海洋牧场生态监测网小浮标的制作方法

本发明属于海洋环境监测领域，尤其是涉及一种海洋牧场生态监测网小浮标。

背景技术：

现代化海洋牧场是适合现代可持续发展战略的新型海洋生物资源开发模式，其区别于传统海洋牧场建设的最重要特征之一，就是利用现代科学技术和管理方法对生物资源、生态环境、渔业生产以及相关活动等进行系统管理，所以海洋牧场环境监测以及水下养殖生物实时监测已经成为海洋牧场建设的重要方向。对广域水体和生态环境进行监测的网络，需要布设多个节点传感器，对诸如海洋温度、生态、生物等多种环境剖面信息进行原位实时监测。同时还需要布设多个水下视频在线监控节点，可随时掌控鱼虾等水产养殖产品生长发育情况，实现自动增氧、精准投喂和鱼病诊断等异常报警。传统海洋监测系统体积大、功耗大、价格昂贵，从牧场建设的经费投入力度无法实现大量投放从而组成监测网，迫切需要一种低成本的海洋监测手段，可负担大面积、高空间密度的投放，并以分布式的物联网方式进行组网监测，传统技术上无法实现这一难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种海洋牧场生态监测网小浮标，以一种海洋牧场生态监测网小浮标，该浮标下挂基于mems技术的多节点传感器链和视频监控节点，可大量“群蜂式”布放、高时空分辨率、兼顾环境与生物种群特征监测，使用低成本的水面水下无线传输无线通信手段进行组网观测，从而为构建海洋牧场环境智能化立体监测物联网提出了全新的解决方案。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海洋牧场生态监测网小浮标，包括浮体、限弯器和水下传感器链；浮体包括壳体、电源、控制模块和通讯模块，壳体内部分别安装电源、控制模块和通讯模块，通讯模块信号连接至控制模块，控制模块线路连接至所述电源；水下传感器链包括第一传输线缆、传感器固定组件、第三传输线缆和重力锚，第一传输线缆下端依次通过传感器固定组件和第三传输线缆安装重力锚，所述传感器固定组件包括若干传感器固定装置和若干第二传输线缆，若干传感器固定装置和若干第二传输线缆由上至下依次交错分布；第一传输线缆上端穿过所述壳体底部信号连接至控制模块，第一传输线缆外围套接至限弯器下端，限弯器上端固定连接至所述壳体底部外壁。

进一步的，所述壳体包括上半球体、下半球体和密封防撞条，上半球体和下半球体相互对称设置，上半球体和下半球体相互扣接构成中空的球体结构，上半球体位于下半球体上方，上半球体和下半球体相互扣接的外缘套接密封防撞条。

进一步的，所述电源包括锂电池和太阳能电池板，上半球体的材质是透明pvc，太阳能电池板外围固定连接至上半球体内壁，太阳能电池板下端安装锂电池，锂电池电路连接至控制模块。

进一步的，所述第一传输线缆、第二传输线缆和第三传输线缆的结构均相同，第一传输线缆包括外皮护套及其内部分别安装且相互平行设置的承力缆芯、包塑钢缆和若干填充缆绳，所述包塑钢缆由钢芯及其外围套接的包塑缆皮构成；

进一步的，所述外皮护套上端固定连接至下半球体底部，钢芯上端穿过下半球体底部固定连接至控制模块，外皮护套下端和钢芯下端均固定连接至传感器固定装置。

进一步的，所述水下传感器链还包括配重块和浮力块，配重块和浮力块均套接至第三传输线缆的外围，配重块位于浮力块上方。

进一步的，所述水下传感器链还包括若干温盐深智能传感器和溶解氧传感器，每个温盐深智能传感器、每个溶解氧传感器均安装至一个传感器固定装置上。

进一步的，所述限弯器包括第一圆环、第二圆环、第一支板、第二支板和套管，第一支板和第二支板的横截面均为u形结构，且相互对称设置，第一圆环和第二圆环均为中空圆柱结构，且相互平行设置，第一支板的两端分别固定连接至第一圆环外围和第二圆环外围，第二支板的两端分别固定连接至第一圆环的外围和第二圆环的外围，套管是中空圆柱结构，套管外围套接至第一圆环内圈，且位于第二圆环上方，外皮护套上端穿过第二圆环内圈后，通过套管固定连接至下半球体底部，钢芯上端依次穿过第二圆环、套管、下半球体底部后固定连接至控制模块。

相对于现有技术，本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标具有以下优势：

(1)本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标，是一种低成本海洋监测手段，可大量“群蜂式”布放，实现海洋环境与生物种群特征的高时空分辨率监测，为构建海洋牧场环境智能化立体监测物联网提出了全新的解决方案。

(2)本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标，采用高透明pvc为壳体，浮体内设有高性能锂电池和太阳能电池板，充分利用太阳能对电池充电进行能源补充，保证长期的在位时间。

(3)本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标，壳体外围安装有密封防撞条，可以保证浮标的抗撞和水密性能，提高恶劣海况下的浮标存活率和在位时间。

(4)本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标，水下传感器链所采用的轻型传输缆，采用复合缆方式组成，具有重量轻、抗拉能力强、无扭矩等优点。在浮标底端的传输缆连接位置增加限弯器，避免海表波动造成反复弯折导致漏水，提高了浮标海上工作的可靠性。

(5)本发明所述的海洋牧场生态监测网小浮标，传感器链采用电能和数据混合感应传输方式工作，利用包塑钢缆和海水组成的传输回路，由水上浮体向水下各传感器节点传输供电，水上各传感器节点分时向水上浮体传输测量数据，水下每个传感器节点无直接电气连接，可按照测量要求调节位置，具有很好的便利性和可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的海洋牧场生态监测网小浮标的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的浮体的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例所述的第一传输线缆的剖面图；

图4为本发明实施例所述的限弯器的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的海洋牧场生态监测网小浮标的控制原理图。

附图标记说明：

1-浮体；11-上半球体；12-下半球体；13-密封防撞条；14-锂电池；15-太阳能电池板；16-控制模块；17-通讯模块；2-限弯器；21-第一圆环；22-第二圆环；23-第一支板；24-第二支板；25-套管；3-水下传感器链；31-第一传输线缆；311-外皮护套；312-承力缆芯；313-填充缆绳；314-钢芯；315-包塑缆皮；32-第三传输线缆；33-传感器固定装置；34-第二传输线缆；35-重力锚；36-配重块；37-浮力块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

海洋牧场生态监测网小浮标，包括浮体1、限弯器2和水下传感器链3，所述浮体1和水下传感器链3之间通过承力水密接口相连，并增加限弯器2设计，避免海表波动造成反复弯折导致漏水，浮体1包括壳体、电源、控制模块16和通讯模块17，壳体内部分别安装电源、控制模块16和通讯模块17，通讯模块17是铱星9602，通讯模块17信号连接至控制模块16，控制模块16线路连接至所述电源，控制模块16是以armcortex-m4内核的微处理器stm32l432为主控制器，水下传感器链3包括第一传输线缆31、传感器固定组件、第三传输线缆32和重力锚35，第一传输线缆31下端依次通过传感器固定组件和第三传输线缆32安装重力锚35，所述传感器固定组件包括若干传感器固定装置33和若干第二传输线缆34，若干传感器固定装置33和若干第二传输线缆34由上至下依次交错分布，传感器固定装置33是一个鸡心型或空心圆柱形转接承力终端，第一传输线缆31上端穿过所述壳体底部信号连接至控制模块16，第一传输线缆31外围套接至限弯器2下端，限弯器2上端固定连接至所述壳体底部外壁，通过通讯模块17采用低成本的lora技术进行组网通信，满足海洋牧场监测数据长距离、低功耗、稳定可靠、低成本的传输需求，可大量“群蜂式”布放、高时空分辨率、兼顾环境与生物种群特征监测，使用低成本的水面水下无线传输无线通信手段进行组网观测，从而为构建海洋牧场环境智能化立体监测物联网提出了全新的解决方案，在海洋牧场生态监测网中，将海洋牧场需要监测广域水体空间分割成若干个网格，每个网格布放一个或多个小浮标，在小浮标下面的传感器链悬挂一个多节点传感器链，对诸如海洋温度、生态、生物等多种环境信息进行原位实时监测，同时在链上设计一个水下视频在线监控节点，可随时掌控水产品生长发育情况。每个小浮标的多节点传感器链将数据实时传输到水面，再由水面多个小浮标间进行高速的组网通信。这样以低成本微型浮标和传感器链的方式，融合多要素传感器技术和海量传感器链、微型浮标组网、通信技术等，由监测预警中心进行大数据分析，形成智能化的海洋牧场监测预警系统。

所述壳体包括上半球体11、下半球体12和密封防撞条13，上半球体11和下半球体12相互对称设置，上半球体11和下半球体12相互扣接构成中空的球体结构，上半球体11位于下半球体12上方，上半球体11和下半球体12相互扣接的外缘套接密封防撞条13，保证所述壳体的抗撞和水密性能，上半球体11顶部安装用于检测该小浮标周围环境要素的气象传感器、环境光传感器和广角鱼眼摄像头，气象传感器、环境光传感器和广角鱼眼摄像头均信号连接至控制模块16，且通过通讯模块进行组网。

所述电源包括锂电池14和太阳能电池板15，上半球体11的材质是透明pvc，太阳能电池板15外围固定连接至上半球体11内壁，太阳能电池板15下端安装锂电池14，锂电池的型号是er14505，以充分利用太阳能对电池充电进行能源补充，保证长期的在位时间，锂电池14电路连接至控制模块16，控制模块16上安装用于测量该浮标内部环境要素的电子舱温湿度测量传感器、加速传感器、电子罗盘和姿态传感器，电子舱温湿度测量传感器、加速传感器、电子罗盘和姿态传感器均信号连接至控制模块16。

第一传输线缆31、第二传输线缆34和第三传输线缆32的结构均相同，具有重量轻、抗拉能力强、无扭矩等优点，采用复合缆方式组成，第一传输线缆31包括外皮护套311及其内部分别安装且相互平行设置的承力缆芯312、包塑钢缆和若干填充缆绳313，承力缆芯312的材质是凯夫拉，所述包塑钢缆由钢芯314及其外围套接的包塑缆皮315构成；

外皮护套311上端固定连接至下半球体12底部，外皮护套311与下半球体12连接处做好水密，使钢芯314不与海水接触，保证传感器链的抗拉性能，钢芯314上端穿过下半球体12底部固定连接至控制模块16，传输感应耦合信号，外皮护套311下端和钢芯314下端均鸡心型转接承力终端固定连接至传感器固定装置33，其中承力缆芯312为承力部件，钢芯314传输感应耦合信号，外皮护套311起保护作用。

水下传感器链3还包括配重块36和浮力块37，配重块36和浮力块37均套接至第三传输线缆32的外围，配重块36位于浮力块37上方，采取了一定水下距离的倒“s”型悬挂结构设计，以使该浮标根据不同水深状态自动调整系留缆绳长度和位置。

水下传感器链3还包括若干温盐深智能传感器和溶解氧传感器，每个温盐深智能传感器、每个溶解氧传感器均安装至一个传感器固定装置33上，工作人员根据不同深度和待测量要素安装不同种类的传感器，采用感应耦合传输技术通过传输缆进行数据和电能的传输，可以根据不同的测量要求调节传感器节点的位置。

温盐深智能传感器和溶解氧传感器均采用mems技术制作，集微传感器、微执行器以及信号处理电路于一体，体积小、重量轻、功耗低、一致性好，可实现低成本。

限弯器2包括第一圆环21、第二圆环22、第一支板23、第二支板24和套管25，第一支板23和第二支板24的横截面均为u形结构，且相互对称设置，第一圆环21和第二圆环22均为中空圆柱结构，且相互平行设置，第一支板23的两端分别固定连接至第一圆环21外围和第二圆环22外围，第二支板24的两端分别固定连接至第一圆环21的外围和第二圆环22的外围，套管25是中空圆柱结构，套管25外围套接至第一圆环21内圈，且位于第二圆环22上方，外皮护套311上端穿过第二圆环22内圈后，通过套管25固定连接至下半球体12底部，钢芯314上端依次穿过第二圆环22、套管25、下半球体12底部后固定连接至控制模块16。

海洋牧场生态监测网小浮标的工作方式：

通过船舶依次投放若干海洋牧场生态监测网小浮标，布放完成后，每个小浮标均开始工作，由浮体1内部的控制模块先向水下传感器链3传输高频交流电源，水下每个传感器固定装置33感应高频电源信号，在电源接收电路上感应出电能，供传感器固定装置33上的传感器工作能耗使用。工作人员根据不同深度和待测量要素安装不同种类的传感器，所述不同种类的传感器可以是温度传感器、盐度传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器和视频探头的任意一种或多种类组合，所述不同种类的传感器采集信号依次通过第二传输线缆34和第一传输线缆31传输至控制模块16，每控制模块16均通过与其信号连接的通信模块17进行组网通信，最终由监测预警中心进行大数据分析，形成智能化的海洋牧场监测预警系统。

本发明通过上述设计，实现海洋牧场的在线监测功能，测量参数包括海洋水体环境参数和生物种群特征，大量布放的小浮标使用低成本的水面水下无线传输无线通信手段进行组网观测，从而为构建海洋牧场环境智能化立体监测物联网提出了全新的解决方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。