一种水下多级抛载装置及抛载方法与流程

本发明涉及海洋观测领域，具体地说是涉及一种全海深剖面观测系统，更为具体地说是涉及一种用于全海深剖面观测系统的水下多级抛载装置及抛载方法。

背景技术

海洋观测一般是通过控制观测系统或设备在海水中逐步下潜以测量不同深度处海洋数据，观测完成后需要进行数据回收。目前，基本分为有缆回收和无缆回收两种方式，有缆回收是通过收起缆绳对观测系统回收，其一般适用于浅海观测，无缆回收是通过重浮力调节实现设备在水下下潜和回收工作，下潜过程中重力大于浮力，达到回收条件时通过抛载重物块实现设备回收。

目前，采用的抛载方式多通过电磁方式控制，这种电磁连接只有在接触面比较大的时候吸附力才大，当连接部位产生间隙时这个力很小，稳定性不好。熔断式抛载方式是当达到抛载条件时产生瞬间大电流熔断熔丝，此时相应结构脱离实现抛载，这种方式对电流产生的热量要求较高，系统在下潜过程中，如果熔丝上面有附着物，会影响产生的电流，使得热量不足够熔断熔丝。另外，现有抛载方式多是着重于重浮力的调节，对于一些情况却并不适用。比如，进行全海深观测时，观测设备在抵达海底后，设备底部部分段体常会插入或陷入泥沙中，此时单靠抛载重物块进行重浮力调节往往并不能实现设备上浮。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种水下多级抛载装置及抛载方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种水下多级抛载装置，包括一级抛载支架、二级抛载段体和抛载电机，所述一级抛载支架包括第一圆形板体，在第一圆形板体的底部周边间隔设置有连接杆，所有连接杆呈放射状，在所有连接杆的末端连接一固定环，在第一圆形板体的顶部两边设置有定位销柱，在第一圆形板体的中心设置有第一螺纹孔；

所述二级抛载段体包括第一圆形外筒，在第一圆形外筒的底部设置有第二圆形板体，第二圆形板体与第一圆形板体同心设置，在第二圆形板体的中心设置有第二螺纹孔，在第二圆形板体上还设置有与定位销柱相配合的第一定位孔，定位销柱插入第一定位孔中；在第一圆形外筒的内部设置有方形扁平固定块，在方形扁平固定块的两侧设置有圆形套筒，在圆形套筒中设置有测量传感器，在方形扁平固定块的中心设置有第一轴孔，在方形扁平固定块的顶部两端设置有定位销轴；

所述抛载电机包括电机主体和电机转轴，在电机主体的下方设置有定位圆盘，在定位圆盘上且正对定位销轴的位置处设置有第二定位孔，定位销轴插入第二定位孔中，在定位圆盘的中心且正对第一轴孔处设置有第二轴孔；电机转轴与传动轴套通过花键连接，传动轴套包括一加长轴，加长轴依次穿过第二轴孔和第一轴孔，在加长轴的底端设置有外螺纹，加长轴插入第二螺纹孔和第一螺纹孔中，分别与第二圆形板体和第一圆形板体螺纹连接；在加长轴的顶端设置有托盘，在电机主体和托盘之间设置有缓冲弹簧；

所述抛载电机设置在观测系统主体段的底部，在观测系统主体段上设置有通讯耐压舱、存储控制舱、浮体、阻尼刷和天线，所述测量传感器通过光纤连接存储控制舱，存储控制舱分别与通讯耐压舱和抛载电机连接，通讯耐压舱连接天线，所述浮体包裹在通讯耐压舱和存储控制舱的外部，阻尼刷设置在浮体的上部。

优选的，所述电机转轴的截面呈d字形，所述传动轴套的中心设置有与电机转轴相配合的d形槽，电机转轴插入d形槽中。

优选的，在抛载电机、通讯耐压舱和存储控制舱的外部设置有第二圆形外筒，第二圆形外筒与第一圆形外筒的外径相等。

优选的，在第二圆形外筒上还设置有深度传感器，深度传感器与存储控制舱连接。

优选的，在第一圆形板体和第二圆形板体上正对圆形套筒的位置处开设有圆形孔，测量传感器的测量探头从圆形孔中穿出，并置于一级抛载支架的内部空间中。

一种水下多级抛载方法，采用上述的装置，具体步骤如下：

(1)多级抛载装置和观测系统主体段投放到海水中时，在重力作用下竖直下潜，在下潜过程中测量传感器同步测量海水数据，并将数据通过光纤传送至存储控制舱存储；

(2)当测量传感器测得多级抛载装置和观测系统主体段的深度不再变化时，判断多级抛载装置和观测系统主体段到达海底，此时给抛载电机传送抛载信号；

(3)抛载电机通过电机转轴带动传动轴套反转，由于定位销柱的定位作用，一级抛载支架并不随之转动，传动轴套底端的外螺纹逐渐从第一圆形板体的第一螺纹孔中旋出，当完全旋出后，一级抛载支架与二级抛载段体脱离，实现一级抛载；

(4)一级抛载支架抛载完成后，如果二级抛载段体和观测系统主体段上浮，测量传感器监测到二级抛载段体和观测系统主体段的深度发生变化，此时存储控制舱给抛载电机输出停止信号，抛载电机停止转动，不再进行二级抛载；

(5)一级抛载支架抛载完成后，如果二级抛载段体和观测系统主体段仍不上浮，测量传感器监测发现二级抛载段体和观测系统主体段的深度并不发生变化，此时存储控制舱给抛载电机输出信号，抛载电机继续转动，抛载电机通过电机转轴带动传动轴套继续反转；由于定位销轴的定位作用，二级抛载段体并不整体随之转动，传动轴套底端的外螺纹逐渐从第二圆形板体的第二螺纹孔中旋出，当完全旋出后，二级抛载段体与观测系统主体段脱离，实现二级抛载；

(6)二级抛载完成后，观测系统主体段在浮体的浮力作用下迅速上浮，连接测量传感器和存储控制舱的光纤被扯断，当观测系统主体段上浮到海面后，通讯耐压舱通过天线发送位置信息，观测系统主体段回收。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明采用一个电机实现两级抛载，当遇到水下有泥沙情况防止系统陷入泥沙设计二级抛载，正常情况下系统抛载重物(一级抛载支架)可以上浮，当系统陷入泥沙中时，控制二级抛载，有效解决了抛载可靠性和易实现性。

(2)本发明中电机转轴和传动轴套通过花键连接并且加上缓冲弹簧可保证设备在下潜过程中因为触底而不至于使电机转轴受力。

(3)本发明设置第一圆形外筒和第二圆形外筒的外径相等，也就是系统本体部分和抛载部分外直径一样，采取一体化设计，流线性好，同时配合重心在下，浮心在上的设计，使得观测系统能够稳定竖直下潜。

(4)本发明中一级抛载部分采用倒梯形圆柱罩作为抛载重物，下潜设备在重力作用下下潜时尽可能防止设备陷入泥沙中。

(5)本发明中抛载部分和与电机转轴连接的传动轴套通过螺纹连接，稳定可靠，所说定位销柱和定位销轴用以防止电机转轴旋转时抛载部分跟随旋转，抛载部分相当于螺母。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明省去第一圆形外筒和第二圆形外筒等部件后的结构示意图；

图3为本发明中一级抛载支架的结构示意图；

图4为本发明中传动套筒的结构示意图；

图5为本发明中传动套筒与一级抛载支架的连接示意图；

图6为本发明中定位圆盘与方形扁平固定块定位的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，一种水下多级抛载装置，包括一级抛载支架1、二级抛载段体2和抛载电机3，所述一级抛载支架1包括第一圆形板体101，在第一圆形板体101的底部周边间隔设置有连接杆102，所有连接杆呈放射状，在所有连接杆的末端连接一固定环103，在第一圆形板体的顶部两边设置有定位销柱104，在第一圆形板体的中心设置有第一螺纹孔105。

所述二级抛载段体2包括第一圆形外筒201，在第一圆形外筒201的底部设置有第二圆形板体202，第二圆形板体202与第一圆形板体同心设置，在第二圆形板体的中心设置有第二螺纹孔，在第二圆形板体上还设置有与定位销柱相配合的第一定位孔，定位销柱插入第一定位孔中。在第一圆形外筒的内部设置有方形扁平固定块203，在方形扁平固定块的两侧设置有圆形套筒204，在圆形套筒中设置有测量传感器，在方形扁平固定块的中心设置有第一轴孔，在方形扁平固定块的顶部两端设置有定位销轴5，定位销轴5与方形扁平固定块为一体式设计。

所述抛载电机3包括电机主体和电机转轴，在电机主体的下方设置有定位圆盘4，在定位圆盘上且正对定位销轴5的位置处设置有第二定位孔，定位销轴5插入第二定位孔中，在定位圆盘的中心且正对第一轴孔处设置有第二轴孔。电机转轴与传动轴套6通过花键连接，传动轴套6包括一加长轴601，加长轴601依次穿过第二轴孔和第一轴孔，在加长轴的底端设置有外螺纹602，加长轴插入第二螺纹孔和第一螺纹孔中，分别与第二圆形板体202和第一圆形板体101螺纹连接。在加长轴的顶端设置有托盘603，在电机主体和托盘之间设置有缓冲弹簧7。

所述抛载电机3设置在观测系统主体段的底部，在观测系统主体段上设置有通讯耐压舱8、存储控制舱9、浮体10、阻尼刷11和天线12，所述测量传感器通过光纤连接存储控制舱，存储控制舱分别与通讯耐压舱和抛载电机连接，通讯耐压舱连接天线。所述浮体包裹在通讯耐压舱和存储控制舱的外部，阻尼刷设置在浮体的上部。

本发明采用一个电机实现两级抛载，当遇到水下有泥沙情况防止系统陷入泥沙设计二级抛载，正常情况下系统抛载重物(一级抛载支架)可以上浮，当系统陷入泥沙中时，控制二级抛载，有效解决了抛载可靠性和易实现性。另外，本发明中电机转轴和传动轴套通过花键连接并且加上缓冲弹簧可保证设备在下潜过程中因为触底而不至于使电机转轴受力。

作为对本发明的进一步设计，所述电机转轴的截面呈d字形，所述传动轴套6的中心设置有与电机转轴相配合的d形槽604，电机转轴插入d形槽604中，但并未插入到d形槽的底部。该结构方式即保证了电机转轴可带动传动轴套6旋转，又可使得传送轴套6相对于电机转轴沿轴向来回运动。

更进一步的，在抛载电机、通讯耐压舱和存储控制舱的外部设置有第二圆形外筒14，第二圆形外筒14与第一圆形外筒201的外径相等。该结构使得系统本体部分和抛载部分外直径一样，也即采取一体化设计，流线性好，同时配合重心在下，浮心在上的设计，使得观测系统能够稳定竖直下潜。

进一步的，在第二圆形外筒上还设置有深度传感器，深度传感器与存储控制舱连接。深度传感器可用于实时监测系统所处的深度，其确保了当设备触底且测量传感器损坏后，仍能对设备所处的深度进行监测，从而给抛载电机传输相关信号，控制其停止或运转，即根据所监测到的深度变化情况，确定是否执行二级抛载，并给电机传输信号。

更进一步的，在第一圆形板体和第二圆形板体上正对圆形套筒的位置处开设有圆形孔15，测量传感器的测量探头从圆形孔中穿出，并置于一级抛载支架的内部空间中。一级抛载支架还同时起到了对测量探头的保护作用。

上述抛载电机3与水密插头16连接。

上述第二圆形板体的侧面周圈处设置有用于固定第一圆形外筒的固定孔，在定位圆盘的侧面周圈处以及方形扁平固定块的两侧均设置有用于固定第二圆形外筒的固定孔。

采用上述水下多级抛载装置进行抛载的方法，具体包括以下步骤：

(1)多级抛载装置和观测系统主体段投放到海水中时，在重力作用下竖直下潜，在下潜过程中测量传感器同步测量海水数据，并将数据通过光纤传送至存储控制舱9存储。

(2)当测量传感器测得多级抛载装置和观测系统主体段的深度不再变化时，判断多级抛载装置和观测系统主体段到达海底，此时给抛载电机3传送抛载信号。

(3)抛载电机通过电机转轴带动传动轴套6反转，由于定位销柱的定位作用，一级抛载支架1并不随之转动，传动轴套底端的外螺纹逐渐从第一圆形板体的第一螺纹孔中旋出，当完全旋出后，一级抛载支架与二级抛载段体脱离，实现一级抛载。

(4)一级抛载支架抛载完成后，如果二级抛载段体和观测系统主体段上浮，测量传感器监测到二级抛载段体和观测系统主体段的深度发生变化，此时存储控制舱和/或深度传感器给抛载电机输出停止信号，抛载电机停止转动，不再进行二级抛载。

(5)一级抛载支架抛载完成后，如果二级抛载段体2和观测系统主体段仍不上浮，测量传感器监测发现二级抛载段体和观测系统主体段的深度并不发生变化，此时存储控制舱给抛载电机输出信号，抛载电机继续转动，抛载电机通过电机转轴带动传动轴套继续反转。由于定位销轴的定位作用，二级抛载段体并不整体随之转动，传动轴套底端的外螺纹逐渐从第二圆形板体的第二螺纹孔中旋出，当完全旋出后，二级抛载段体与观测系统主体段脱离，实现二级抛载。

(6)二级抛载完成后，观测系统主体段在浮体的浮力作用下迅速上浮，连接测量传感器和存储控制舱9的光纤被扯断，当观测系统主体段上浮到海面后，通讯耐压舱8通过天线12发送位置信息，观测系统主体段回收。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，上述实施例只是为了说明本发明的技术思路及特点，其目的是让技术人员能够了解本发明的内容和方法并能够顺利实施，并不限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容做出的等效变化或修饰，都涵盖在本发明的保护范围内。