上設(shè)有電磁換向閥。所述上法蘭安裝有微型真空泵。所述上端蓋和下端蓋均為弧形結(jié)構(gòu)。所述傳感器為測量傳感器和壓力傳感器。本發(fā)明的有益效果，由于殼體采用了短粗圓柱型結(jié)構(gòu)，以取代目前傳統(tǒng)的細(xì)長型 結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)大了浮標(biāo)的直徑，減小浮標(biāo)的長度，降低其重心高度，使其更能抗擊海流和波 浪造成的沖擊影響，保持穩(wěn)定度。采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)改變浮標(biāo)本身體積的目的。在殼體的外部套設(shè)的皮囊，可以很好保護(hù)內(nèi)殼和外殼，使不受海水腐蝕，增加整體 的使用壽命，同時(shí)給內(nèi)外殼之間提供了輔助的密封措施，當(dāng)浮標(biāo)體積要縮小時(shí)，靠皮囊伸長 的拉力給液壓缸提供往回壓油的壓力，使液壓缸縮短，從而使浮標(biāo)體積減小，浮力減小。由于在下端蓋的外部又加入了一個(gè)輔助皮囊，進(jìn)一步增大了浮力，可以使浮標(biāo)能 夠在2000米海底以下也能提供足夠的浮力。


圖1為海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明外殼與內(nèi)殼移動(dòng)后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明輔助皮囊充油后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明液壓油路工作原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行具體的分析，本發(fā)明海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，由圓柱 形耐壓殼體17、上端蓋9及下端蓋2構(gòu)成，上端蓋9和下端蓋2均為弧形結(jié)構(gòu)。在上端蓋2 的外部設(shè)有傳感器10和衛(wèi)星天線11，該傳感器10和衛(wèi)星天線11通過上端蓋9的安裝孔安 裝在上端蓋2的頂部。參見圖2所示。在耐壓殼體內(nèi)設(shè)置有電路控制板7及由電動(dòng)機(jī)16帶動(dòng)的液壓柱塞泵19，電動(dòng)機(jī) 16與一電池組4相連，使電動(dòng)機(jī)16得到電源供應(yīng)。所述圓柱型耐壓殼體為短粗型，擴(kuò)大了 浮標(biāo)的直徑，該殼體分為外殼14和內(nèi)殼18，所述外殼14和內(nèi)殼18均為兩端開口的圓筒狀 結(jié)構(gòu)，外殼14套設(shè)在內(nèi)殼18的外部，兩者密封配合且可移動(dòng)；上端蓋9通過上法蘭8與外 殼14連接在一起，下端蓋2通過下法蘭3與內(nèi)殼18連接在一起。上端蓋9、上法蘭8及外殼14三者可以通過螺栓連接；下端蓋2、下法蘭3及內(nèi)殼18三者也一樣通過螺栓連接在一 起。在殼體內(nèi)部安裝一液壓缸，該液壓缸的缸筒5固定在下法蘭3上，與缸筒5配合的活塞 桿13與上法蘭8連接，液壓柱塞泵19通過油路與缸筒5相通。由于浮標(biāo)需要在海底進(jìn)行作業(yè)，所以各個(gè)連接之處均采用密封措施。即在浮標(biāo)內(nèi) 殼18和外殼14之間的連接處，安裝衛(wèi)星天線11和傳感器10的安裝孔，均可采用橡膠圈密 封。上述傳感器為測量傳感器和壓力傳感器。在上述殼體的外部套設(shè)有保護(hù)皮囊6，該保護(hù)皮囊6的兩端與上、下法蘭連接，皮 囊可以加少量潤滑油潤滑。該皮囊可以保護(hù)內(nèi)殼18和外殼14，從而使殼體不受海水腐蝕， 從而增加浮標(biāo)的整體使用壽命。同時(shí)也給內(nèi)、外殼之間提供輔助的密封措施。當(dāng)浮標(biāo)體積 要縮小時(shí)，靠皮囊伸長的拉力給液壓缸提供往回壓油的壓力，使液壓缸縮短，從而使殼體縮 短，皮囊和浮標(biāo)體積減小浮力減小。在下端蓋2的底部還安裝了一個(gè)輔助皮囊1，該輔助皮囊1可能通過固定螺栓23 連接到下端蓋2上，在輔助皮囊1和下端蓋2連接處可采用橡膠圈密封。該輔助皮囊1通過 高壓油管與液壓柱塞泵19相通，在輔助皮囊1與液壓柱塞泵19之間的高壓油管上設(shè)有一 電磁換向閥21。該輔助皮囊1可以進(jìn)一步改變浮標(biāo)的體積。當(dāng)需要浮標(biāo)潛入2000米以下 的海底，只需將液壓油注入皮囊之中，增大皮囊的體積，從而進(jìn)一步增加浮標(biāo)的浮力。當(dāng)遇 到特殊海況或因浮標(biāo)使用時(shí)間過長而導(dǎo)致浮力不夠時(shí)，即浮標(biāo)在2000米以上就沒有足夠 的浮力使其上浮，此時(shí)液壓柱塞泵可以將浮標(biāo)內(nèi)殼中的一部份液壓油注入到輔助皮囊中， 增大浮標(biāo)的體積，進(jìn)而增大浮標(biāo)浮力，使浮標(biāo)上浮。在上述液壓柱塞泵19與缸筒5之間的油路上設(shè)有電磁換向閥22。在上法蘭8上還安裝有一真空泵12，每當(dāng)浮標(biāo)上升到海平面時(shí)，真空泵12開始工 作，將浮標(biāo)內(nèi)腔抽成真空，保持浮標(biāo)內(nèi)腔一定的真空度，在一定程度上提高了浮標(biāo)的密封效 果，同時(shí)也使浮標(biāo)內(nèi)的零器件避免接觸空氣而導(dǎo)致氧化。本發(fā)明的浮標(biāo)工作原理，當(dāng)要增大浮標(biāo)體積時(shí)電池組4對電動(dòng)機(jī)16供電，電動(dòng)機(jī) 16驅(qū)動(dòng)液壓柱塞泵19轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電磁換向閥22將高壓油注入液壓缸的缸筒5內(nèi)，液壓缸的 活塞桿13推出，從而推動(dòng)上法蘭8和下法蘭3相互分離，從而帶動(dòng)外殼14和內(nèi)殼18相互 移動(dòng)，則浮標(biāo)體積增大，浮標(biāo)上浮。到達(dá)海面之后，電磁換向閥22得電，關(guān)閉供油回路，浮標(biāo) 則浮于海面之上。參見圖3所示。當(dāng)遇到特殊海況、因浮標(biāo)使用時(shí)間過長而導(dǎo)致浮力不夠或潛入2000米以下的海 底時(shí)，需要進(jìn)一小增大浮標(biāo)的浮力，此時(shí)電磁換向閥22得電，關(guān)閉液壓缸供油回路，電磁換 向閥21失電，液壓柱塞泵19將浮標(biāo)腔內(nèi)的液壓油注入輔助皮囊1之中，為浮標(biāo)提供輔助浮 力，到達(dá)海面之后，電磁換向閥21得電，關(guān)閉皮囊供油回路，則浮標(biāo)浮于海面之上。參見圖 4所示。當(dāng)浮標(biāo)下沉?xí)r，需要減小體積，電磁換向閥21失電，液壓柱塞泵19停止工作，液壓 油通過皮囊的壓力和海水的壓力將液壓油壓回浮標(biāo)內(nèi)腔之中，電磁換向閥22失電，液壓缸 中的液壓油通過浮標(biāo)內(nèi)腔真空度、海水壓力和連接浮標(biāo)內(nèi)外殼的皮囊的拉力將液壓油壓回 浮標(biāo)內(nèi)腔，則浮標(biāo)下沉。到達(dá)海底一千米時(shí)，壓力傳感器將信號傳給電磁換向閥22，則電磁 換向閥22得電，壓力油停止壓回浮標(biāo)內(nèi)腔之中，浮標(biāo)停留于海底一千米處；經(jīng)過一段時(shí)間電磁換向閥22失電，壓力油重新被壓回浮標(biāo)內(nèi)腔，浮標(biāo)體積進(jìn)一步縮小，浮標(biāo)繼續(xù)下沉；到 達(dá)海底兩千米時(shí)，壓力傳感器將信號傳輸?shù)诫姶艙Q向閥22，則電磁換向閥得電，壓力油停止 被壓回浮標(biāo)內(nèi)腔，浮標(biāo)體積停止縮小，則浮標(biāo)停留于海底兩千米處。海水壓力將輔助皮囊1的高壓油通過電磁換向閥21壓回浮標(biāo)內(nèi)腔，則浮標(biāo)體積減 ??；海水壓力、浮標(biāo)內(nèi)腔真空壓力、保護(hù)皮囊6的拉力將液壓缸缸筒5內(nèi)的高壓油通過電磁 換向閥21壓回浮標(biāo)內(nèi)腔，則浮標(biāo)體積減小。本發(fā)明浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程為首先將浮標(biāo)投放至所需要測量的海域，開機(jī)運(yùn)行；與衛(wèi) 星進(jìn)行通訊，取得浮標(biāo)的位置和工作情況；通訊結(jié)束后浮標(biāo)收縮外殼，開始下潛；下潛到 一千米海深時(shí)停留一段時(shí)間；浮標(biāo)繼續(xù)收縮外殼下潛；當(dāng)?shù)竭_(dá)2000米海底的時(shí)候停留一段 時(shí)間；浮標(biāo)伸長外殼開始上浮；在上浮的過程中測量所需要采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)；浮標(biāo) 上升至海平面，這時(shí)浮標(biāo)的外殼伸長到最長以保證能有足夠的浮力使浮標(biāo)浮在海面上和保 持浮標(biāo)的平穩(wěn)性，便于與衛(wèi)星的連接和通訊；浮標(biāo)繼續(xù)收縮外殼下潛，在探測浮標(biāo)上浮過程 中，測量傳感器不斷測量海水的溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)。到達(dá)海面后由衛(wèi)星發(fā)射機(jī)通過衛(wèi)星 通訊天線將測量數(shù)據(jù)發(fā)送出去。重復(fù)以上過程直到電池耗盡沉入海底為止，這一過程至少 要維持四至五年的時(shí)間。
權(quán)利要求
1.海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，由圓柱形耐壓殼體、上端蓋和下端蓋構(gòu)成，上端蓋的外部設(shè) 有傳感器和衛(wèi)星天線；在耐壓殼體內(nèi)設(shè)置有電路控制板及由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓柱塞泵，電 動(dòng)機(jī)與一電池組相連；其特征在于所述圓柱型耐壓殼體為短粗型，分為外殼和內(nèi)殼，所述 外殼和內(nèi)殼均為兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，外殼套設(shè)在內(nèi)殼的外部，兩者密封配合且可移動(dòng)；上 端蓋通過上法蘭與外殼連接在一起，下端蓋通過下法蘭與內(nèi)殼連接在一起；在殼體內(nèi)部安 裝一液壓缸，該液壓缸的缸筒固定在下法蘭上，與缸筒配合的活塞桿與上法蘭連接，液壓柱 塞泵與缸筒通過油管相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于在殼體的外部套設(shè)有 保護(hù)皮囊，且保護(hù)皮囊的兩端與上、下法蘭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于在下端蓋的底部還安 裝了一個(gè)輔助皮囊，所述輔助皮囊通過高壓油管與液壓柱塞泵相通，在輔助皮囊與柱塞泵 之間的高壓油管上設(shè)有一電磁換向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于在下端蓋的底部還安 裝了一個(gè)輔助皮囊，所述輔助皮囊通過高壓油管與液壓柱塞泵相通，在輔助皮囊與柱塞泵 之間的高壓油管上設(shè)有一電磁換向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一種所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于所述液 壓柱塞泵與缸筒之間的油路上設(shè)有一電磁換向閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一種所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于所述上 法蘭安裝有微型真空泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于所述上法蘭安裝有微 型真空泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一種所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于所述上 端蓋和下端蓋均為弧形結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一種所述的海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)，其特征在于所述傳 感器為測量傳感器和壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋剖面循環(huán)探測浮標(biāo)。用于搜集海洋海水的溫度、鹽度的剖面資料。其結(jié)構(gòu)由圓柱形耐壓殼體、上端蓋和下端蓋構(gòu)成，上端蓋設(shè)有傳感器和衛(wèi)星天線；在耐壓殼體內(nèi)設(shè)置有液壓柱塞泵；所述圓柱型耐壓殼體為短粗型，分為外殼和內(nèi)殼，外殼套設(shè)在內(nèi)殼的外部，兩者密封配合且可移動(dòng)；上、下端蓋分別通過上、下法蘭與外殼和內(nèi)殼連接在一起；在殼體內(nèi)部安裝液壓缸，該液壓缸的缸筒和活塞桿分別固定在上、下法蘭上，液壓柱塞泵與缸筒相通。由于采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)改變浮標(biāo)本身體積。殼體為短粗圓柱型結(jié)構(gòu)，減小浮標(biāo)的長度，擴(kuò)大了浮標(biāo)的直徑，降低其重心高度，使其更能抗擊海流和波浪造成的沖擊影響，保持穩(wěn)定度。
文檔編號G01N9/10GK102114900SQ201110022640
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者吳愛平, 唐歆, 姜琳琳, 梁擁成, 王世明, 諸邐瑩, 馬利娜 申請人:上海海洋大學(xué), 姜琳琳