专利名称：系缆式水下爬行器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，特别是涉及一种在海洋中定点进行剖面测量的装置。
背景技术：
海洋环境对全球气候变化有着重大影响，应用布放在海洋中的定点剖面测量系统搜集海洋次表层海水温度、盐度、流速、流向等海洋环境剖面资料，可以提高气象预报的精度，有效防御全球日益严重的气象灾害给人类造成的威胁。
以往的水下定点测量系统都是分层测量方式，也就是在锚泊系统的不同深度处挂上相同的观测仪器，以采集不同水层的海洋环境数据。
但是，分层测量方式的水下定点测量系统存在某些问题，分层越多，所需挂设的观测仪器就越多，测量系统的成本就越高；而且，挂设多层观测仪器使海上测量作业很不方便，影响作业效率的提高。因此，分层测量方式的分层数量受到一定限制，也就制约了更大量海洋环境资料的获得。
发明内容
针对分层测量方式的水下定点测量系统存在的问题，本实用新型推出一种系缆式水下爬行器，其目的是通过在爬行器上装载测量仪器，利用爬行器沿系缆上下循环移动的功能，实现定点海洋次表层环境参数的全剖面测量。
本实用新型所涉及的水下爬行器为近似圆柱状，在水中接近中性状态，通过轮子沿系缆绳滚动的方式实现沿系缆绳上下自动爬行，并通过装载的多种传感器，包括温度、盐度、压力传感器以及海流计、光度计、荧光计等，在上下移动的过程中进行海洋环境数据的采集和存储。
系缆式水下爬行器由驱动系统、控制系统、电池组、测量传感器、运动部件、浮力部件、骨架和导流罩组成。
流线型的导流罩为水下爬行器的外壳，由顶罩、底罩、侧面板、侧围板组成，内部由焊接而成的骨架支撑。驱动系统、控制系统、电池组、浮力部件设置在导流罩内，运动部件、测量传感器设置在导流罩外侧。
驱动系统安装在导流罩侧面板的内侧，包括有电机、减速器、磁耦合联轴器。电机与减速器连接为一体，置于耐压密封壳体内。磁耦合联轴器包括两个磁环，一个与减速器的输出轴连接，位于密封壳体中；另一个与驱动轮的轴连接，安装在密封壳体的外部。两个磁环的N、S极相对，隔着密封壳体，靠磁性吸合在一起。
控制系统主要由数据采集电路、控制电路和数据传输/回放电路组成。它和电源一起安装在导流罩内位于下端的另一个耐压密封壳体中。控制系统在上部，电源在下部。数据采集电路与传感器和控制电路连接，控制电路还连接着数据传输/回放电路。
控制系统与驱动系统通过水密接插件连接。
测量传感器的探头安装在导流罩的侧面板或顶罩上，传感器与控制系统及电源连接。
运动部件安装在导流罩的侧面板上，包括驱动轮、压紧轮、导向轮及相关结构。运动部件是暴露在水中的，进行防腐和耐磨设计。驱动轮的轴穿过导流罩侧面板与驱动系统的磁耦合联轴器连接。压紧轮通过螺钉固定在导流罩的侧面板上，并与驱动轮分别位于系缆绳的两侧。驱动轮上的凹槽与系缆绳靠压紧轮挤压而紧密接触，压紧轮提供的正压力使驱动轮和系缆绳之间产生摩擦力，从而保证驱动轮沿系缆绳滚动，实现爬行器上下移动。两个导向轮安装在导流罩侧面板上，分别位于驱动轮的上下两侧，导向轮的轴与导流罩侧面板通过螺纹连接并固定。
浮力部件设置在导流罩内的上部，由轻质材料构成，作用是平衡爬行器中其他部件在水中的重量，使爬行器整体在水中接近中性状态。
通过控制电机的正反转来实现爬行器的上升或下降，控制电机的启动、停止由程序控制。爬行器在水下沿系缆绳上下移动的速度是均匀的，它可以在水下任意位置停留。每次使用时可根据测量的需要在控制程序预先设置爬行器的爬行距离以及每次爬行的时间间隔。
爬行器上装载的测量传感器随爬行器一起上下移动，在移动过程中采集水下不同深度处的水文或水质数据。传感器的采样间隔根据测量需要预先设定，采集到的数据保存到内部存储器中。
本实用新型所涉及的系缆式水下爬行器，通过装载的测量传感器，能够以细微尺度对海水特性和海流进行循环剖面测量，工作水深在几十米到几千米，应用形式可以是随船使用，也可以应用到锚泊系统中。它的操作程序非常灵活，可以根据需要预置采样进度表。例如，可以将爬行器控制程序预置为每2小时做一次剖面测量，这样可以获取海洋内的高频率运动的记录数据。如果要研究海洋季节性变化或者年变化，那爬行器可以在预置程序的控制下平均每天做一次垂直剖面测量。
这种系缆式水下爬行器是一种高效、低成本、操作灵活的水下测量装置，改进以往锚系系统单点分层测量方式，使海洋监测系统实现水下定点连续剖面测量，以采集海洋水文、生物、化学等全剖面海洋环境数据资料。
图1为系缆式水下爬行器的正视结构图。
图2为系缆式水下爬行器的侧视结构图。
图中的符号说明1、导向轮， 2、控制系统密封壳体，3、导流罩侧面板，4、驱动轮，5、压紧轮， 6、磁耦合联轴器，7、驱动系统密封壳体，8、挂环，9、导流罩顶罩， 10、浮力部件，11、骨架， 12、减速器，13、电机， 14、水密接插件，15、电路板， 16、传感器，
17、电池，18、导流罩侧围板，19、导流罩底罩， 20、系缆绳。
具体实施方式
如图所示，系缆式水下爬行器呈近似圆柱形，外壳为流线型导流罩，它由顶罩(9)、底罩(19)、侧面板(3)、侧围板(18)组成，用高分子聚乙烯材料制作，内部有焊接而成的骨架(11)来支撑。导流罩的各部分通过螺钉与骨架(11)连接。导流罩的侧面板(3)上下两端装有两个可打开的挂环(8)，系缆绳(20)从中穿过，使爬行器被限制在系缆周围。
爬行器的驱动系统、控制系统和电源分别安装在两个金属耐压密封壳体中，壳体采用O形圈密封，壳体耐压强度和密封性能达到5Mpa-25Mpa。两个壳体之间用耐高压水密接插件(14)连接。驱动系统中的磁耦合联轴器(6)包括两个磁环，分别为主动磁环和从动磁环。主动磁环位于密封壳体(7)内，与电机减速器的输出轴连接；从动磁环位于密封壳体(7)外，与驱动轮轴连接。两个磁环的N、S极，隔着密封壳体(7)相对，靠磁性吸合在一起。当电机减速器旋转时，输出扭矩被传递到驱动轮轴，使驱动轮旋转。
爬行器装载的传感器(16)探头根据需要安装在导流罩的侧面板或顶罩上，并与数据采集电路板(15)连接。
爬行器的运动部件安装在导流罩的侧面板(3)上。驱动轮(4)的轴穿过侧面板(3)与驱动系统的磁耦合联轴器(6)连接。驱动轮(4)凹槽表面进行防滑和耐磨处理。压紧轮(5)通过一个安装架安装在导流罩侧面板(3)上，它与驱动轮(4)分别位于系缆绳(20)左右两侧。压紧轮(5)安装两个压力弹簧，压力弹簧与压紧轮的轴垂直连接，压紧轮(5)的轴与驱动轮(4)的轴同向。在两个压力弹簧的作用下，压紧轮(5)的轴能在水平方向移动，使压紧轮(5)和驱动轮(4)紧紧靠住系缆绳(20)。在驱动轮(4)上下两侧，靠近挂环(8)处安装导向轮(1)，导向轮(1)的轴通过螺纹固定在导流罩的侧面板(3)上。运动部件中使用高强度、耐腐蚀的轴承，相关结构进行防污设计。
导流罩内的浮力部件(10)，安装在驱动系统和控制系统的上方。
权利要求1.一种系缆式水下爬行器，其特征在于由驱动系统、控制系统、电池组、测量传感器、运动部件、浮力部件、骨架和导流罩组成，导流罩由焊接而成的骨架(11)支撑，驱动系统、控制系统、电池组、浮力部件(7)设置在导流罩内，运动部件、测量传感器(16)设置在导流罩外侧，控制系统和电源一起安装在导流罩内下端的一个耐压密封壳体(7)中，控制系统与驱动系统通过水密接插件(14)连接。
2.根据权利要求1所述的系缆式水下爬行器，其特征在于驱动系统包括有电机(13)、减速器(12)、磁耦合联轴器(6)，电机(13)与减速器(12)连接为一体，置于耐压密封壳体内；磁耦合联轴器(6)包括两个磁环，一个位于密封壳体(7)中与减速器(12)的输出轴连接，另一个安装在密封壳体(7)外部与驱动轮(4)的轴连接。
3.根据权利要求2所述的系缆式水下爬行器，其特征在于磁耦合联轴器(6)两个磁环的N、S极隔着密封壳体(7)相对，靠磁性吸合在一起。
4.根据权利要求1所述的系缆式水下爬行器，其特征在于导流罩为流线型，用高分子聚乙烯材料制作，由顶罩(9)、底罩(19)、侧面板(3)、侧围板(18)组成，导流罩的各部分通过螺钉与骨架(11)连接。
5.根据权利要求1所述的系缆式水下爬行器，其特征在于测量传感器(16)的探头安装在导流罩的外部，传感器与控制系统及电源连接。
6.根据权利要求1所述的系缆式水下爬行器，其特征在于运动部件安装在导流罩的侧面板上，包括驱动轮(4)、压紧轮(5)、导向轮(1)，驱动轮(4)的轴穿过导流罩侧面板(3)与驱动系统的磁耦合联轴器(6)连接，压紧轮(5)通过安装架安装在导流罩的侧面板(3)上，并与驱动轮(4)分别位于系缆绳(20)的两侧，驱动轮(4)上的凹槽与系缆绳(20)靠压紧轮(5)挤压而紧密接触，
7.根据权利要求6所述的系缆式水下爬行器，其特征在于两个导向轮(1)分别位于驱动轮(4)的上下两侧，导向轮(1)的轴与导流罩侧面板(3)通过螺纹连接并固定。
8.根据权利要求1或权利要求4所述的系缆式水下爬行器，其特征在于导流罩的侧面板(3)上下两端装有两个可打开的挂环(8)，系缆绳(20)从中穿过，使爬行器被限制在系缆周围。
专利摘要一种系缆式水下爬行器，在外壳为流线型的导流罩内有驱动系统、控制系统和浮力部件，运动部件和测量传感器设置在导流罩外侧。系缆式水下爬行器通过运动部件的驱动轮沿系缆绳滚动的方式实现沿系缆绳上下自动爬行，并通过装载的测量传感器，以细微尺度对海水特性和海流进行循环剖面测量，工作水深在几十米到几千米。系缆式水下爬行器操作程序非常灵活，可以根据需要预置采样间隔，实现水下定点连续剖面测量，采集海洋水文、生物、化学等全剖面海洋环境数据资料。
文档编号G01D11/00GK2660483SQ20032012571
公开日2004年12月1日 申请日期2003年12月10日 优先权日2003年12月10日
发明者商红梅, 余立中, 张少永, 邬海强 申请人:国家海洋技术中心