专利名称：海洋剖面循环探测浮标的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋剖面自动探测装置，尤其是涉及一种海洋剖面循环探测浮标。
背景技术：
海洋环境对全球气候变化有重大影响，布放在海洋中的剖面浮标可以大范围快速 搜集海洋0-2000米深海水的温度、盐度的剖面资料。从而提高气象预报的精度，有效防御 全球日益严重的气象灾害。而布放在海水中的剖面浮标，要求具有自动下潜和自动上浮的自持能力，可在预 定深度漂浮，并能循环测量海洋剖面要素。目前多种剖面探测浮标正处于研究发展阶段。各 具有不同的特点。其中常用的卫星跟踪浮标为自持式漂流循环探测浮标，又称中性剖面探测漂流浮 标。这种探测浮标通过改变自身体积来实现在海洋中下潜和上浮。在上升过程中完成海洋 剖面测量。实现快速、准确测量海洋次表层海水温度和盐度的剖面数据。其工作原理是，自持式漂流循环探测浮标布放海上后，自动潜入水下2000米以内 的深度。随海流保持中性自由漂浮，到达预定深度后自动上浮。在上浮过程中传感器测量 海水温度和盐度，到达海面后再处于漂浮状态，然后在海面通过卫星系统将采集的测量数 据传输给用户。当完成测量数据传送后，自持式漂流循环探测浮标又自动下潜并开始下一 次自动循环探测过程，达到预定深度自动上浮并进行测量，一个自持式漂流循环探测浮标 在海中反复进行下潜、上浮地自动循环探测。可连续工作二年以上。图1显示现有自持式漂流循环探测浮标的基本结构，该探测浮标为细长的圆柱型 结构，圆柱形耐压壳体上部外侧设置有平衡环，可以使耐压壳体在海水中处于直立状态。在 耐压壳体内设有电机、液压柱塞泵、电池组、控制电路板及卫星发射机，在耐压壳体上端盖 外部设有传感器及通讯天线。耐压壳体外部设有盛油皮囊。液压柱塞泵通过高压油管与盛 油皮囊相通。液压柱塞泵由电机带动。将液压油从皮囊内注入或从皮囊内抽出。使皮囊膨 胀或收缩，以改变探测浮标的整体体积，实现探测浮标在水下的上浮或下潜。在探测浮标上 浮过程中，测量传感器不断测量海水的温度、盐度和深度数据。到达海面后由卫星发射机通 过卫星通讯天线将测量数据发送出去。但是，现有浮潜标结构存在如下的缺陷剖面探测浮标内腔体积一定，使盛放的液 压油也是一定的，到达2000米以下的海底之后，剖面探测浮标没有足够的浮力提供；另外， 由于不同的海况，海底密度和压力不尽相同，对皮囊造成的变形也不尽相同，从而对浮标的 深度控制的精度难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷，而提供一种自持式漂 流循环探测浮标，该浮标通过改变自身体积的大小，从而使浮标上浮或下潜。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的，海洋剖面循环探测浮标，由圆柱形耐压壳体、上端盖和下端盖构成，上端盖的外部设有传感器和卫星天线；在耐压壳 体内设置有电路控制板及由电动机带动的液压柱塞泵，所述电动机与一电池组相连；其特 征在于所述圆柱型耐压壳体为短粗型，分为外壳和内壳，所述外壳和内壳均为两端开口的 筒状结构，外壳套设在内壳的外部，两者密封配合且可移动；上端盖通过上法兰与外壳连接 在一起，下端盖通过下法兰与内壳连接在一起；在壳体内部安装一液压缸，该液压缸的缸筒 固定在下法兰上，与缸筒配合的活塞杆与上法兰连接，液压柱塞泵与缸筒相连。
在壳体的外部套设有保护皮囊，且保护皮囊的两端与上、下法兰连接。
在下端盖的底部还安装了一个辅助皮囊，所述辅助皮囊通过高压油管及电磁换向 阀与柱塞泵相通，在辅助皮囊与柱塞泵之间的高压油管上设有一电磁换向阀。所述液压柱塞泵与缸筒之间的油路上设有电磁换向阀。所述上法兰安装有微型真空泵。所述上端盖和下端盖均为弧形结构。所述传感器为测量传感器和压力传感器。本发明的有益效果，由于壳体采用了短粗圆柱型结构，以取代目前传统的细长型 结构，从而扩大了浮标的直径，减小浮标的长度，降低其重心高度，使其更能抗击海流和波 浪造成的冲击影响，保持稳定度。采用液压缸驱动，可以实现改变浮标本身体积的目的。在壳体的外部套设的皮囊，可以很好保护内壳和外壳，使不受海水腐蚀，增加整体 的使用寿命，同时给内外壳之间提供了辅助的密封措施，当浮标体积要缩小时，靠皮囊伸长 的拉力给液压缸提供往回压油的压力，使液压缸缩短，从而使浮标体积减小，浮力减小。由于在下端盖的外部又加入了一个辅助皮囊，进一步增大了浮力，可以使浮标能 够在2000米海底以下也能提供足够的浮力。
图1为海洋剖面循环探测浮标现有结构示意图。图2为本发明结构示意图。图3为本发明外壳与内壳移动后的结构示意图。图4为本发明辅助皮囊充油后的结构示意图。图5为本发明液压油路工作原理图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明进行具体的分析，本发明海洋剖面循环探测浮标，由圆柱 形耐压壳体17、上端盖9及下端盖2构成，上端盖9和下端盖2均为弧形结构。在上端盖2 的外部设有传感器10和卫星天线11，该传感器10和卫星天线11通过上端盖9的安装孔安 装在上端盖2的顶部。参见图2所示。在耐压壳体内设置有电路控制板7及由电动机16带动的液压柱塞泵19，电动机 16与一电池组4相连，使电动机16得到电源供应。所述圆柱型耐压壳体为短粗型，扩大了 浮标的直径，该壳体分为外壳14和内壳18，所述外壳14和内壳18均为两端开口的圆筒状 结构，外壳14套设在内壳18的外部，两者密封配合且可移动；上端盖9通过上法兰8与外 壳14连接在一起，下端盖2通过下法兰3与内壳18连接在一起。上端盖9、上法兰8及外壳14三者可以通过螺栓连接；下端盖2、下法兰3及内壳18三者也一样通过螺栓连接在一 起。在壳体内部安装一液压缸，该液压缸的缸筒5固定在下法兰3上，与缸筒5配合的活塞 杆13与上法兰8连接，液压柱塞泵19通过油路与缸筒5相通。由于浮标需要在海底进行作业，所以各个连接之处均采用密封措施。即在浮标内 壳18和外壳14之间的连接处，安装卫星天线11和传感器10的安装孔，均可采用橡胶圈密 封。上述传感器为测量传感器和压力传感器。在上述壳体的外部套设有保护皮囊6，该保护皮囊6的两端与上、下法兰连接，皮 囊可以加少量润滑油润滑。该皮囊可以保护内壳18和外壳14，从而使壳体不受海水腐蚀， 从而增加浮标的整体使用寿命。同时也给内、外壳之间提供辅助的密封措施。当浮标体积 要缩小时，靠皮囊伸长的拉力给液压缸提供往回压油的压力，使液压缸缩短，从而使壳体缩 短，皮囊和浮标体积减小浮力减小。在下端盖2的底部还安装了一个辅助皮囊1，该辅助皮囊1可能通过固定螺栓23 连接到下端盖2上，在辅助皮囊1和下端盖2连接处可采用橡胶圈密封。该辅助皮囊1通过 高压油管与液压柱塞泵19相通，在辅助皮囊1与液压柱塞泵19之间的高压油管上设有一 电磁换向阀21。该辅助皮囊1可以进一步改变浮标的体积。当需要浮标潜入2000米以下 的海底，只需将液压油注入皮囊之中，增大皮囊的体积，从而进一步增加浮标的浮力。当遇 到特殊海况或因浮标使用时间过长而导致浮力不够时，即浮标在2000米以上就没有足够 的浮力使其上浮，此时液压柱塞泵可以将浮标内壳中的一部份液压油注入到辅助皮囊中， 增大浮标的体积，进而增大浮标浮力，使浮标上浮。在上述液压柱塞泵19与缸筒5之间的油路上设有电磁换向阀22。在上法兰8上还安装有一真空泵12，每当浮标上升到海平面时，真空泵12开始工 作，将浮标内腔抽成真空，保持浮标内腔一定的真空度，在一定程度上提高了浮标的密封效 果，同时也使浮标内的零器件避免接触空气而导致氧化。本发明的浮标工作原理，当要增大浮标体积时电池组4对电动机16供电，电动机 16驱动液压柱塞泵19转动，通过电磁换向阀22将高压油注入液压缸的缸筒5内，液压缸的 活塞杆13推出，从而推动上法兰8和下法兰3相互分离，从而带动外壳14和内壳18相互 移动，则浮标体积增大，浮标上浮。到达海面之后，电磁换向阀22得电，关闭供油回路，浮标 则浮于海面之上。参见图3所示。当遇到特殊海况、因浮标使用时间过长而导致浮力不够或潜入2000米以下的海 底时，需要进一小增大浮标的浮力，此时电磁换向阀22得电，关闭液压缸供油回路，电磁换 向阀21失电，液压柱塞泵19将浮标腔内的液压油注入辅助皮囊1之中，为浮标提供辅助浮 力，到达海面之后，电磁换向阀21得电，关闭皮囊供油回路，则浮标浮于海面之上。参见图 4所示。当浮标下沉时，需要减小体积，电磁换向阀21失电，液压柱塞泵19停止工作，液压 油通过皮囊的压力和海水的压力将液压油压回浮标内腔之中，电磁换向阀22失电，液压缸 中的液压油通过浮标内腔真空度、海水压力和连接浮标内外壳的皮囊的拉力将液压油压回 浮标内腔，则浮标下沉。到达海底一千米时，压力传感器将信号传给电磁换向阀22，则电磁 换向阀22得电，压力油停止压回浮标内腔之中，浮标停留于海底一千米处；经过一段时间电磁换向阀22失电，压力油重新被压回浮标内腔，浮标体积进一步缩小，浮标继续下沉；到 达海底两千米时，压力传感器将信号传输到电磁换向阀22，则电磁换向阀得电，压力油停止 被压回浮标内腔，浮标体积停止缩小，则浮标停留于海底两千米处。海水压力将辅助皮囊1的高压油通过电磁换向阀21压回浮标内腔，则浮标体积减 小；海水压力、浮标内腔真空压力、保护皮囊6的拉力将液压缸缸筒5内的高压油通过电磁 换向阀21压回浮标内腔，则浮标体积减小。本发明浮标运动过程为首先将浮标投放至所需要测量的海域，开机运行；与卫 星进行通讯，取得浮标的位置和工作情况；通讯结束后浮标收缩外壳，开始下潜；下潜到 一千米海深时停留一段时间；浮标继续收缩外壳下潜；当到达2000米海底的时候停留一段 时间；浮标伸长外壳开始上浮；在上浮的过程中测量所需要采集的数据并进行存储；浮标 上升至海平面，这时浮标的外壳伸长到最长以保证能有足够的浮力使浮标浮在海面上和保 持浮标的平稳性，便于与卫星的连接和通讯；浮标继续收缩外壳下潜，在探测浮标上浮过程 中，测量传感器不断测量海水的温度、盐度和深度数据。到达海面后由卫星发射机通过卫星 通讯天线将测量数据发送出去。重复以上过程直到电池耗尽沉入海底为止，这一过程至少 要维持四至五年的时间。
权利要求
1.海洋剖面循环探测浮标，由圆柱形耐压壳体、上端盖和下端盖构成，上端盖的外部设 有传感器和卫星天线；在耐压壳体内设置有电路控制板及由电动机带动的液压柱塞泵，电 动机与一电池组相连；其特征在于所述圆柱型耐压壳体为短粗型，分为外壳和内壳，所述 外壳和内壳均为两端开口的筒状结构，外壳套设在内壳的外部，两者密封配合且可移动；上 端盖通过上法兰与外壳连接在一起，下端盖通过下法兰与内壳连接在一起；在壳体内部安 装一液压缸，该液压缸的缸筒固定在下法兰上，与缸筒配合的活塞杆与上法兰连接，液压柱 塞泵与缸筒通过油管相连。
2.根据权利要求1所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于在壳体的外部套设有 保护皮囊，且保护皮囊的两端与上、下法兰连接。
3.根据权利要求1所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于在下端盖的底部还安 装了一个辅助皮囊，所述辅助皮囊通过高压油管与液压柱塞泵相通，在辅助皮囊与柱塞泵 之间的高压油管上设有一电磁换向阀。
4.根据权利要求2所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于在下端盖的底部还安 装了一个辅助皮囊，所述辅助皮囊通过高压油管与液压柱塞泵相通，在辅助皮囊与柱塞泵 之间的高压油管上设有一电磁换向阀。
5.根据权利要求1至4中任一种所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于所述液 压柱塞泵与缸筒之间的油路上设有一电磁换向阀。
6.根据权利要求1至4中任一种所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于所述上 法兰安装有微型真空泵。
7.根据权利要求5所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于所述上法兰安装有微 型真空泵。
8.根据权利要求1至4中任一种所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于所述上 端盖和下端盖均为弧形结构。
9.根据权利要求1至4中任一种所述的海洋剖面循环探测浮标，其特征在于所述传 感器为测量传感器和压力传感器。
全文摘要
本发明涉及一种海洋剖面循环探测浮标。用于搜集海洋海水的温度、盐度的剖面资料。其结构由圆柱形耐压壳体、上端盖和下端盖构成，上端盖设有传感器和卫星天线；在耐压壳体内设置有液压柱塞泵；所述圆柱型耐压壳体为短粗型，分为外壳和内壳，外壳套设在内壳的外部，两者密封配合且可移动；上、下端盖分别通过上、下法兰与外壳和内壳连接在一起；在壳体内部安装液压缸，该液压缸的缸筒和活塞杆分别固定在上、下法兰上，液压柱塞泵与缸筒相通。由于采用液压缸驱动，可以实现改变浮标本身体积。壳体为短粗圆柱型结构，减小浮标的长度，扩大了浮标的直径，降低其重心高度，使其更能抗击海流和波浪造成的冲击影响，保持稳定度。
文档编号G01N9/10GK102114900SQ201110022640
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者吴爱平, 唐歆, 姜琳琳, 梁拥成, 王世明, 诸逦莹, 马利娜 申请人:上海海洋大学, 姜琳琳