一种浮力驱动的缆系海洋剖面仪的制作方法

本发明涉及海洋探测设备技术领域，尤其涉及一种浮力驱动的缆系海洋剖面仪。

背景技术：

海洋剖面运动设备是人们研究和探测海洋的重要工具。

目前，海洋微结构的测量方式主要有两种：锚系定点测量和船载垂向剖面测量。

锚系定点测量只能对海洋某一固定位置特定深度处进行测量，可以获得较好的时间序列观测，无法获得海洋微结构的垂向结构特征。

公开号为CN103712605A的中国专利文献公开了一种水下便携插针式坐底剖面仪包括：二端分别有上端盖和下端盖的密封腔体，上端盖的外侧具有与腔体贯通的缸体并安装有上导流罩，缸体的顶端有孔，下端盖的外侧安装有下导流罩，腔体内装置有贯通式步进电机，贯通式步进电机的中心轴上贯穿有丝杠，丝杠的上端与位于缸体内的活塞相连，活塞与缸体的配合面上设有密封圈，丝杠的下端通过联轴器与坐底插针的上端连接，坐底插针的下端穿过下端盖以及下导流罩，坐底插针与下端盖的配合面上设有密封圈，下端盖上有轴向孔，孔内装置传感器，传感器与下端盖的接触面上设有密封圈，腔体内安装控制单元和电池。

船载垂向剖面测量依靠调查船完成由海表至某一深度处的海洋微结构测量，但无法获得海洋微结构的时间变异特征，且受海况及现场操作复杂等不利因素限制。

对于海洋微结构的研究，时间变异和空间结构是刻画其特点的重要参量，基于此，发展同时获得垂向空间结构及时间变化的海洋微结构观测仪器亟待解决。

公开号为CN103994757A的中国专利文献公开了一种往复式海洋微结构剖面仪。它解决了海洋湍动能耗散率长期连续剖面观测的问题。该发明包括第一剖面仪子单元、第二剖面仪子单元及中央立架，两个剖面仪子单元一左一右固定在中央立架上，第一剖面仪子单元从上至下依次设置有第一浮力驱动部与第一观测部，第二剖面仪子单元从上至下依次设置有第二浮力驱动部与第二观测部，第一浮力驱动部、第二浮力驱动部均从上至下依次设置有浮漂舱、驱动舱与耐压舱，在浮漂舱内设置有上方油囊，在耐压舱内设置有下方油囊，在驱动舱内设置有驱动泵组件及电磁阀，第一观测部、第二观测部均电连接有控制器，控制器电连接驱动泵组件及电磁阀。

对于需长期在海洋中工作的缆系剖面仪来说，需要姿态稳定、越障能力强及采集数据准确等性能。传统上的缆系剖面仪一般有两种驱动方式：电机驱动与浮力驱动。采用电机驱动方式的缆系剖面仪一般依靠驱动轮与缆绳之间的摩擦力获得动力，由于驱动轮及轴承长期浸泡在海水中影响了其使用寿命。采用浮力调节的缆系剖面仪一般采用2个圆环将剖面仪限制在缆绳上，剖面仪在洋流作用下拉紧缆绳会产生较大的摩擦力，因此其运动性能受环境影响较大。其次，对海流流速(包括大小与方向)的测量是海洋观测的重要内容，若流速仪ACM不能直面来流方向，则会受水流经剖面仪腔体时所产生的卡门涡街影响，降低了测量的准确性。

技术实现要素：

本发明提供一种浮力驱动的缆系海洋剖面仪，该海洋剖面仪沿钢缆上下运动时具有较好的越障能力，使其运动更加平稳。

本发明提供了如下技术方案：

一种浮力驱动的缆系海洋剖面仪，包括钢缆和滑动穿设在钢缆上的剖面仪主体，其特征在于，所述的剖面仪主体包括：滑动穿设在钢缆上的轴套，轴套内设有抵压在钢缆上可沿轴套径向伸缩的伸缩滚轮，轴套外周面设有沿轴套周向均匀分布三个剖面仪子单元，其中一个剖面仪子单元相对的轴套外周面上还设有导流板；

所述的剖面仪子单元设有非密封的浮漂舱和密封的驱动舱，浮漂舱内设有外油囊，驱动舱内设有内油囊、双向泵、电磁阀、控制器、电机及电源，内油囊通过内油管与双向泵入口相连，外油囊通过外油管与双向泵出口相连，外油囊与双向泵出口之间设有电磁阀，控制器与电源、电机及电磁阀电连接，电机驱动双向泵。

本发明的海洋剖面仪运动平稳可靠，并且朝向可以自动调整，使得该海洋剖面仪测量数据更加准确。

在使用时，将钢缆纵穿固定于任意海域内，钢缆底端可以通过锚块固定，顶端通过浮力件牵引。

作为优选，所述钢缆上设有用于限制剖面仪主体上下滑移距离的上限位件和下限位件。

剖面仪主体的轴套滑动地穿套于钢缆上，剖面仪主体可沿钢缆在浅海区水深100米左右的范围内作升降移动。控制器控制剖面仪子单元的内油囊向外油囊内输入油量，以使外油囊体积增大，从而使剖面仪主体浮力增大，驱使剖面仪沿钢缆滑动上升；当控制器控制外油囊向内油囊内回流油量时，外油囊体积减小，剖面仪主体的浮力减小，剖面仪主体沿钢缆滑动下降，在往复地下降、上升过程中实现对海洋剖面相关参数的测量。

控制器用于接收外部信号，通过控制电机转向，电机带动双向泵和电磁阀来控制油液的流动方向，从而控制剖面仪主体的运动状态。

作为优选，浮漂舱内设有压力传感器。

压力传感器测量剖面仪主体当前位置的海水压力，在上升或下降过程中，将压力传感器测量的压力值与参考值(控制器接收的外部的人为设定值)进行比较，以调整剖面仪主体的运动状态。

本发明的轴套内设置有伸缩滚轮，可沿轴套的径向伸缩，钢缆穿过轴套时，伸缩滚轮压紧钢缆，当钢缆上有障碍物时，通过伸缩滚轮的伸缩可以越过障碍物，防止剖面仪主体卡死，使剖面仪主体运动更加平稳。

作为优选，所述的伸缩滚轮包括：

支架，固定在轴套内周面上；

滑块，滑动安装在支架上；

滚轮，滚轮的轮轴与滑动孔间隙配合；

伸缩弹簧，连接在轴套与滑块之间。

在伸缩弹簧的作用下，伸缩滚轮与钢缆压紧，当钢缆上具有障碍物时，伸缩滚轮收缩避开障碍物，避开障碍物后在伸缩弹簧的作用下，伸缩滚轮复位。

作为优选，所述的伸缩滚轮有3个，在轴套内沿轴套周向均匀分布。

作为优选，所述的滚轮外周面具有与钢缆相配合的凹槽。

伸缩滚轮可设置3个(不限于3个)并均匀布置，钢缆卡在滚轮外周面的凹槽内，该技术方案使得剖面仪主体运动更加平稳。

本发明的剖面仪主体上设置导流板，在洋流的作用下，导流板所处的平面会自动转向与洋流流向相平行的平面内。导流板的设置使得本发明的剖面仪主体朝向平稳，不会在洋流的作用下发生打转的现象。

作为优选，与导流板相对的剖面仪子单元内设有检测装置。

作为优选，所述的检测装置为流速仪。

在与导流板相对的剖面仪子单元内设流速仪，流速仪的测量值不受剖面仪主体所产生的涡流影响，提高了本发明的海洋剖面仪的测量精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、轴套内伸缩滚轮压紧钢缆，并具有越障能力，使得本发明的海洋剖面仪主体运动更加平稳，同时，钢缆与伸缩滚轮之间为滚动摩擦，摩擦力较小，减小本发明剖面仪的能耗；

2、三个剖面仪子单元均匀分布，提高了本发明的海洋剖面仪的平衡能力；

3、导流板的设置使本发明的海洋剖面仪不会在洋流的作用下发生打转的现象，使流速仪的测量值不受剖面仪主体所产生的涡流影响，提高了本发明的海洋剖面仪的测量精度。

附图说明

图1为本发明海洋剖面仪使用状态的结构示意图；

图2为轴套的结构示意图；

图3为剖面仪子单元的剖视结构示意图。

其中：1、钢缆；2、剖面仪主体；21、轴套；22、剖面仪子单元；221、浮漂舱；222、驱动舱；223、外油囊；224、内油囊；225、电磁阀；226、双向泵；227、电机；23、导流板；24、伸缩滚轮；241、支架；242、滑块；243、滚轮；244、伸缩弹簧；3、锚块；4、浮力件；5、下限位件；6、上限位件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，一种浮力驱动的缆系海洋剖面仪，包括钢缆1和滑动穿设在钢缆上的剖面仪主体2。

在使用时，将钢缆1纵穿固定于任意海域内，钢缆1底端可以通过锚块3固定，顶端通过浮力件4牵引。

钢缆1上设有用于限制剖面仪主体2上下滑移距离的上限位件6和下限位件5。剖面仪主体2滑动地穿套于钢缆1上，可沿钢缆1在浅海区水深100米左右的范围内作升降移动。

剖面仪主体2包括：滑动穿设在钢缆1上的轴套21、均匀固定在轴套21外周面上的三个剖面仪子单元22，轴套21外周面上与其中一个剖面仪子单22相对一侧还设有导流板23。剖面仪子单元22设置为3个，相邻剖面仪子单元22之间呈120度夹角，这中技术方案提高了海洋剖面仪的平衡能力。

如图2所示，剖面仪子单元22设有非密封的浮漂舱221和密封的驱动舱222，浮漂舱内设有外油囊223，驱动舱222内设有内油囊224、双向泵226、电磁阀225、电机227及控制器，内油囊224有两个，分别通过内油管和集成块上的油路与双向泵226入口相连，外油囊223通过外油管和集成块上的油路与双向泵226出口相连，外油囊223与双向泵226出口之间设有电磁阀225，控制器控制电机转向，电机227带动双向泵226及电磁阀225。

控制器包括电机驱动器、核心控制板和电压转换电路等。控制器用于接收外部信号，通过控制电机转向和电磁阀来控制油液的流动方向，从而控制剖面仪主体2的运动状态。

当控制器控制内油囊224向外油囊223内输入油量时，外油囊223体积增大，从而使剖面仪主体2浮力增大，驱使剖面仪沿钢缆1滑动上升；当控制器控制外油囊223向内油囊224内回流油量时，外油囊体积减小，剖面仪主体的浮力减小，剖面仪主体沿钢缆滑动下降，在往复地下降、上升过程中实现对海洋剖面相关参数的测量。

驱动舱222与浮漂舱221由端盖分隔并密封，在端盖位于驱动舱222一侧上固定有集成块，内油囊224、双向泵226、电磁阀225和电机均固定在集成块上，内油管和外油管均设在集成块的内部。整个剖面仪主体结构紧凑，密封方式简单可靠，便于维护。

剖面仪子单元内安装有压力传感器，压力传感器设在驱动舱222内并且与浮漂舱221相通，用于测量剖面仪主体当前位置的海水压力，在上升或下降过程中，将压力传感器测量的压力值与参考值进行比较，以调整剖面仪主体的运动状态。

与导流板23相对的一个剖面仪子单元内还安装有流速仪。导流板23的设置使剖面仪主体不会在洋流的作用下发生打转的现象，使流速仪的测量值不受剖面仪主体所产生的涡流影响，提高了海洋剖面仪的测量精度。

如图3所示，轴套21内设有抵压在钢缆上可沿轴套21径向伸缩的伸缩滚轮24。伸缩滚轮24包括：固定在轴套21内周面上的支架241、滑动安装在支架241上的滑块242、轮轴与滑动242孔间隙配合的滚轮243以及连接在轴套21与滑块242之间伸缩弹簧244。钢缆1穿过轴套21时，伸缩滚轮24压紧钢缆1，当钢缆1上有障碍物时，通过伸缩滚轮24的伸缩可以越过障碍物，防止剖面仪主体2卡死，使剖面仪主体2运动更加平稳。

伸缩滚轮24可设置3个(不限于3个)并均匀布置，钢缆卡在滚轮外周面的凹槽内。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。