一种海气通量测量浮标的制作方法

本发明属于海洋浮标领域，特别涉及该领域中的一种适于在中高海况下使用的海气通量测量浮标。

背景技术：

在相互制约的大气海洋系统中，海气通量是反映海洋和大气相互作用的重要指标，显示了海洋与大气间的能量交换幅度，可用于分析气候的形成变化和全球气候变化，是海洋学和气象学等许多学科的研究对象。

海洋浮标是测量海气通量的重要设备，浮标体由重力錨系留在海面以上，浮标上设置的传感器，实现对海气通量的测量。现有的海气通量测量浮标，多为如图1 所示的圆盘形单一浮标体结构形式。浮标体由圆盘标体和塔架结构构成，圆盘标体与塔架结构通过高强度螺栓连接。圆盘标体通过系留索由重力锚系留在海中，圆盘标体为浮标整体提供浮力。圆盘标体内部配置浮力舱，同时也设置仪器舱等必要设施。塔架结构和圆盘标体上搭载传感器，用于测量海气通量相关数据。太阳能电池板设置在塔架结构上，用于为浮标搭载的传感器供电以及蓄能。这种浮标在近海海洋环境的低海况下适应能力较好，但是，由于其体积和重量过大，在中高海况下稳定性差、易倾覆，浮标体升沉和摇摆幅度较大，容易导致海气通量数据测量误差增大，对海气通量测量有非常大的局限性。

中国发明专利申请CN103625609A公开的海气通量测量浮标包括浮标体、系留系统、水文气象传感器，水文气象传感器固定在浮标体上，系留系统用于系留浮标体，采用单点绷紧式系留形式。浮标体的标体主架由六根封闭式空心圆柱体构成，分别与上支撑组件和下支撑组件通过法兰连接。六根空心圆柱体垂直设置，六根空心圆柱体上端点和下端点分别在一个水平面上。标体主架下端连接的下支撑组件，为封闭式空心圆柱体连接而成的立体结构，成棱椎体状。下支撑组件上配置仪器舱和浮筒，仪器舱内放置蓄电池及数据采集器，数据采集器与水文气象传感器连接。这种浮标虽然不容易倾覆，但仍会随海面波浪而升沉摇摆，影响海气通量的测量精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种适于在中高海况下使用，测量精度较高的海气通量测量浮标。

本发明采用如下技术方案：

一种海气通量测量浮标，其改进之处在于：所述的浮标包括浮圈，浮圈的圈内固定安装外环，外环内设置横向固定轴，固定轴上穿有内环，并且外环可以通过固定轴绕内环摆动，内环上固定安装竖向线管，线管的底部与带有重物坠子的器件舱连接，顶部通过碳纤维管与超声波气象仪连接，器件舱内包括控制电路及为之供电的后备电源，控制电路和超声波气象仪通过设置在线管和碳纤维管内的电线电连接。

进一步的，所述的浮圈圈内固定安装支架，所述的外环固定安装在支架的中部；所述的外环通过螺栓与支架固定连接，并且在支架表面绕外环设置有两个以上的竖向通孔。

进一步的，所述的线管为不锈钢管，并且线管通过天线管与碳纤维管相连接，天线管内设置卫星天线，控制电路和卫星天线通过设置在线管内的电线电连接，控制电路和超声波气象仪则通过设置在线管、天线管和碳纤维管内的电线电连接。

进一步的，所述的控制电路包括管理浮标内各个器件供电的供电管理单元，与超声波气象仪电连接的信号接收单元，与卫星天线电连接的通信单元，以及与上述各个单元电连接的控制单元。

进一步的，所述的天线管由工程塑料制成。

进一步的，碳纤维管的顶部安装固定管，所述的超声波气象仪固定安装在固定管的顶部，控制电路和超声波气象仪则通过设置在线管、天线管、碳纤维管和固定管内的电线电连接。

进一步的，所述的线管与天线管之间通过螺纹固定连接；天线管与碳纤维管之间、碳纤维管与固定管之间则以插接的方式固定连接。

进一步的，在所述碳纤维管的底部开有小孔，使碳纤维管管内与外界相通，天线管和固定管则以灌封的方式防水。

进一步的，所述的器件舱包括中空的圆柱形舱体，舱体的顶部通过端盖法兰密封，端盖法兰与线管底部固定连接，舱体的底部固定安装有底座法兰，底座平衡杆的底部通过销钉与重物坠子固定连接，顶部则通过圆盘法兰与器件舱底部的底座法兰固定连接。

进一步的，所述的底座平衡杆长度为3-4米，由两根以上的不锈钢管组装而成，各不锈钢管之间通过对丝接头连接。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的海气通量测量浮标，由浮圈为浮标提供浮力使浮标漂浮在海面上，超声波气象仪则通过线管和碳纤维管等固定安装在内环上，虽然浮圈会随着海面波浪而摇摆，但是固定安装在浮圈上的外环可以通过固定轴绕内环摆动，由于内环上的线管底部与带有重物坠子的器件舱连接，在重力的作用下使内环不会随着浮圈一起摆动，从而减小内环上超声波气象仪的摇摆幅度，提高其测量海气通量的精度。

本发明所公开的海气通量测量浮标，使用碳纤维管支撑超声波气象仪，由于碳纤维管具有强度高重量轻的特点，可以把长度设定在4米左右，既不容易折断，也不会过分增加浮标的重量，由于增加了超声波气象仪的安装高度，可以进一步提高其测量海气通量的精度。

本发明所公开的海气通量测量浮标，将卫星天线设置在天线管内，避免卫星天线因暴露于浮标外而遭破坏。天线管由工程塑料制成，对通信信号没有屏蔽，不影响卫星天线与外界通信。

本发明所公开的海气通量测量浮标，重物坠子在水下3-4米位置，可以降低浮标重心，使其不易倾覆。在碳纤维管两端的天线管和固定管灌封防水的前提下，对碳纤维管不做防水处理，仅在其底部开孔与外界相通以便排水，既简化了结构，又达到了防水要求。

附图说明

图1是现有技术中常见海气通量测量浮标的结构示意图；

图2是本发明实施例1所公开海气通量测量浮标的主视结构示意图；

图3是本发明实施例1所公开海气通量测量浮标的立体结构爆炸示意图；

图4是本发明实施例1所公开海气通量测量浮标的浮圈及外环间的装配示意图；

图5是本发明实施例1所公开控制电路内各单元的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图2-4所示，本实施例公开了一种海气通量测量浮标，所述的浮标包括浮圈11，浮圈11的圈内固定安装外环14，外环14内设置横向固定轴121，固定轴121上穿有内环12，并且外环14可以通过固定轴121绕内环12摆动，内环12上固定安装竖向线管13，线管13的底部与带有重物坠子10的器件舱5连接，顶部依次通过天线管4、碳纤维管3与固定管2连接，天线管内设置卫星天线，固定管2的顶部安装超声波气象仪1，器件舱内包括控制电路及为之供电的后备电源，控制电路和卫星天线通过设置在线管内的电线电连接，控制电路和超声波气象仪则通过设置在线管、天线管、碳纤维管和固定管内的电线电连接。

如图4所示，作为一种可供选择的方式，在本实施例中，所述的浮圈11圈内固定安装支架111，所述的外环14固定安装在支架111的中部。具体的说，外环通过螺栓与支架固定连接，并且在支架表面绕外环设置有两个以上的竖向通孔。在支架表面设置竖向通孔一方面可以减轻浮标重量，另一方面也可以防止支架内积水导致浮标倾覆。

进一步具体的说，上述的线管为不锈钢管、天线管由工程塑料制成。线管与天线管之间通过螺纹固定连接；天线管与碳纤维管之间、碳纤维管与固定管之间则以插接的方式固定连接。在所述碳纤维管的底部开有小孔，使碳纤维管管内与外界相通，天线管和固定管则以灌封的方式防水。

如图5所示，所述的控制电路50包括管理浮标内各个器件供电的供电管理单元51，与超声波气象仪电连接的信号接收单元52，与卫星天线电连接的通信单元53，以及与上述各个单元电连接的控制单元54。控制单元根据指令通过供电管理单元接通或者关闭浮标内各器件的电源供应，信号接收单元接收到超声波气象仪测量的海气通量值后传输至控制单元，控制单元则通过通信单元及卫星天线与外部通信，接收外部指令或者向外部发送海气通量测量值。

作为一种可供选择的方式，在本实施例中，所述的器件舱包括中空的圆柱形舱体，舱体的顶部通过端盖法兰密封，端盖法兰与线管底部固定连接，舱体的底部固定安装有底座法兰，底座平衡杆的底部通过销钉与重物坠子固定连接，顶部则通过圆盘法兰与器件舱底部的底座法兰固定连接。

进一步具体的说，如图2所示，所述的底座平衡杆长度为3-4米，由两根以上的不锈钢管9组装而成，各不锈钢管9之间通过对丝接头8连接。

此外，本实施例中的超声波气象仪还可以测量相对风和真实风数据、温度、湿度、大气压和GPS等。