专利名称：冰下海洋自动剖面观测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种剖面观测设备，尤其是一种极地冰下海洋自动剖面观测系统。
背景技术：
在极区浮冰上进行海洋剖面观测有着重要的意义，近几年国外在北极开展了冰下潜标和冰系剖面仪(Ice-Tethered Profiler，简称ITP)的布放。在国际极地年期间，美国、 加拿大、日本等国家的海洋科研单位，在北冰洋大规模地布放带有剖面仪的锚系潜标和冰基海洋自动剖面系统观测设备，获取了大量冰下海洋要素剖面数据，但是目前国内尚没有成熟的极区冰下海洋自动剖面观测系统。目前，比较常见的ITP包括位于冰面以上的浮标和位于冰面以下的剖面测量装置，浮标下面通过缆绳连接重块，使缆绳保持铅直不动；剖面测量装置上设有马达并紧压在缆绳上，马达动作时带动剖面测量装置沿着缆绳进行上下运动，从而实现对极区冰下海洋不同深度剖面的观测。由于剖面测量装置设置在冰面以下的海水中，并且海水的温度较低， 为了实现正常工作，剖面观测装置和马达上必须设置其他的部件或采用特殊材料，以达到防水和保温的目的；另外，由于马达设置在剖面测量装置上沿缆绳做上下运动，因此要求缆绳一定保持铅直状态，一般采用强度较大的钢缆并在下面加挂重块。因此，现有的ITP结构复杂，对各部件的材料以及制造工艺要求非常高，大大提高了制造成本。ITP的水下的剖面测量装置内配有为马达供电的电池，电池无法更换也无法充电，电池耗尽后，马达不能启动，就不能继续进行剖面测量了。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出了一种冰下海洋自动剖面观测系统，其结构简单，制造成本低，可以实现长期连续观测，并且观测效果好。本实用新型是采用以下的技术方案实现的一种冰下海洋自动剖面观测系统，包括位于冰面以下的观测设备，其中，该系统还包括位于冰面以上的程控绞车和蓄电池，蓄电池通过供电控制器与风光互补发电装置连接，可以使蓄电池获得持续电源，程控绞车和观测设备之间通过缆绳连接，缆绳的一端缠绕在程控绞车内，另一端经滑轮导向后连接有观测设备，滑轮上设有具有计数功能的光电编码器，所述的缆绳为尼龙缆绳，程控绞车包括缆绳收放部分和控制部分，程控绞车的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机，电磁感应直流电机通过供电控制器与蓄电池连接。本实用新型中，所述程控绞车和蓄电池的外侧设置保温罩，为了避免环境温度过低，通过设置保温罩可以保证蓄电池的工作效率，使整个系统能够正常工作。所述的悬挂设备可以为温盐深仪即CTD，用于测量冰下海洋的温度、深度和深度， 也可以为海流计，用于测量冰下海洋的流量。所述程控绞车的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机、盘线机构和往复丝杠，其中电磁感应直流电机通过供电控制器与蓄电池连接，直流电机的输出端设有蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器与盘线机构的转轴一端通过同步齿形带连接，盘线机构上缠绕有缆绳， 转轴的另一端与往复丝杠通过链轮链条连接，往复丝杠上固定有滑块，滑块的一端设有滑轮，缆绳的一端从盘线机构引出后，经滑轮导向并与悬挂的观测设备连接。所述程控绞车的控制部分包括编程控制终端、系统剖面时间控制器、光电编码器和自动保护控制器，其中系统剖面时间控制器设置在盘线机构上，滑轮上固定有与其同轴的光电编码器，程控绞车的底部设置自动保护控制器。所述观测设备上设置压强阙值开关或深度阙值开关，使观测设备仅在上升和下降期间的一定深度范围内进入正常观测状态和记录数据，其他时间则处于省电且不记录的休眠状态，可以节约能源和内存。本实用新型的有益效果是与现有的ITP结构相比，本实用新型将使缆绳上下运动的驱动装置设置在位于冰面以上的程控绞车上，首先减小了观测设备的重量，降低了对缆绳的强度要求，采用一般的软质缆绳即可满足使用要求，另外无需在观测设备上设置其他的用于防水和保温的部件，并降低了对观测设备的材料要求，大大降低了该观测系统的制造成本；本实用新型采用风光互补发电装置与蓄电池组合，充分利用极地极昼期间充沛的太阳能以及极地极夜期间较大的风能供电，解决了程控绞车的长期供电问题，实现了长期连续观测；另外，该系统结构接单，操作方便，可以实现观测设备的定时上下运动，即使在无人值守的条件下也可以进行长期连续观测，适合在低温、大风等恶劣的条件下运行，并且观测效果好。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的内部连接结构示意图；图3为本实用新型的结构组成图。图中1、冰面；2、控制部分；3、程控绞车；4、蓄电池；5、缆绳；6、观测设备；7、保护罩；8、电磁感应直流电机；9、供电控制器；10、蜗轮蜗杆减速器；11、同步齿形带；12、盘线机构；13、滑轮；14、光电编码器；15、滑块；16、往复丝杠；17、风光互补发电装置。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。图1至图3为本实用新型所述的极地冰下海洋自动剖面观测系统。该系统包括位于冰面1以上的程控绞车3和位于冰面1以下的观测设备6，程控绞车3与冰面1以上的蓄电池4连接。蓄电池4通过供电控制器9与风光互补发电装置17连接。当程控绞车工作时，蓄电池4在供电控制器9的作用下为程控绞车供电，当蓄电池4内的电量不足时，供电控制器9使风光互补发电装置17动作，为蓄电池4充电，当蓄电池4充满电后，供电控制器 9使风光互补发电装置17停止工作，从而使蓄电池4能够持续为程控绞车3供电，程控绞车 3维持长时间正常工作。在极地极昼期间，风光互补发电装置17可以利用充沛的太阳能供电；在极地极夜期间，风光互补发电装置17可以利用较大的风能供电，使该观测系统能够长期观测。程控绞车3包括缆绳收放部分和控制部分2。程控绞车3和观测设备6之间通过缆绳5连接，缆绳5的一端缠绕在程控绞车3内的盘线机构10上，另一端设置在冰面以下，并悬挂有观测设备6。由于观测设备6重量相对较轻，因此所述的缆绳5可以采用软质缆绳，如尼龙缆绳，在缆绳5的牵引下，悬挂的观测设备6在冰下海洋中一定深度范围内上下运动进行剖面观测。所述的观测设备6可以为温盐深仪即CTD，用于测量冰下海洋的温度、深度和深度，也可以为海流计，用于测量冰下海洋的流量。为了避免环境温度过低，在程控绞车3和蓄电池4的外侧设置保温罩7，通过设置保温罩可以保证蓄电池4的工作效率， 使整个系统能够正常工作。程控绞车的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机8、盘线机构12和往复丝杠16， 其中电磁感应直流电机8通过供电控制器9与蓄电池4连接，当发生意外故障时，供电控制器9可以保护直流电机8正常工作，防止直流电机8受到损害。直流电机8的输出端设有蜗轮蜗杆减速器10，直流电机8输出的转速经蜗轮蜗杆减速器10减速后，经同步齿形带11 带动盘线机构12的转轴转动，盘线机构12上缠绕有缆绳5，转轴的另一端与往复丝杠16之间通过链轮链条连接，往复丝杠16上固定有滑块15，转轴转动时带动往复丝杠16和丝杠上的滑块15转动。滑块15的顶部设有滑轮13，滑轮13上设有导向槽，可以对缆绳5起到导向作用。滑轮13上固定有与其同轴的光电编码器14，光电编码器14用于对滑轮13转动次数进行计数，根据滑块转动的圈数，可以计算出所放缆绳的长度；另外，滑块15可以更好地、更整齐地排缆或收揽，起到布线的作用。缆绳5的一端引出后，经滑轮13导向深入冰面 1以下，并悬挂观测设备6。程控绞车3的控制部分2包括编程控制终端、系统剖面时间控制器、光电编码器14 和自动保护控制器，其中编程控制终端主要用于编程，将需要绞车完成的动作等程序输入编程控制器终端中，通过单片机、可编程逻辑控制器等设备将程序转换为电子指令，并控制程控绞车的动作。根据极区上层海洋变化，一般对该系统设置最大观测深度和间隔观测时间，由于表层温度较低，悬挂的仪器不易长期停留在表层，因此每次观测设备上升和下降一次完成观测后，停留在最深处，一定时间间隔后，再完成一次上升和下降，进行一次完成的剖面观测，因此必须对程控绞车的停留时间和观测深度进行控制。系统剖面时间控制器用于监测程控绞车的停留时间，其设置在盘线机构上，通过检测盘线机构的停止时间即可监测程控绞车在最深处的停留时间。光电编码器14固定在滑轮13上，用于监测滑轮13转动的圈数，从而计算出排放缆绳的长度，从而控制观测深度。为了防止系统运行中发生故障， 导致观测设备6上升至与程控绞车发生撞击，程控绞车的底部设置自动保护控制器，当观测设备6上升至程控绞车的底部时，观测装置与自动保护控制器接触，控制部分2会发出指令，使盘线机构停止动作，从而使观测装置6停止继续上升，间隔一端时间后，盘线机构自动排缆，使观测装置6下降并重新恢复观测工作。观测设备6上设置压强阙值开关或深度阙值开关，设置为在某一压强范围值或某一深度范围值时开始记录数据，因此观测设备6仅在上升和下降期间进入正常观测状态和记录数据，可以节约能源和内存。利用该系统实现冰下海洋自动剖面观测的工作过程如下所述首先将该系统搭载破冰船或直升机到达浮冰区后，选取布放点的位置，布放时，根据悬挂的观测设备的类型及尺寸，开凿冰洞，将该系统布设在冰洞中。工作时，将控制程序输入编程控制终端，调试成功后，蓄电池4放电，蓄电池4使直流电机工作，在直流电机的带动下，盘线机构12正转并实现缆绳5的排放，从而使悬挂在缆绳5上的观测设备6勻速下降，观测设备6对各剖面参数进行观测和记录。缆绳5缠绕在滑轮13上，缆绳5排放过程中带动滑轮13转动，滑轮13 上的光电编码器14对滑轮13的转动圈数进行计数，编程时可以对滑轮的转动圈数进行设置，当滑轮的转动圈数达到设定值时，观测设备6下降至最大观测深度，控制部分2使直流电机8停止动作，观测设备6停止并停留至最大观测深度处，其停留时间由系统剖面时间控制器监测并控制。当观测设备6的停留时间达到程序设定值时，系统剖面时间控制器对直流电机8发出信号，使直流电机8动作，带动盘线机构12收缠缆线5，从而带动观测设备6 上升，控制部分2内的光电编码器14对滑轮13的转动圈数进行计数，当滑轮的转动圈数达到某一值时，观测设备6上升至最高位置，此时直流电机8反转带动盘线机构12排缆，从而使观测设备6下降，当观测设备6下降至最大观测深度时，停止下降并在最深处停留。一定时间间隔后，观测设备6再完成一次上升和下降，并重复上述动作。另外，通过对滑块的转动圈数进行设定，可以使观测设备6停留在某一特定深度，并对该深度的剖面参数进行观测和记录。 另外，本实用新型中采用耐低温的电子器件、轻型的程控绞车机架和防水型的自动保护控制器，适用于冰下海洋剖面观测，以及极地地区低温、大风恶劣条件下的冰下海洋剖面观测。
权利要求1.一种冰下海洋自动剖面观测系统，包括位于冰面(1)以下的观测设备(6)，其特征在于该系统还包括位于冰面(1)以上的程控绞车⑶和蓄电池G)，蓄电池⑷通过供电控制器(9)与风光互补发电装置(17)连接，程控绞车(3)和观测设备(6)之间通过缆绳(5) 连接，缆绳(5)的一端缠绕在程控绞车(3)内，另一端经滑轮(13)导向后连接有观测设备 (6)，滑轮(1 上设有具有计数功能的光电编码器(14)，所述的缆绳(5)为尼龙缆绳，程控绞车( 包括缆绳收放部分和控制部分O)，程控绞车( 的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机(8)，电磁感应直流电机⑶通过供电控制器(9)与蓄电池⑷连接。
2.根据权利要求1所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述程控绞车(3) 和蓄电池⑷的外侧设置保温罩(7)。
3.根据权利要求1所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述的悬挂设备 (6)为温盐深仪。
4.根据权利要求1所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述的悬挂设备 (6)为海流计。
5.根据权利要求1所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述程控绞车的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机(8)、盘线机构(1 和往复丝杠(16)，其中电磁感应直流电机⑶通过供电控制器(9)与蓄电池⑷连接，直流电机⑶的输出端设有蜗轮蜗杆减速器(10)，蜗轮蜗杆减速器(10)与盘线机构(1 的转轴一端通过同步齿形带(11)连接，盘线机构(1 上缠绕有缆绳(5)，转轴的另一端与往复丝杠(16)通过链轮链条连接，往复丝杠(16)上固定有滑块(15)，滑块(1 的一端设有滑轮(13)，缆绳(5)的一端从盘线机构(12)引出后，经滑轮(13)导向并与悬挂的观测设备(6)连接。
6.根据权利要求5所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述程控绞车(3) 的控制部分⑵包括编程控制终端、系统剖面时间控制器、光电编码器和自动保护控制器， 其中系统剖面时间控制器设置在盘线机构上，滑轮(13)上固定有与其同轴的光电编码器 (14)，程控绞车(3)的底部设置自动保护控制器。
7.根据权利要求1所述的冰下海洋自动剖面观测系统，其特征在于所述观测设备(6) 上设置压强阙值开关或深度阙值开关。
专利摘要本实用新型涉及一种剖面观测设备，尤其是一种极地冰下海洋自动剖面观测系统。该系统包括位于冰面以下的观测设备，其中，该系统还包括位于冰面以上的程控绞车和蓄电池，蓄电池通过供电控制器与风光互补发电装置连接，可以使蓄电池获得持续电源，程控绞车和观测设备之间通过缆绳连接，缆绳的一端缠绕在程控绞车内，另一端经滑轮导向后连接有观测设备，滑轮上设有具有计数功能的光电编码器，所述的缆绳为尼龙缆绳，程控绞车包括缆绳收放部分和控制部分，程控绞车的缆绳收放部分包括电磁感应直流电机，电磁感应直流电机通过供电控制器与蓄电池连接。其结构简单，制造成本低，可以实现长期连续观测，并且观测效果好。
文档编号G01C13/00GK201955086SQ20102069119
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘贵杰, 史久新, 张雪明, 矫玉田 申请人:中国海洋大学