水下潜标实时数据传输装置及采用该装置的全剖面潜标的制作方法

1.本发明属于水下监测技术领域，特别涉及一种水下潜标实时数据传输装置及采用该装置的全剖面潜标。


背景技术：

2.海洋潜标是海洋环境长期定点监测的基本手段和重要技术装置。因其布放在水下，具有隐蔽性好、不易被破坏等优点，在海洋调查、海洋环境保护、海洋开发、海洋军事保障等领域被广泛应用。
3.常规海洋潜标多为单点绷紧型系留，系统上分层悬挂各类且数目各异的自容式传感器，相应技术已较为成熟。但常规潜标一旦布放就长期在水下工作，所观测到的数据资料只能储存在测量仪器内部，要等到潜标回收以后进行数据回放才能获取数据，数据资料的时效性就大打折扣了；而且常规潜标对其主浮体以上的水域不易接近，环境资料的监测较少，而海洋上层水域的剖面环境资料，能够帮助人们揭示海气相互作用和影响的规律，是人们较为关注的，对于海上航行和军事活动非常重要。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种水下潜标实时数据传输装置及采用该装置的全剖面潜标，能够实现海洋全剖面数据测量并及时向地面用户发送测量数据。
5.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种水下潜标实时数据传输装置，该装置安装在水下潜标的主浮体之上，包括水下绞车、具有正浮力的升降平台、剖面测量传感器、升降平台控制器、具有正浮力的系缆、声通讯机组和卫星通讯机；所述声通讯机组由升降平台声讯机和主浮体声讯机组成；所述水下绞车和所述主浮体声讯机安装固定在水下潜标的主浮体上，所述水下绞车由水下潜标的主控机控制；所述升降平台声讯机、所述升降平台控制器、所述剖面测量传感器和所述卫星通讯机安装在所述升降平台上；所述升降平台通过所述系缆与所述水下绞车连接；
6.所述水下潜标的主控机采集来自水下潜标测量仪器的测量数据进行处理和储存，并将特征数据通过所述声通讯机组传输给所述升降平台控制器；所述升降平台控制器采集来自所述剖面测量传感器的测量数据进行处理和储存；所述剖面测量传感器的测量数据依次通过所述升降平台控制器和所述声通讯机组传输给所述潜标主控机进行处理和储存；
7.在所述升降平台上浮至水面时，所述升降平台控制器将水下潜标测量数据的特征数据以及剖面测量传感器测量数据的特征数据通过所述卫星通讯机传送给地面用户；
8.在卫星数据发送完成后，所述升降平台控制器通过所述声通讯机组将卫星通讯完成信息传输给所述潜标主控机，所述潜标主控机根据所述剖面测量传感器测定的压力数据以及预定程序向所述水下绞车发出控制指令。
9.所述系缆是采用上下两段连接而成的，下段采用kevlar绳，上段采用弹性绳。
10.所述弹性绳的弹性伸长量为其初始长度的1倍以上。
11.所述水下绞车安装在水下潜标主浮体内部的绞车支架上，外部设有保护罩，所述水下绞车包括电机减速机、传动机构、绕缆滚筒、张紧机构、排缆机构、工作缆和供电电源，所述供电电源、所述电机减速机和所述水下潜标的主控机安装在密封舱体内。
12.所述升降平台的外形呈流线型。
13.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种采用上述实时数据传输装置的全剖面潜标，包括水下潜标，在所述水下潜标的上方设置有所述实时数据传输装置。
14.本发明具有的优点和积极效果是：通过在常规潜标主浮体上加装牵引升降平台的水下绞车，将主浮体上层的剖面观测和数据发送任务交由绞车牵引升降平台来完成，形成海洋全剖面实时数据传输的全剖面水下潜标。具有实时数据传输功能的海洋全剖面监测水下潜标具备深海全剖面观测能力，有利于对海洋内部过程的监测和认知，可以在恶劣海洋环境下实现无人值守的全天候、全天时长期连续定点观测，具有较强的隐蔽性和安全性，同时具备数据实时传输的能力，能够成为进行深海水下剖面观测的重要技术装备。本发明将潜标数据用升降平台送到水面通过卫星发送给地面用户，既解决了水下潜标数据实时传输问题，又能够在数据发送完成后立即潜入水下，保证了潜标的隐蔽性和安全性。
附图说明
15.图1为本发明全剖面水下潜标的结构示意图。
16.图中：1、水下绞车；2、主浮体；3、系缆；4、升降平台；5、卫星通讯机；6、剖面测量传感器；7、升降平台声通讯机；8、主浮体声通讯机；9、绕缆滚筒；10、系留索；11、测量仪器；12、浮块；13、释放器；14、锚。
具体实施方式
17.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
18.请参阅图1，一种水下潜标实时数据传输装置，该装置安装在水下潜标的主浮体2之上，包括水下绞车1、具有正浮力的升降平台4、剖面测量传感器6、升降平台控制器、具有正浮力的系缆3、声通讯机组和卫星通讯机5；所述声通讯机组由升降平台声讯机7和主浮体声讯机8组成；所述水下绞车1和所述主浮体声讯机8安装固定在水下潜标的主浮体2上，所述水下绞车1由水下潜标的主控机控制；所述升降平台声讯机7、所述升降平台控制器、所述剖面测量传感器6和所述卫星通讯机5安装在所述升降平台4上；所述升降平台4通过所述系缆3与所述水下绞车1连接。
19.所述水下潜标的主控机采集来自水下潜标测量仪器11的测量数据进行处理和储存，并将特征数据通过所述声通讯机组传输给所述升降平台控制器；所述升降平台控制器采集来自所述剖面测量传感器6的测量数据进行处理和储存；所述剖面测量传感器6的测量数据依次通过所述升降平台控制器和所述声通讯机组传输给所述潜标主控机进行处理和储存。
20.在所述升降平台上浮至水面时，所述升降平台控制器将水下潜标测量数据的特征
数据以及剖面测量传感器测量数据的特征数据通过所述卫星通讯机传送给地面用户。
21.在卫星数据发送完成后，所述升降平台控制器通过所述声通讯机组将卫星通讯完成信息传输给所述潜标主控机，所述潜标主控机根据所述剖面测量传感器6测定的压力数据以及设定程序向所述水下绞车1发出控制指令。
22.所述潜标主控机按预定时序给水下绞车电机加电，使升降平台上升、下降或停止，也可以通过卫星接收用户指令，再通过声通讯机组传输给水下潜标主控机，改变水下绞车运行的状态和程序。
23.所述潜标主控机根据升降平台压力数据判断升降平台是否到达水面，决定收放系缆的长度。水下潜标的主控机和升降平台控制器通过声通讯机传输指令和测量数据。
24.所述数据传输装置安装在水下潜标的主浮体上，由水下潜标的主浮体提供浮力和安装位置，并由水下潜标的主浮体保证水下绞车在水下稳定的、向上的姿态。
25.所述卫星通讯机5安装在升降平台4顶部，当升降平台4上升到水面以后，卫星通讯机5将来自所述升降平台控制器的数据发送到卫星。
26.所述主浮体2为一流线型玻璃微珠材料制作的浮体，内嵌不锈钢支架，水下绞车1、主浮体声通讯机8和绕缆滚筒9安装在支架上。
27.所述水下绞车1是实现海洋上层剖面测量和实时数据传输的关键，采用水下潜标的主控机进行控制，主要包括电机减速机、传动机构、绕缆滚筒9、张紧机构、排缆机构、工作缆和供电电源等部件。所述水下绞车1安装在水下潜标主浮体内部的长方形绞车支架上，外部设有保护罩，保护罩采用玻璃微珠浮力材料制作；水下潜标的主控机、供电电源和电机减速机安装在密封舱体内。水下潜标的主控机按预定程序给电机加电控制电机正转、反转和停止。
28.所述升降平台是剖面测量传感器6、升降平台声通讯机7和卫星通讯机5的载体，外形呈流线型，由耐压玻璃微珠加工而成，内嵌不锈钢支架，支架上安装卫星通讯机5、剖面测量传感器6、升降平台声通讯机7和升降平台控制器。
29.所述系缆3的主要功能是牵引升降平台剖面循环，由高强度化纤绳制作，系缆3的一端固定在绕缆滚筒9上，另一端固定在升降平台4下部。所述系缆3连接在水下潜标的主浮体2和升降平台4之间，具有正浮力，在水下呈绷紧状态。为了抵消水面波浪起伏对系缆的拉扯和松弛，保护水下绞车排缆器工作顺畅，所述系缆3采用上下两段连接，下段采用kevlar绳，上段采用弹性绳，弹性伸长量可达1倍以上。
30.所述声通讯机组由2台型号相同的声通讯机组成，一台安装在主浮体上，另一台安装在升降平台上，用于潜标主控机和升降平台控制器之间的测量数据和控制指令传输。
31.应用时，上述实时数据传输装置设置在水下潜标的上方，通常水下潜标包括从上至下依次连接的主浮体2、系留索10、潜标测量仪器11、浮块12、释放器13和锚14，在主浮体2上安装有主控机，接收来自测量仪器11的测量数据进行处理和储存；所述实时数据传输装置和水下潜标相互结合组成完整的实时数据传输、全剖面潜标。
32.上述全剖面潜标的工作过程及工作原理：
33.水下绞车1的电机减速机通过传动机构驱动绕缆滚筒9转动，收放系缆3，使升降平台4做上下剖面运动。当升降平台4做剖面运动时，剖面测量传感器6进行剖面数据测量，组合水下潜标的测量数据构成完整的全剖面测量数据。
34.当升降平台4到达水面以后，卫星通讯机5将接收到的来自水下潜标测量仪器的测量数据和来自剖面测量传感器6的测量数据通过卫星发送给地面用户，实现全剖面测量数据的实时传输。
35.当卫星通讯机5完成数据传输以后，一般30～60分钟，升降平台控制器通过升降平台声通讯机7将通讯完成状态信息发送给主浮体声通讯机8。水下潜标的主控机得到数据传输完成状态信息后，开始进入下潜程序，命令水下绞车1回收系缆3，升降平台4下潜回到主浮体2附近。
36.在升降平台4做剖面运动的过程中，升降平台声通讯机7和主浮体声通讯机8之间保持通讯联系，不断地将水下潜标测量数据的特征数据传输给所述升降平台控制器，不断地将所述剖面测量传感器的测量数据传输给所述水下潜标的主控机，所述水下潜标的主控机对水下潜标测量数据和剖面测量传感器的测量数据进行处理和储存，并由其判断并控制水下绞车1的启动、停止和转动方向。
37.在上升过程中，升降平台控制器采集、处理、储存剖面测量传感器6测量的数据，同时通过声通讯机组发送给水下潜标主控机。水下潜标主控机根据压力数据判断是否停止放缆，若压力大于预设值，继续放缆；若压力小于预设值，此时升降平台应已到达水面，主控机命令水下绞车1停止放缆。
38.升降平台4在水面漂浮30～60分钟，安装在升降平台4上的卫星通讯机5将来自升降平台控制器的数据打包发送给卫星后，电机反转，升降平台下降，剖面测量传感器6沿途采集数据，数据经升降平台控制器处理并储存，通过升降平台声通讯机7传输给主浮体声通讯机8和主控机，当压力数值大于预定值接近主浮体时，主控机命令水下绞车1停止收缆，升降平台4回到主浮体2附近等待下一剖面开始。
39.水下潜标实时数据传输装置固定安装在水下潜标主浮体上方，在水下绞车1驱动下，升降平台4能够在水中上升和下潜，安装在升降平台4上的剖面测量传感器6进行剖面数据的测量，当升降平台4上升到水面以后，卫星通讯机5将测量数据通过卫星发送给地面用户，实现潜标数据的实时传输。
40.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。