一种全海深海上试验装置的制作方法

本发明属于海洋科学考察领域，具体地说是一种全海深海上试验装置，适合在所有海域，特别是在深海环境下使用。

背景技术：

在国家海洋战略和深远海发展规划的带动下，各种用于海洋的仪器设备和传感器等层出不穷。然而，海洋科学是一个基于试验的、门类非常复杂的综合性科学，研发的各种用于海洋的仪器设备和传感器，必须经过海试才能在海洋科学考察以及其它领域获得应用。全海深海上试验是确认仪器设备或传感器在全球所有海域都能有效应用的必做测试之一。

目前进行全海深海上试验的单位和装备都不多,所依靠的一般主要是两类方法:一种是采用ctd(温盐深仪)绞车下放，另一种是使用潜标下放，其中采用ctd绞车下放海试设备的主要限制是ctd绞车的有效荷载。ctd绞车目前是科学考察船的标准配置，它采用铠装的通讯电缆来控制绞车上的ctd设备工作；同时还要依据操作员指令，在指定的深度击发采水瓶(niskin瓶)动作，最后将不同深度的水样提升到船舶甲板。

ctd缆所处位置一般是在船舶的上甲板，这里距离海面很近，属于海洋腐蚀最严重的浪花飞溅区。ctd缆担负着供电、通讯和抗拉等多项功能，在使用过程中频繁进行收放缠绕作业，存在腐蚀疲劳现象。尽管使用时一般要求四倍的抗拉安全系数，但仍经常发生缆断、设备丢失等情况。特别是采用ctd铠装电缆在进行全海深收放作业时，由于电缆的钢丝铠装部分自身重量逐渐增大，致使海试失败的几率大幅增加。

现有另一种测试深海仪器的方法是使用深海潜标。它是通过在甲板单元发出指定频率及代码的释放信号，以水声通信的方式激活深海释放器，使释放器脱钩，并抛弃其下面的锚系重物；然后，在浮球的拉动下，将测试的仪器设备连同释放器一起上浮至海面。

释放器的价格比较昂贵。为了保证顺利回收，人们越来越多地使用了双释放器级联的方案。这进一步提高了实验成本。全海深条件下释放器的性能并不总是稳定可靠。由于释放器是通过水声通信的方式进行回收，必须在处于深海的释放器和处于海洋表层的甲板单元的换能器之间建立起有效的水声通信联系，因此其可靠性会受到测试海域的水下不同深度的密度层流、中尺度涡等海流因素影响，表层迎风侧海浪等造成的气泡层以及水下换能器姿态、船舶本身噪声等的影响，造成回收困难。

全海深的海试试验品一般是由高校或科研单位耗时多年研制出来，很少有备品，提高海试成功率是研制人员的共同诉求。全海深的海试应用场景，主要集中在马里亚纳海沟附近，这里经常会遇到海底结构的复杂情况。特别是在水深5000m至10000m之间释放时，有可能出现类似于从陡峭的山顶向山脚下放缆绳的情况；这时候半山腰的突起岩石造成的磨损有一定概率导致缆绳断裂、试验设备丢失。一旦海试失败将不可避免地造成科研工作进程的延误，甚至是重新研制、重新海试的后果。

技术实现要素：

为了解决现有深海试验装备存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种简易型、具有高回收可靠度的全海深海上试验装置。该全海深海上试验装置结构简单，无需昂贵的释放器，回收可靠性高，可配合多种设备或仪器部件进行海试，成本低，产业化前景广阔。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括锚系重物、控制器、玻璃浮球、测试参数传感器、凯夫拉绳a、转向轮、绞车及凯夫拉绳b，其中绞车及转向轮分别安装于母船上，所述控制器的上端通过凯夫拉绳a绕过转向轮后缠绕于绞车上，该控制器的下端通过凯夫拉绳b连接有锚系重物，所述控制器与绞车之间的凯夫拉绳a水下绳端处安装有玻璃浮球、被测试的仪器设备及测试参数传感器；所述控制器包括脱钩释放机构及熔断装置，该脱钩释放机构包括连杆及挂钩，所述连杆的一端通过凯夫拉绳a与绞车连接，另一端与挂钩的一端铰接，该挂钩的另一端转动至所述连杆的一侧，并通过所述熔断装置与连杆呈关闭状态，所述锚系重物通过凯夫拉绳b挂在挂钩上；所述挂钩在熔断装置熔断后通过锚系重物的作用向下转动，该锚系重物上的凯夫拉绳b由挂钩上脱掉。

本发明包括锚系重物、控制器、玻璃浮球、测试参数传感器、耦合缆、转向轮及绞车，其中绞车及转向轮分别安装于母船上，所述控制器的上端通过耦合缆中的凯夫拉绳a绕过转向轮后缠绕于绞车上，该控制器的下端通过凯夫拉绳b连接有锚系重物，所述控制器与绞车之间的凯夫拉绳a水下绳端处安装有玻璃浮球及测试参数传感器；被测试的仪器设备通过耦合缆与所述绞车连接，该耦合缆包括凯夫拉绳a及配套通信电缆，所述配套通信电缆连接于凯夫拉绳a的外表面；所述控制器包括脱钩释放机构及熔断装置，该脱钩释放机构包括连杆及挂钩，所述连杆的一端通过耦合缆中的凯夫拉绳a与绞车连接，另一端与挂钩的一端铰接，该挂钩的另一端转动至所述连杆的一侧，并通过所述熔断装置与连杆呈关闭状态，所述锚系重物通过凯夫拉绳b挂在挂钩上；所述挂钩在熔断装置熔断后通过锚系重物的作用向下转动，该锚系重物上的凯夫拉绳b由挂钩上脱掉。

其中：所述熔断装置包括时间延迟继电器及电热熔断丝，该电热熔断丝将所述连杆与挂钩的自由端缠绕在一起，所述电热熔断丝两端接入电源，所述时间延迟继电器的线圈两端与电源连接，常开开关与所述电热熔断丝串联。

所述熔断装置包括时间延迟继电器及电热熔断棒，该电热熔断棒包括金属块、熔断棒及连接块，所述熔断棒的两端分别通过金属块与连接块相连，所述连杆及挂钩的自由端被卡紧于连接块与熔断棒之间，所述熔断棒两端的金属块接入电源，所述间延迟继电器的线圈两端与电源连接，常开开关与所述熔断棒串联。

所述连接块为“u”形，该“u”形开口的两端分别与所述熔断棒两端的金属块连接。

所述被测试的仪器设备的上下两端分别设有玻璃浮球，所述测试参数传感器位于上下两端的玻璃浮球之间。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明与采用常规释放器相比，回收工作不受水声通信环境的制约；不需要甲板单元；回收可靠性受到测试海域水下的密度层流、中尺度涡等海流因素、表层海浪气泡层以及船舶本身噪声、移动等的影响较小。

2.与采用ctd绞车或使用同轴缆绳相比，本发明可以有效避免全海深海试时缆绳自身重量过重的情况；同时，可以避免由于缆绳的铠装钢丝部分受到最严重的海洋浪花飞溅区腐蚀或频繁收放缠绕产生腐蚀疲劳引起的应力腐蚀开裂等现象的发生而导致的回收失败。

附图说明

图1为本发明实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明实施例二的整体结构示意图；

图3为本发明投放工作状态的示意图；

图4为本发明一种结构控制器的示意图；

图5为本发明另一种结构控制器的示意图；

其中：1为锚系重物，2为控制器，21为时间延迟继电器，22为脱钩释放机构，221为连杆，222为挂钩，223为销轴，23为供电电池，24为电热熔断丝，25为电热熔断棒，251为金属块，252为熔断棒，253为连接块，3为玻璃浮球，4为被测试的仪器设备，5为测试参数传感器，6为凯夫拉绳a，7为转向轮，8为绞车，9为海床，10为凯夫拉绳b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

实施例一(被测试的仪器设备4为自容式)

如图1、图4及图5所示，本实施例的试验装置包括锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3、测试参数传感器5、凯夫拉绳a6、转向轮7、绞车8及凯夫拉绳b10，其中绞车8及转向轮7分别安装于母船上，转向轮7和绞车8可以实现被测试的仪器设备4和测试参数传感器5的下放和拉升操作；控制器2的上端通过凯夫拉绳a6绕过转向轮7后缠绕于绞车8上，该控制器2的下端通过凯夫拉绳b10连接有锚系重物1，锚系重物1可以使被测试的仪器设备4更容易下放以及在下放过程中保持下放轨迹近似垂直于海面，较小受到海流的影响。控制器2与绞车8之间的凯夫拉绳a6水下绳端处安装有玻璃浮球3、被测试的仪器设备4及测试参数传感器5；本实施例在被测试的仪器设备4的上下两端分别设有玻璃浮球3，测试参数传感器5位于上下两端的玻璃浮球3之间，本实施例的测试参数传感器5为深度传感器；玻璃浮球3的作用是在测试时保持玻璃浮球3之下的凯夫拉绳近似垂直于海面，以及在回收遇到特殊情况时能够让整套试验装置上浮避免丢失。控制器2包括脱钩释放机构22及熔断装置，该脱钩释放机构22包括连杆221及挂钩222，连杆221的一端通过凯夫拉绳a6与绞车8连接，另一端与挂钩222的一端通过销轴223铰接，该挂钩222的另一端转动至连杆221的一侧，并通过熔断装置与连杆221呈关闭状态，锚系重物1通过凯夫拉绳b10挂在挂钩222上。挂钩222在熔断装置熔断后通过锚系重物1的作用向下转动，该锚系重物1上的凯夫拉绳b10由挂钩222上脱掉。

本实施例的熔断装置如图4所示，熔断装置包括时间延迟继电器21及电热熔断丝24，该电热熔断丝24将连杆221与挂钩222的自由端缠绕在一起，电热熔断丝24两端接入电源(本实施例的电源为供电电池23)，时间延迟继电器21的线圈两端与供电电池23连接，常开开关k与电热熔断丝24串联。

或者，本实施例的熔断装置如图5所示，熔断装置包括时间延迟继电器21及电热熔断棒25，该电热熔断棒25包括金属块251、熔断棒252及连接块253，本实施例的连接块253为“u”形的非金属构件，熔断棒252的两端分别通过金属块251与连接块253“c”形开口的两端分别相连，连杆221及挂钩222的自由端被卡紧于连接块253与熔断棒252之间，熔断棒252两端的金属块251接入供电电池23，间延迟继电器21的线圈两端与供电电池23连接，常开开关k与熔断棒252串联。本实施例的非金属构件连接块253的材质可为尼龙、聚四氟乙烯或聚四六氟乙烯；本实施例的金属块251的材质可为不锈钢。

控制器2中可预置的时间延迟继电器21，在考虑最大可能的试验时间基础上设置延迟时间。本实施例的时间延迟继电器21采用rc延时电路原理，其中电容c是固定容值，电阻r的阻值是可选或可调的电阻阵列。达到时间延迟继电器21的预置延迟时间后，时间延迟继电器21的常开开关k接通供电电池23与电热熔断丝24，待其受热熔断后、脱钩释放机构22动作,使得锚系重物1脱钩抛落。

本实施例的工作原理为：

图3示意了海沟的海床剖面，投放点a是正中靶心的情况，投放点b是距离靶心较远的情况。由于海流、船舶运动以及一些不可抗力，出现投放点b的情况有时不容易避免。此时，如果磨损严重导致断缆，那么在设定的保险时间到达后，被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等都会在玻璃浮球3的拉动下上浮至海面，不会造成被测试的仪器设备4、测试参数传感器5丢失。具体为：

在正常情况下，被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3都是通过凯夫拉绳a6、转向轮7，由绞车8进行全海深的释放或回收测试。在特殊情况下，控制器2是保证能够回收成功的关键部件。

在被测试的仪器设备4是自容式的情况，全海深海上试验作业可以采用图1的方式。以采用电热熔断丝24为例，设定试验装置下放到海底海床9的时间加上试验时间以及提拉回收的时间，共计需要6小时，通过调整控制器2中的时间延迟继电器21的配套电阻r(阵列)，来设定延时时间为8小时。设定后时间延迟继电器21立即开始工作。

如图3所示，如果试验装置准确投放到投放点a、正中靶心，实验完成后在绞车8的拉动下将被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3全部收回。如果试验装置投放到了不是很准确的投放点b，甚至出现偶尔的刮擦，被测试的仪器设备4回收拉力在允许值之内的一定概率下也可以在绞车8的拉动下，在实验完成后将被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3全部收回。但如果出现了锚系重物1提拔张力过大,导致出现了无法直接回收的情况；那么，等待至控制器2中的时间延迟继电器21的预置时间达到。此时，时间延迟继电器21将接通电热熔断丝24的电源，缠绕脱钩释放机构22外面的电热熔断丝24在电流的作用下将会发热，经过设定时间，就会逐渐熔化，并失去其原有的机械强度从而导致脱钩释放机构22中的挂钩222被释放。释放之后，除了锚系重物1以外，控制器2、玻璃浮球3、被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等都会被成功回收。

实施例二(被测试的仪器设备4为实时式)

如图2、图4及图5所示，本实施例的试验装置包括锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3、测试参数传感器5、耦合缆、转向轮7及绞车8，其中绞车8及转向轮7分别安装于母船上，转向轮7和绞车8可以实现被测试的仪器设备4和测试参数传感器5的下放和拉升操作；控制器2的上端通过耦合缆中的凯夫拉绳a6绕过转向轮7后缠绕于绞车8上，该控制器2的下端通过凯夫拉绳b10连接有锚系重物1，锚系重物1可以使被测试的仪器设备4更容易下放以及在下放过程中保持下放轨迹近似垂直于海面，较小受到海流的影响。控制器2与绞车8之间的凯夫拉绳a6水下绳端处安装有玻璃浮球3及测试参数传感器5，被测试的仪器设备4通过耦合缆与绞车8连接，该耦合缆包括凯夫拉绳a6及配套通信电缆，配套通信电缆依附于凯夫拉绳a6之外，且每隔一段用胶带互相固定；本实施例在被测试的仪器设备4的上下两端分别设有玻璃浮球3，测试参数传感器5位于上下两端的玻璃浮球3之间，本实施例的测试参数传感器5为深度传感器；玻璃浮球3的作用是在测试时保持玻璃浮球3之下的凯夫拉绳近似垂直于海面，以及在回收遇到特殊情况时能够让整套试验装置上浮避免丢失。控制器2是保证能够回收成功的关键部件，包括脱钩释放机构22及熔断装置，该脱钩释放机构22包括连杆221及挂钩222，连杆221的一端通过耦合缆中的凯夫拉绳a6与绞车8连接，另一端与挂钩222的一端通过销轴223铰接，该挂钩222的另一端转动至连杆221的一侧，并通过熔断装置与连杆221呈关闭状态，锚系重物1通过凯夫拉绳b10挂在挂钩222上。挂钩222在熔断装置熔断后通过锚系重物1的作用向下转动，该锚系重物1上的凯夫拉绳b10由挂钩222上脱掉。

本实施例的熔断装置与实施例一相同，在此不再赘述。

控制器2中可预置的时间延迟继电器21，在考虑最大可能的试验时间基础上设置延迟时间。本实施例的时间延迟继电器21采用rc延时电路原理，其中电容c是固定容值，电阻r的阻值是可选或可调的电阻阵列。达到时间延迟继电器21的预置延迟时间后，时间延迟继电器21的常开开关k接通供电电池23与电热熔断棒25，待其受热熔断后、脱钩释放机构22动作,使得锚系重物1脱钩抛落。

本实施例的工作原理为：

图3示意了海沟的海床剖面，投放点a是正中靶心的情况，投放点b是距离靶心较远的情况。由于海流、船舶运动以及一些不可抗力，出现投放点b的情况有时不容易避免。此时，如果磨损严重导致断缆，那么在设定的保险时间到达后，被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等都会在玻璃浮球3的拉动下上浮至海面，不会造成被测试的仪器设备4、测试参数传感器5丢失。具体为：

在正常情况下，被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3都是通过凯夫拉绳a6、转向轮7，由绞车8进行全海深的释放或回收测试。在特殊情况下，控制器2是保证能够回收成功的关键部件。

在被测试的仪器设备4是实时式的情况，全海深海上试验作业可以采用图2的方式。在被测试的仪器设备4与绞车8之间采用的是耦合缆，由于被测试的仪器设备4带有配套通信电缆，所以没有采用电热熔断丝24来缠绕脱钩释放机构22，以防止过多线缆缠绕引起不能执行释放动作。电热熔断棒25的两端具有用于固定的金属块251，并连接供电电池23和时间延迟继电器21的常开开关k。电热熔断棒25两端的金属块251被一个“u”型的连接块253固定。

设定试验装置下放到海底海床9的时间加上试验时间以及提拉回收的时间，共计需要6小时，通过调整控制器2中的时间延迟继电器21的配套电阻r(阵列)，来设定延时时间为8小时。设定后时间延迟继电器21立即开始工作。

如图3所示，如果试验装置准确投放到投放点a、正中靶心，实验完成后在绞车8的拉动下将被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3全部收回。如果试验装置投放到了不是很准确的投放点b，甚至出现偶尔的刮擦，被测试的仪器设备4回收拉力在允许值之内的一定概率下也可以在绞车8的拉动下，在实验完成后将被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等，连同锚系重物1、控制器2、玻璃浮球3全部收回。但如果出现了锚系重物1提拔力过大,导致出现了被测试的仪器设备4等无法正常直接回收的情况；那么，等待至控制器2中的时间延迟继电器21的预置时间达到后。此时，时间延迟继电器21将接通电热熔断棒25的电源，电热熔断棒25在电流的作用下将会发热，经过设定时间，就会逐渐熔化，并失去其原有的机械强度从而导致脱钩释放机构22中的挂钩222被释放。释放之后，除了锚系重物1以外，控制器2、玻璃浮球3、被测试的仪器设备4、测试参数传感器5等都会被成功回收。

本发明针对多数海试设备海上试验时间较短且有母船支持的特征，在控制器2内采用可预置的时间延迟继电器21来控制锚系重物1的抛弃。抛弃锚系重物1之后，凯夫拉绳a6的载荷重量得到减轻，这对于深海环境下保证回收具有重要作用。