专利名称：一种球形浮标及其制造方法
技术领域：
本发明属于海洋仪器的机械结构，特别是一种球形浮标及其制造方法。
背景技术：
球形海洋浮标作为各种海洋环境探测仪器的搭载平台已经被广泛采用，已经成为海洋环境监测的主要工具之一。传统的球形浮标结构体通常由两个完整的半球对扣组成，也有些为了设备安装方便在半球结构上设计了带密封圈的盖子，两个半球均设计有法兰(带密封圈)，采用螺丝紧固为一体，法兰外围再套以橡胶圈，起到防撞缓冲的作用。这样的结构形式存在以下的问题
(1)由于法兰和防撞橡胶圈的存在，影响了球形浮标表面的光滑性，增加了波浪对浮标的非均匀冲击，导致浮标的滚动，破坏了浮标的姿态稳定性。浮标姿态的不稳定，必然导致浮标姿态测量和补偿的精度下降，进而影响浮标载海洋仪器的测量精度；
(2)法兰所处的位置是球形浮标尺寸最大、最易受到冲击、机械强度相对较弱的部位，在外来撞击下，即使有防撞橡胶圈的保护，也不能保证不出现形变和裂缝，容易出现漏水现象，导致搭载设备受损，甚至整个浮标沉没；
(3)球形浮标外壳的生产需要精度较高的模具，法兰和防撞橡胶圈的采用又增加了材料耗费，导致浮标生产成本较高(这一点对消耗型的漂流浮标尤其重要)，浮标自重增加，搭载能力下降等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本较低的球形浮标。实现本发明目的的技术解决方案为一种球形浮标，包括球形浮标本体，所述球形浮标本体外围光滑，该球形浮标本体上设有上顶盖和下底盖，所述上顶盖、下底盖与球形浮标本体形成自上而下的三个空腔，分别为第一空腔、球形浮标本体空腔和第二空腔，所述球形浮标本体空腔为圆筒状空腔，该空腔的周边设置泡沫体。进一步地，本发明球形浮标中，所述第一空腔内设有通讯模块和警示灯，所述球形浮标本体空腔内设有加速度传感器，所述第三空腔内设有数据采集模块、微处理和电池，所述下底盖外部设有缆绳拉环，所述数据采集模块将采集到的信息发送到微处理处理后通过通讯模块进行数据传输。为了解决浮标姿态稳定性差、易裂损漏水、生产成本高、搭载能力差等问题，本发明的制造方法包括以下步骤
步骤I、设计模具，利用该模具灌注形成球形浮标的内填充泡沫结构体，所述模具包括一空心且上下为平面的球状体和一圆柱体，所述两个平面相互平行，所述圆柱体位于球状体内部,该圆柱体的中心轴穿过球状体的球心,该球状体内壁均匀设置条状突起,所述条状突起沿球状体的纬度和经度方向分布；步骤2、以表面带有凹槽的泡沫结构体为内部支撑，用环氧复合材料填充凹槽使其表面平整后再用环氧复合材料裹覆成该球形浮标的壳体；
步骤3、对壳体进行刨光打磨和表面涂覆处理；
步骤4、制作上顶盖和下底盖；
步骤5、将上顶盖和下底盖固定到球形浮标本体上。进一步地，本发明球形浮标的制造方法中，步骤I中所述模具的材质为木质材料，沿球状体的纬度方向分布的条状突起数量为3个，沿球状体的经度方向分布的条状突起数量为8个。进一步地，本发明球形浮标的制造方法中，步骤2中所述的环氧复合材料为环氧树脂和玻璃纤维材料。
进一步地，本发明球形浮标的制造方法中，步骤5中上顶盖、下底盖与球形浮标本体采用螺丝固定，在上顶盖与球形浮标本体的接触面和下底盖与球形浮标本体的接触面分别设有密封圈。本发明与现有技术相比，其显著优点(I)本发明的球形浮标表面光滑，最大程度减少了波浪对浮标的非均匀冲击，明显提高和保证了浮标的姿态稳定性；
(2)—体化的外壳与内腔填充结构设计，大幅度提高外壳抗冲击能力的同时，即使外壳小范围破裂也不会漏水，更不会沉没；
(3)简化的生产工艺要求，只需一副一般精度要求的内腔填充泡沫塑料结构的模具，夕卜壳依附内腔泡沫塑料结构采用环氧复合材料反复裹覆成型，生产加工成本低；
(4)优化的内腔空间和功能设计，充分考虑了各种传感器和模块的搭载安装要求，实现了浮标结构体的通用性。
图I为本发明球形浮标的结构示意图 图2为本发明球形浮标的爆炸图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。如图I、图2所示，本发明一种球形浮标，包括球形浮标本体3，所述球形浮标本体3外围光滑，该球形浮标本体3上设有上顶盖I和下底盖7，所述上顶盖I、下底盖7与球形浮标本体3形成自上而下的三个空腔，分别为第一空腔2、球形浮标本体空腔5和第二空腔6，所述球形浮标本体空腔5为圆筒状空腔，该空腔的周边设置泡沫体4，所述第一空腔2内设有通讯模块和警示灯，所述球形浮标本体空腔5内设有加速度传感器，所述第二空腔6内设有数据采集模块、微处理和电池，所述下底盖外部设有缆绳拉环，所述数据采集模块将采集到的信息发送到微处理处理后通过通讯模块进行数据传输。一种制作上述球形浮标的制造方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤I、设计模具，利用该模具灌注形成球形浮标的内填充泡沫结构体，所述模具包括一空心且上下为平面的球状体和一圆柱体，所述两个平面相互平行，所述圆柱体位于球状体内部,该圆柱体的中心轴穿过球状体的球心,该球状体内壁均匀设置条状突起,所述条状突起沿球状体的纬度和经度方向分布；其中纬度方向分布的条状突起数量为3个，沿球状体的经度方向分布的条状突起数量为8个；
步骤2、以表面带有凹槽的泡沫结构体为内部支撑，用环氧复合材料填充凹槽，作为泡沫结构体的加强筋，使其表面平整后再用环氧复合材料裹覆成该球形浮标的壳体；所述环氧复合材料为环氧树脂和玻璃纤维材料；
步骤3、对壳体进行刨光打磨和表面涂覆处理；
步骤4、制作上顶盖和下底盖；
步骤5、将上顶盖和下底盖固定到球形浮标本体上。其中，模具采用木材或金属材料均可，由于对模具精度要求不是很高，而且泡沫灌注成型对模具磨损较小，因此，主要从模具设计加工成本的角度考虑，优先采用木质模具；浮标壳体的制作是通过在浮标内填充泡沫结构体外表面采用环氧复合材料裹覆而成，有别 于传统工艺的先有壳体再行填充的方法，是先有填充后有壳体。裹覆制作时，先用环氧复合材料填充凹槽，作为泡沫结构体的加强筋，再采用旋转方法进行表面覆盖和包裹，整个裹覆制作分多层次完成，裹覆材料整体厚度视浮标尺寸而定；浮标上顶盖体选择采用与浮标主体同色的塑料材料，下底盖体一般也选择采用与浮标主体同色的塑料材料，如有散热需要也可采用非导磁金属材料。虽然浮标盖体可以采用精密模具铸造成型，但考虑到精密模具造价较高，加之上、下盖体本身因为传感器等仪器部件装载需要进行针对性的二次加工，所以本设计选择直接采用塑料板材，通过数控铣床加工成型。在未确定浮标的具体应用时，上、下盖体为通用的实心局部球体。在确定了浮标的具体应用要求时，再根据需要对实心局部球体的内侧进行二次铣制加工，但必须保证最薄壁厚不小于10mm。浮标的上、下盖体分别通过8个塑料螺丝与浮标主体紧固连接，盖体结构与主体结构的接触面采用弹性橡胶密封圈密封，防止海水渗漏。本发明制造的球形浮标为通用浮标，除了可以起到普通浮标水面助航标志的作用，同时还可以适应多种环境监测，现具体举例如下
实施例I
在球形浮标的第一空腔设置GPRS通信模块和警示灯，在球形浮标本体空腔内设置六轴加速度传感器，在第二空腔内设置数据采集模块、微处理器和电池，下底盖外部设置缆绳拉环，构成锚固型波浪浮标，其中数据采集模块为水压传感器、方向传感器等，数据采集模块将采集到信息发送到微处理器进行处理后通过GPRS通信模块发送到控制平台，可定点实时监测海洋浪高、浪向和浪周期等海洋动力环境参数。实施例2
在球形浮标的第一空腔设置北斗(BD)天线和警示灯，在球形浮标本体空腔内设置六轴加速度传感器，在第二空腔内设置BD定位通信主机、数据采集模块、微处理器和电池，构成浪流漂流浮标，所述数据采集模块为水压传感器、方向传感器等，可漂流移动实时监测浪高、浪向、浪周期和流速、流向等海洋动力环境参数。实施例3
在球形浮标的第一空腔设置北斗(BD)天线和警示灯，在球形浮标本体空腔内和第二空腔内部搭载安装BD定位通信主机、信号采集处理模块和电池，构成漂流浮标，可漂流移动实时监测流速、流向等海洋动力环境参数。
实施例4
在球形浮标的第一空腔设置GPRS通信模块和警示灯，在球形浮标本体空腔内设置信号采集处理模块，第二空腔内安装电池，下底盖外部搭载安装海洋生态传感器并设置缆绳拉环，构成锚固型生态浮标，可定点实时监测水温、盐度、PH、硝酸盐等海洋生态环境参数。实施例5
在球形浮标的第一空腔设置GPRS通信模块和警示灯，在球形浮标本体空腔内安装六轴加速度传感器，球形浮标本体空腔中下部搭载安装信号采集处理模块，第二空腔内部搭载安装电池，下底盖 外部搭载安装海洋生态传感器并设置缆绳拉环，构成锚固型综合浮标，可定点实时监测海洋浪高、浪向、浪周期等海洋动力环境参数和水温、盐度、PH、硝酸盐等海洋生态环境参数。
权利要求
1.一种球形浮标，包括球形浮标本体，其特征在于，所述球形浮标本体外围光滑，该球形浮标本体上设有上顶盖和下底盖，所述上顶盖、下底盖与球形浮标本体形成自上而下的三个空腔，分别为第一空腔、球形浮标本体空腔和第二空腔，所述球形浮标本体空腔为圆筒状空腔，该空腔的周边设置泡沫体。
2.根据权利要求I所述的球形浮标，其特征在于所述第一空腔内设有通讯模块和警示灯，所述球形浮标本体空腔内设有加速度传感器，所述第二空腔内设有数据采集模块、微处理和电池，所述下底盖外部设有缆绳拉环，所述数据采集模块将采集到的信息发送到微处理处理后通过通讯模块进行数据传输。
3.根据权利要求2所述的球形浮标，其特征在于所述数据采集模块为温度传感器、压力传感器。
4.根据权利要求2所述的球形浮标，其特征在于所述通讯模块为GPRS无线通讯模块。
5.根据权利要求2所述的球形浮标，其特征在于所述加速度传感器为六轴加速度传感器。
6.一种制作权利要求I所述球形浮标的制造方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I、设计模具，利用该模具灌注形成球形浮标的内填充泡沫结构体，所述模具包括一空心且上下为平面的球状体和一圆柱体，所述两个平面相互平行，所述圆柱体位于球状体内部,该圆柱体的中心轴穿过球状体的球心,该球状体内壁均匀设置条状突起,所述条状突起沿球状体的纬度和经度方向分布； 步骤2、以表面带有凹槽的泡沫结构体为内部支撑，用环氧复合材料填充凹槽使其表面平整后再用环氧复合材料裹覆成该球形浮标的壳体； 步骤3、对壳体进行刨光打磨和表面涂覆处理； 步骤4、制作上顶盖和下底盖； 步骤5、将上顶盖和下底盖固定到球形浮标本体上。
7.根据权利要求6所述的球形浮标的制造方法，其特征在于，步骤I中所述模具的材质为木质材料。
8.根据权利要求6所述的球形浮标的制造方法，其特征在于，步骤I中沿球状体的纬度方向分布的条状突起数量为3个，沿球状体的经度方向分布的条状突起数量为8个。
9.根据权利要求6所述的球形浮标的制造方法，其特征在于，步骤2中所述的环氧复合材料为环氧树脂和玻璃纤维材料。
10.根据权利要求6所述的球形浮标的制造方法，其特征在于，步骤5中上顶盖、下底盖与球形浮标本体采用螺丝固定，在上顶盖与球形浮标本体的接触面和下底盖与球形浮标本体的接触面分别设有密封圈。
全文摘要
本发明公开了一种球形浮标及其制造方法，包括球形浮标本体，其特征在于，所述球形浮标本体外围光滑，该球形浮标本体上设有上顶盖和下底盖，所述上顶盖、下底盖与球形浮标本体形成自上而下的三个空腔，分别为第一空腔、球形浮标本体空腔和第二空腔，所述球形浮标本体空腔为圆筒状空腔，该空腔的周边设置泡沫体，该球形浮标姿态稳定性好、结构简单、成本低。
文档编号B63B22/24GK102700684SQ20121017307
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者周涛 申请人:周涛