一种测量水平剖面流场的系留潜标的制作方法

本发明涉及海洋水体动力学测量领域，尤其是一种测量水平剖面流场的系留潜标。

背景技术：

对于深远海区的海洋环境参数探测而言，获取海流、涡流、内波等海洋流场数据是开展海洋开发研究的重要基础。海洋流场测量的常用模式有：海洋调查船、水下运载和系留观测。而其中系留潜标以长时间定点连续观测，且成本较低易于布放的优势，成为海洋流场测量的主要方式。

传统的通过浮力调节实现主浮体的上下来回往复运动，采用主浮体上搭载的探测设备对海洋环境垂直剖面进行测量。这些潜标搭载adcp等测流设备，通常对海洋垂直剖面流场进行测量。这主要是由于相较于纵横倾姿态调节，方向角的调节较为困难，因此搭载的adcp的朝向一般为垂直向上或者垂直向下。通常设备调整方向角的方式为推进器，然而推进器会改变流场，导致测量不准确，并且推进器耗能较大，不适于长期使用。然而海洋流场具有三维立体结构，仅测量垂直剖面还不能满足目前的海洋科学研究需求。

技术实现要素：

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种测量水平剖面流场的系留潜标。

本发明的技术方案如下：

一种测量水平剖面流场的系留潜标，包括：主浮体和系留缆；所述主浮体至少包括电子舱、导流罩、云台、水平adcp、姿态调节机构、常规adcp和预留接口；

所述水平adcp用于测量水平剖面流场；所述水平adcp搭载在所述云台上，所述云台在水平面内任意旋转以调节水平adcp的朝向；

所述姿态调节机构包括相互垂直的螺杆和滑块以及电机，所述螺杆受所述电机驱动旋转，使所述滑块沿所述螺杆运动，调节所述主浮体在所述螺杆方向的姿态；

所述水平adcp中内置姿态传感器；所述电子舱采集所述水平adcp中的姿态传感器的数据，根据采集的数据向所述云台和所述姿态调节机构发出调节指令，使水平adcp固定朝向预定水平方向进行测量，或者，在水平面内进行360°旋转扫描测量；

所述常规adcp搭载在所述云台上，用于测量垂直剖面流场，通过内置的姿态传感器对所述云台的旋转进行补偿；

所述预留接口用于搭载物理化学环境参数探测设备；

所述云台上搭载的水平adcp和常规adcp通过线缆直接连入电子舱进行数据通信和供电；

所述电子舱中内置存储器，用于存储所述云台的旋转角度，当旋转角度超过预定范围时复位；

所述导流罩为球冠形，安装在所述主浮体上部。

其进一步的技术方案为：所述系留潜标还包括部署于海底的玻璃浮球、释放器、锚泊缆和压载锚；所述电子舱内置有电池，为部署在海底的其他设备供电。

其进一步的技术方案为：所述系留潜标还包括绞车和水下移动平台，所述绞车安装于所述水下移动平台的作业舱内；

所述作业舱的顶部有启闭机构供所述主浮体和所述系留缆通过，所述水下移动平台为所述主浮体上的设备供电，所述主浮体的测量数据实时传入所述水下移动平台。

本发明的有益技术效果是：

1、不破坏流场：本发明采用云台和姿态调节机构调节adcp的姿态和朝向，可以在不破坏流场的前提下测量水平剖面流场；

2、简单可靠：本发明无需采用复杂的推进器调节朝向，结构简单可靠；

3、能耗较低：本发明的组成部分均为较低能耗的设备和机构，可长时间连续工作；

4、灵活测量：本发明有两种工作模式，即可固定测量特定朝向的水平剖面流场，也可在360°范围内旋转扫描测量水平剖面流场；

5、立体测量：本发明中水平adcp和常规adcp可协同工作，既能测量水平剖面流场，也可同时测量垂直剖面流场，获得流场的三维立体数据。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种测量水平剖面流场的系留潜标的示意图。

图2是包含a剖面和b剖面位置的主浮体的俯视图。

图3是主浮体a剖面图。

图4是主浮体b剖面图。

图5是系留潜标部署于海底的示意图。

图6是系留潜标部署于水下移动平台的示意图。

附图标记：

1—主浮体、2—系留缆、3—玻璃浮球、4—释放器、5-锚泊缆、6—压载锚、7—绞车、8—载人水下移动平台、9—水面、10—海底；101—浮力材料、102—抱箍、103—预留接口、104—主浮体接口、105—电子舱、106—导流罩、107—云台、108—水平adcp、109—水平adcp姿态传感器、110—配重、111—常规adcp、112—常规adcp姿态传感器、113—a剖面方向姿态调节电机、114—a剖面方向姿态调节螺杆、115—a剖面方向姿态调节滑块、116—b剖面方向姿态调节电机、117—b剖面方向姿态调节螺杆、118—b剖面方向姿态调节滑块；801—作业舱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

请参见图1至图4，图1是本发明一个实施例提供的一种测量水平剖面流场的系留潜标的示意图，图2是包含a剖面和b剖面位置的主浮体的俯视图，图3是主浮体a剖面图，图4是主浮体b剖面图。

如图1所示，该系留潜标包括主浮体1和系留缆2，主浮体1至少包括电子舱105、导流罩106、云台107、水平adcp108、姿态调节机构、常规adcp111和预留接口103。

水平adcp108用于测量水平剖面流场；水平adcp108搭载在云台107上，云台107在水平面内任意旋转以调节水平adcp108的朝向。

结合参考图3，姿态调节机构包括相互垂直的螺杆114和滑块115以及电机113，螺杆114受电机113驱动旋转，使滑块115沿螺杆114运动，调节主浮体1在螺杆114方向的姿态；水平adcp108中内置姿态传感器109；电子舱105采集水平adcp108中的姿态传感器109的数据，根据采集的数据向云台107和姿态调节机构发出调节指令，使水平adcp108固定朝向预定水平方向进行测量，或者，在水平面内进行360°旋转扫描测量，从而不破坏原有流场。本发明实施例中的系留潜标通过内部机构调节方向角，可以在不影响海洋流场的情况下，实现固定方向的定向测量，或者360°范围的扫面测量。

为了使水平adcp108具有稳定的姿态，以测量特定方向的水平剖面流场，同时不破坏流场，需要在纵倾、横倾和朝向三个维度进行调节。纵倾和横倾调节方面，主浮体1中的姿态调节机构由相互垂直的两部分组成，每个部分通过电机113驱动螺杆114旋转，从而带动配重滑块115运动，改变主浮体1的重心，以调节主浮体1的纵倾和横倾，纵倾和横倾的调节可以保持水平adcp108的波束处于同一水平面。

朝向调节方面，水平adcp108内置姿态传感器109，可以将水平adcp108的朝向信息传入电子舱105，通过电子舱105向云台107发送指令，使水平adcp108旋转到所需的朝向。

导流罩106为球冠形，安装在主浮体1上部。由于姿态调节机构和云台107的动作具有一定的延时，因此主浮体1的形状为球形，并且加装球冠形导流罩106，以使主浮体1各个方向的流阻大致相同，减小主浮体在流场作用下的旋转。

除了测量特定方向的水平剖面流场外，还可以进行扫描测量各个方向的水平剖面流程，只要令云台107进行360°扫描旋转。

为了测量三维立体流场，主浮体1还搭载一个朝向为垂直向上的常规adcp111，并设置预留接口103供搭载其他探测设备。纵倾和横倾调节机构可以保证常规adcp111的朝向始终垂直向上，常规adcp111安装在云台107上，常规adcp111也内置姿态传感器，可以将姿态信息传入电子舱105，用于补偿云台107的旋转。

常规adcp111搭载在云台107上，用于测量垂直剖面流场，通过内置的姿态传感器112对云台107的旋转进行补偿。

预留接口103用于搭载物理化学环境参数探测设备。可选的，物理化学环境参数探测设备包括ctd或多参数水质仪等。

云台107上搭载的水平adcp108和常规adcp111通过线缆直接连入电子舱105进行数据通信和供电。因此云台107不可连续不断旋转，线缆预留足够长度，使云台107可以旋转±480°。

电子舱105中内置存储器，用于存储云台107的旋转角度，当旋转角度超过预定范围(±450°)时复位，以防线缆牵拉。可选的，存储器为flash存储器或者其他掉电不丢失数据的存储器。

安装在云台107上的设备(包括水平adcp108和常规adcp111)与电子舱105的通信和供电方式采用有线方式，即直接采用电缆连接云台107上的设备和电子舱105，这样就需要预留足够长的线缆，并且云台107不可连续不断旋转。预留的线缆使云台107可以旋转±480°，并且在主浮体1的电子舱105中内置flash存储器或者其他掉电不丢失数据的存储器，用于存储云台107转过的角度，当旋转角度超过±450°时及时复位，以防线缆牵拉。

主浮体1具有正浮力，由球形浮力材料101作为主结构，由抱箍102固定。抱箍102上留有预留接口103，以供所需的其他探测设备连接，如ctd、多参数水质仪等。主浮体1通过主浮体接口104与系留缆2相连。主浮体1中内置电子舱105，电子舱105通过主浮体接口104与系留缆2相连。电子舱105为整个系留潜标的控制中心，为其他设备提供控制信号，并采集测量数据，进行部分存储等。

主浮体1上部空间留空，并安装球冠形导流罩106，以使整个主浮体呈完整的球形。主浮体1留空部分安装云台107，云台107为单自由度云台，可在水平方向上任意旋转，云台107的状态信号接入电子舱105，并从电子舱105获取控制信号和电能。云台107的一侧安装水平adcp108，水平adcp108可在水平面发射3个或更多波束，测量水平剖面流场。水平adcp108的电子舱内安装有水平adcp姿态传感器109，可实时获取水平adcp108的姿态。云台107上水平adcp108的对侧安装配重110，以使云台107重心维持在主浮体1的轴线上。云台107的顶部安装常规adcp111，用以测量垂直剖面流场。常规adcp111的电子舱内安装有常规adcp姿态传感器112，可实时获取常规adcp111的姿态。

主浮体1中安装有两个相互垂直的姿态调节机构。a剖面(见图2)方向姿态调节机构由电机113、螺杆114和滑块115组成。由电机113驱动螺杆114旋转，使滑块115可以沿螺杆114运动，滑块115具有一定重量，以调节主浮体1在a剖面方向的姿态。同样的，b剖面(见图2)方向姿态调节机构由电机116、螺杆117和滑块118组成，采用同样的工作模式。

水平adcp姿态传感器109和常规adcp姿态传感器112的数据接入电子舱105，电子舱105根据这些数据，对云台107、电机113和电机116发出控制指令，以使水平adcp108和常规adcp111朝向预定的方向。

水平adcp108和常规adcp111的测量数据和姿态数据通过线缆直接连接到电子舱105，水平adcp108和常规adcp111通过电子舱105供电或采用内置的电池自容供电。由于云台107的旋转，连接线缆留出足够长度，可以使云台107旋转±480°，并且在主浮体电子舱105中内置flash存储器或者其他掉电不丢失数据的存储器，用以存储云台107转过的角度，当云台107旋转角度超过±450°时及时复位。

可选的，参见图5，本发明所述系留潜标可以部署于海底，此时除主浮体1和系留缆2以外，还包括玻璃浮球3、释放器4、锚泊缆5和压载锚6，部署于海底。此外，电子舱105内置电池，为其他设备供电。部署于海底时，系留潜标主要用于定点长期驻留测量，将测量数据存储于电子舱105的存储设备中，待任务完成回收主浮体时读出；也可以连入海底观测网，将测量数据实时传至岸基。

可选的，参见图6，本发明所述系留潜标可以部署于水下移动平台8，此时除主浮体1和系留缆2以外，还包括绞车7。绞车7安装于水下移动平台8的作业舱801内，作业舱801的顶部有启闭机构可供主浮体1和系留缆2通过。电子舱105无需内置电池，可由水下移动平台8为系留潜标上的设备供电，而测量数据可以实时传入水下移动平台8。部署于水下移动平台8时，系留潜标主要用于实时机动测量，还可以通过绞车7使主浮体1上下来回往复运动，测量不同水平面的水平剖面流场。

本发明实施例提供的测量水平剖面流场的系留潜标，主要适用于深海流场，用于海洋水体动力学测量，同时也用于海洋原位物理化学环境参数测量，系留潜标搭载水平测流设备，利用云台实现水平测流设备的定向功能，利用姿态调节机构使水平测流设备具有稳定的姿态，从而实现水平剖面流场的精确测量。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。