本實(shí)用新型涉及一種可回收式水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是針對(duì)攜帶大容量電池、可自由投放、可回收的節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

與航天探測(cè)技術(shù)相比，海洋探測(cè)技術(shù)進(jìn)展相對(duì)落后，與陸上的探測(cè)技術(shù)更是相差甚遠(yuǎn)。這主要?dú)w結(jié)于三個(gè)原因：一是水下不能獲得像太陽(yáng)能一樣的可持續(xù)能源，消耗化石燃料的內(nèi)燃機(jī)在水下無(wú)法獲得大量的空氣，限制了水下傳感器的供能；二是無(wú)線信號(hào)傳輸以聲學(xué)傳輸為主，聲學(xué)換能器與電磁信號(hào)發(fā)生器相比功率大，聲波在水下衰減遠(yuǎn)快于電磁波；三是水下有線供能和有線傳輸信號(hào)的傳感器設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)成本高，遠(yuǎn)深海更難實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際中，水下有線觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)多應(yīng)用于近海水下的長(zhǎng)期、連續(xù)觀測(cè)，主要得益于近海水深淺，線纜鋪設(shè)成本可以接受；對(duì)于遠(yuǎn)深海，多以隨波浪流動(dòng)的ARGO觀測(cè)浮標(biāo)為主，漂流浮標(biāo)路徑受風(fēng)浪流影響。對(duì)于遠(yuǎn)深海固定海域的長(zhǎng)期觀測(cè)則多以水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為主，具體地說(shuō)就是在預(yù)先設(shè)定海域水下，按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)聲學(xué)通信，由布設(shè)在水面的特定節(jié)點(diǎn)通過(guò)衛(wèi)星將信息實(shí)時(shí)傳送到陸地，實(shí)現(xiàn)對(duì)海域的立體實(shí)時(shí)觀測(cè)。然而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨兩個(gè)難題：一是節(jié)點(diǎn)通過(guò)錨鏈松弛系泊時(shí)，多普勒效應(yīng)影響聲學(xué)信號(hào)的傳輸；二是為使節(jié)點(diǎn)能工作更長(zhǎng)時(shí)間，必須攜帶更大更重的蓄電池，這導(dǎo)致布放和回收困難，尤其是回收水下節(jié)點(diǎn)。針對(duì)以上難點(diǎn)，采用水下固定式節(jié)點(diǎn)可以排除多普勒效應(yīng)，但是固定式節(jié)點(diǎn)的布放和回收難度將更加困難；攜帶大容量的蓄電池使布放回收困難，采用水下可持續(xù)的能源是最佳的選擇，如溫差能，然而溫差能技術(shù)尚未發(fā)展到可利用的階段，因此欲增加工作時(shí)間而不增加布放回收的難度必須要有更加新穎的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種布放方便、工作時(shí)間長(zhǎng)、可自動(dòng)回收的可回收式水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的可回收式水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括水聲換能器、電子艙、天線、電源艙、三腳架、反力彈簧筒、換能器護(hù)欄、爆炸螺栓、水密接頭、定位球；所述的電子艙由上下半球固連，頂部及底部各設(shè)有法蘭盤(pán)，水聲換能器安裝在電子艙頂部上法蘭盤(pán)上，水聲換能器四周設(shè)有環(huán)形的換能器護(hù)欄，電子艙底部與三腳架頂通過(guò)爆炸螺栓單點(diǎn)連接，電子艙下法蘭盤(pán)與三腳架的上法蘭盤(pán)之間通過(guò)定位球定位，天線設(shè)置于電子艙下法蘭盤(pán)下；三腳架上法蘭盤(pán)下設(shè)置有偏向一側(cè)的一對(duì)反力彈簧筒，筒內(nèi)各設(shè)有一個(gè)反力彈簧；三腳架底部與電源艙固定連接，電源艙引出的電源正極通過(guò)水密接頭引入電子艙，電源負(fù)極接于節(jié)點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，所述的電源艙為三個(gè)，分別固定于三腳架的三只腳底部。所述的定位球有三個(gè)，均布于電子艙下法蘭盤(pán)與三腳架的上法蘭盤(pán)之間，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定位。

所述的電子艙上下半球材料為玻璃鋼，上下法蘭盤(pán)材料為不銹鋼；電源艙外層為混凝土，起防腐蝕和配重作用。

工作時(shí)間滿足后，爆炸螺栓引爆，反力彈簧使得電子艙受到初始傾覆力矩，上浮過(guò)程中實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，電子艙浮于水面后，天線將位于上方。爆炸螺栓引爆后，電子艙上浮回收，電源艙丟棄。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1、節(jié)點(diǎn)中電子艙與電源艙分開(kāi)設(shè)置，設(shè)置三個(gè)電源艙可攜帶更多的蓄電池，節(jié)點(diǎn)理論工作時(shí)間可達(dá)30天；

2、節(jié)點(diǎn)可以從母船直接自由投放，節(jié)點(diǎn)自身重心、浮心的布置可使得節(jié)點(diǎn)能夠在自由沉底過(guò)程中矯正姿態(tài)，確保電源艙坐底，電子艙在上方，水聲換能器能正常工作；

3、節(jié)點(diǎn)為固定坐在海底，消除了多普勒效應(yīng)的影響；

4、節(jié)點(diǎn)電子艙與電源艙三腳架通過(guò)爆炸螺栓單點(diǎn)連接，依靠三個(gè)定位球保證穩(wěn)定性，工作時(shí)間到達(dá)后，爆炸螺栓引爆，電子艙分離并上浮實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收，電源艙丟棄，不需要復(fù)雜的水下打撈設(shè)備協(xié)助；

5、電子艙重心位于安裝有換能器的上半球，電子艙分離過(guò)程中，依靠布置于一側(cè)的反力彈簧提供初始傾覆力矩，實(shí)現(xiàn)電子艙上浮過(guò)程中的翻轉(zhuǎn)，保證電子艙到達(dá)水面后安裝天線的半球位于上部，使得天線露出水面，實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星通訊，方便回收母船能準(zhǔn)確定位電子艙實(shí)現(xiàn)回收；

6、電源艙外壁為混凝土包覆，電池為一次性環(huán)保型高密度蓄電池，電源艙丟棄后不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的主視圖；

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的左視圖；

圖4為圖3中的局部放大圖；

圖5為本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)的工作流程；

圖中，水聲換能器1、電子艙2、天線3、電源艙4、三腳架5、反力彈簧筒6、換能器護(hù)欄7、密封圈8、水深傳感器9、爆炸螺栓罩10、爆炸螺栓11、水密接頭12、定位球13。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施做進(jìn)一步描述：

如圖1-4所示，節(jié)點(diǎn)主要包括電子艙2、三腳架5和三個(gè)電源艙4三部分，其中電子艙2與三腳架5的連接是依靠爆炸螺栓11實(shí)現(xiàn)的，三個(gè)電源艙4分別與三腳架5的三只腳通過(guò)法蘭連接。

電子艙2為上下半球固連而成，頂部及底部各設(shè)置上下法蘭盤(pán)，電子艙內(nèi)設(shè)置水深傳感器9，下法蘭盤(pán)與電子艙間設(shè)有密封圈8，電子艙2內(nèi)部安裝電子設(shè)備、備用電源、控制系統(tǒng)等。電子艙2上法蘭安裝水聲換能器1，換能器周?chē)薪饘俚膿Q能器護(hù)欄7，防止轉(zhuǎn)移、布放與回收過(guò)程中碰撞水聲換能器1；電子艙2下法蘭中心位置安裝的爆炸螺栓11與三腳架5單點(diǎn)連接，爆炸螺栓11外設(shè)有爆炸螺栓罩10，為保證電子艙2與三腳架5的穩(wěn)定連接，在連接面處設(shè)置有三個(gè)定位球13，保證穩(wěn)定性。電子艙2下法蘭同時(shí)安裝有水密接頭12，電源艙4的正極引線通過(guò)該插頭進(jìn)入電子艙2，整個(gè)節(jié)點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)作為電源負(fù)極。電子艙2的重心在上半球，當(dāng)工作時(shí)間滿足后，爆炸螺栓11引爆，電子艙2與三腳架5的連接切除，安裝在下法蘭偏向一側(cè)的反力彈簧提供分離力和傾覆力矩，電子艙2上浮并逐漸反轉(zhuǎn)，換能器1將位于下半球，安裝在下半球法蘭的天線3將反轉(zhuǎn)到上部，確?？苫厥盏碾娮优?在水面能與衛(wèi)星通訊，實(shí)現(xiàn)自身的定位，被母船發(fā)現(xiàn)并回收。

電源艙4內(nèi)部為一次性環(huán)保型高密度蓄電池，并在艙壁包覆有混凝土，防止電源艙丟棄后產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。節(jié)點(diǎn)直接在母船投放，依靠電源艙4及混凝土配重實(shí)現(xiàn)在下潛過(guò)程中的姿態(tài)調(diào)整，確保在一定深度后能夠以理想的姿態(tài)坐于海底：電子艙2在上部，三個(gè)電源艙4在下部，這樣減小使得攜帶大蓄電池的重型節(jié)點(diǎn)投放簡(jiǎn)單，無(wú)需潛水員或ROV水下協(xié)助布放。而當(dāng)工作時(shí)間滿足后，電子艙2分離上浮回收，也減小了重型節(jié)點(diǎn)的水下回收困難度。

如圖5所示為節(jié)點(diǎn)的工作流程，母船到達(dá)預(yù)投放海域后，節(jié)點(diǎn)電子艙2內(nèi)的各個(gè)模塊啟動(dòng)自檢工作，如果正常則將其投放入水，反之則檢查異常原因。入水的節(jié)點(diǎn)在下沉過(guò)程中調(diào)整自身姿態(tài)并最終坐于海底，然后各傳感器模塊正常工作，水聲換能器1與形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn) 互相通訊。當(dāng)工作時(shí)間滿后，控制板輸出控制信號(hào)引爆爆炸螺栓11，可回收的電子艙2球體上浮，到水面后天線3露出水面。北斗搜救模塊向衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)，搜救回收母船收到位置信號(hào)，趕往電子艙2海域，將電子艙2回收，工作完成。