海水透明度原位测量装置的制作方法

本实用新型属于海洋探测领域，具体涉及一种海水透明度的测量装置。

背景技术：

海水透明度表示海水透光的程度，即光在海水中的衰减程度，它可以表征海洋水体的澄清程度，是一种直观的海洋光学参数。海水透明度的观测，对保证交通运输的安全、海上作战、水产养殖事业等都有着重要作用。例如，海水透明度高，使我们有可能避开暗礁或危险障碍。如我国南海多珊瑚礁，但因海水透明度大，可视深度深，故航行时一般不出危险。研究海水透明度也有助于识别洋流的分布，大洋洋流都有与其周围海水不同的水色和透明度。研究海水透明度对于渔业养殖业也有一定的意义，例如，鲍鱼、海参的养殖要求海水透明度高，而养蚶、蛏、蚝则要求海水透明度低。此外，在海军军事活动中也必须估计到海水的透明度等光学性质对于战争的影响，以便更好地进行掩护和伪装。

现有技术中，对水体透明度的原位测量通常采用塞氏盘法(Secchi plan)，即用白色的圆盘来观测水中的透明程度。塞氏盘最早是由利布瑙(Liburnau)发明的，后由意大利神父塞克(A.Secchi)在地中海首先使用，随后广为流传，后人习惯地称其为“塞氏盘”，或“塞克透明度盘”。塞氏盘是一种直径为30cm的白色圆板，盘下悬挂有铅锤，盘上系有绳索，绳索上标有以分米为单位的长度记号。使用时在船上背阳一侧，将塞氏盘垂直放入水中，直到刚刚看不见为止，此时的塞氏盘“消失”的水深度即为该水体的透明度。

上述传统的测量装置在相对较浅、相对平静或者透明度较低的水体中较为适用。但对于流速较快或透明度较高的水体，尤其是深海海水来说，使用上述传统测量装置测量透明度时结果误差较大。原因包括：塞氏盘由软绳悬挂，进入海水的深度越深软绳越不易保持竖直，塞氏盘越容易发生偏移，使得测定数值与实际值存在较大误差；此外深海海水透明度往往可以达到百米以上，仅凭肉眼识别塞氏盘是否可见已经远远不够。现有技术中对塞氏盘法测量水体透明度的装置有很多改良方案，包括加重沉垂质量(如加重塞氏盘下方的铅垂，或者给塞氏盘下方增加配重块等)，或者增设连接绳倾斜角度测量装置以换算其垂直距离，等等。但是这些改良方案仍然不能很好地解决塞氏盘发生偏移的问题，对测量精度的提高很有限。中国专利文献CN 204594878 U公开了一种用于高流速水体透明度检测用测量盘，包括沉水透明度盘、沉锤、连接钢丝，所述的连接钢丝外套设一可自由伸缩的多节中空管套管，所述的连接钢丝的下端固定在末尾节中空套管内，连接钢丝的上端自处于顶部位置的中空套管中伸出，构成受连接钢丝控制的可伸缩式多节组合式中空套管总成；所述的沉水透明度盘通过一螺杆与末尾节中空套管连接，并且在沉水透明度盘的底部设置一沉锤，由此构成牵拉连接钢丝的自由坠落机构。该方案采用刚性的伸缩杆代替了绳子，虽然在一定程度上减少了透明度盘在水体中使用时发生的漂移，但是应用于透明度较大的深海水体测量时，所需要的套管节数较多，这样的结构会有很多局限性。一方面，所述的多节组合式中空套管的伸展仅仅是依靠透明度盘底部的沉锤重力逐节拉开，在实践当中如果套管节数较多，则很难保证每一节沉入水中的套管都被彻底拉开，一旦有套管未完全拉开就会导致读数错误且难以发现和调整；另一方面，所述的多节组合式中空套管的回缩着力点在钢丝与末尾节中空套管固定连接的位置，钢丝末尾节深入海水后该着力点将远离测量船，测量者对于着力点的情况难以掌控，存在较大风险。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术中存在的局限性，本实用新型的目的在于：提供一种新的海水透明度的原位测量装置，不仅能够有效避免透明度盘漂移导致的误差，而且投放和回收都安全可控，因而能够精确测量海水透明度，尤其适合应用在高透明度的深海海水测量中。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

提供一种海水透明度的原位测量装置，设有传动测量单元和支撑固定单元，所述的支撑固定单元用于将所述的传动测量单元固定在测量船的船舷上，同时提供竖直支撑；所述的传动测量单元包括齿轮绞盘、刚性多节伸缩杆和透明度盘；所述的支撑固定单元包括船板锁紧件和与其固定连接的伸缩杆扶直机构；所述的齿轮绞盘通过所述的船板锁紧件固定在船舷上；所述的刚性多节伸缩杆顶部由所述的伸缩杆扶直机构固定，并竖直置于船体以外；所述的透明度盘的上表面与所述的刚性多节伸缩杆最细的末端固定连接；所述的齿轮绞盘至少有一个齿轮的端面垂直于船舷表面且齿面可与所述的刚性多节伸缩杆在船体以外紧密接触；所述的刚性多节伸缩杆至少在能与所述的齿轮接触的表面上设有平行的若干凹槽，可供所述的齿轮轮齿嵌入。

本实用新型的测量装置依然基于经典的塞氏盘法的测量思想设计，但是其中的塞氏盘不再依靠沉垂或配重块的重力沉入水中，而是通过固定于船舷的齿轮绞盘向下拉开刚性伸缩杆的方式将塞氏盘伸入水中。这样不仅解决了塞氏盘随水流漂移的问题，而且对于塞氏盘距离水面的深度掌握得更加精准，整个下沉和回收的过程更加安全可控。

本实用新型所述的测量装置适用于不同透明度的水体测量，尤其适用于透明度较高的深海海水。有些海域的水体透明度在百米以上，仅依靠测量人员肉眼识别塞氏盘是否可见已经无法实现，因此为了能够更有效地应用于高透明度的深海，本实用新型优选在所述的海水透明度原位测量装置中进一步设置机器视觉测量单元，用于代替人眼测量水面以下物体的距离；所述的机器视觉测量单元包括环状浮体、安装在环状浮体一个面上的水下摄像装置、以及安装在环状浮体另一个面上的图像传输天线；所述的环状浮体内部中空并设有控制电路和电池，控制电路和电池通过所述环状浮体表面的水密接头与所述的水下摄像装置和图像传输天线分别电连接；所述的环状浮体套在所述刚性多节伸缩杆周围，但不与其紧密接触。

为了保证所述的刚性多节伸缩杆能够顺次充分拉伸，本实用新型优选的方案中，所述的刚性多节伸缩杆由若干节厚度相同但内径不同的方形伸缩套管逐层紧密套接形成；每节伸缩套管都包括伸缩段和位于伸缩段以上的连接段；每节伸缩套管的伸缩段，在某一平面上设有所述平行的若干凹槽，与该平面垂直的两侧面远离所述连接段的位置对称设有一对尺寸相同的第一通孔；每节伸缩套管的连接段，始终与外层伸缩套管嵌套，为伸缩套管之间的嵌套连接提供强度；在所述的每节伸缩套管的连接段靠近所述伸缩段的位置对称设有一对尺寸相同的第二通孔，通孔内部设有可沿伸缩套管径向外凸的一对第一弹性凸块，同时在所述的伸缩杆扶直机构上高于所述齿轮的位置设有可沿伸缩套管径向内凸的一对第二弹性凸块；所述的第一弹性凸块和所述的第二弹性凸块规格均与所述的第一通孔相配合，且第一弹性凸块的弹性大于第二弹性凸块；所述的刚性多节伸缩杆处于完全收缩状态时，除最内层伸缩套管外，其余所有伸缩套管上的所述第一通孔对齐，安装于所述的伸缩杆扶直机构后，所述的一对第二弹性凸块嵌入所有对齐的第一通孔的最内层，阻止除最内层以外的伸缩套管之间的相对运动，当最内层伸缩套管被所述齿轮拉伸至平行凹槽结束时，其第二通孔与外层伸缩套管对齐的第一通孔对齐，其第一弹性凸块会在较强弹力作用下嵌入对齐的第一通孔并沿伸缩套管径向向外挤压所述的第二弹性凸块，通过弹性设计和限位装置控制所述第一弹性凸块嵌入对齐的第一通孔的深度大于一层伸缩套管的厚度且小于两层伸缩套管的厚度，此时，所述的第一弹性凸块的嵌入使本节伸缩套管与其外面一层伸缩套管形成卡接，外面一层伸缩套管会随着内层伸缩套管向下运动，进而与齿轮咬合逐步被拉伸，而所述的第二弹性凸块被向外挤出一定距离后继续阻止剩余伸缩套管之间的相对运动；所述的每节伸缩套管上的第一通孔、第一弹性凸块与所述伸缩杆扶直机构上的第二弹性凸块之间如此配合，实现了每节伸缩套管都能在适当的时候向下运动。

本实用新型进一步优选的方案中，所述的每节伸缩套管的第一弹性凸块在所述的第二通孔内部设置尺寸大于所述第二通孔的限位底盘，限位底盘内侧设置径向的弹簧固定柱，限位底盘外侧设置一尺寸小于所述第二通孔的斜面凸台；在所述的每节伸缩套管内，每一对第一弹性凸块的弹簧固定柱之间留有间隙但套接同一组压缩弹簧；随着所述压缩弹簧的伸缩，所述的斜面凸台可以穿越所述的第二通孔，通过所述的限位底盘保证所述斜面凸台向外凸出的最大幅度仅为所述斜面凸台的最大厚度。本实用新型更优选的方案中，所述的每个限位底盘内侧设置两根不同规格的弹簧固定柱，成对的第一弹性凸块内相同规格的弹簧固定柱套接同一个压缩弹簧，不同规格的弹簧固定柱套接的压缩弹簧弹力不同，由此形成的“双弹簧弹性凸台”更容易实现对第二弹性凸块的有效挤压。

本实用新型进一步优选的方案中，所述的伸缩杆扶直机构上，在高于所述齿轮的位置进一步设置短管骨架，所述的短管骨架包括一段两端开放的短管，及将所述短管固定在所述伸缩杆扶直机构上的连接件；所述的短管可供所述的刚性多节伸缩杆穿入，且所述的连接件在所述伸缩杆扶直机构上的位置可沿刚性多节伸缩杆轴向调整；所述的短管两侧相对地开孔，所述每个开孔处进一步沿短管径向外延设置滑动槽，所述的每个滑动槽终端也开孔；所述每个滑动槽内设有螺杆，所述的每个螺杆贯穿所述短管内外，所述的每个螺杆在短管外的一端设有调节螺母，所述的每个螺杆在短管内的一端设有弧形限位板，所述的每个弧形限位板内侧设置所述的第二弹性凸块，所述的每个弧形限位板以外的螺杆上都套接有压缩弹簧；所述的每个压缩弹簧可由所述的弧形限位板外侧面和所述的滑动槽终端内壁压缩。所述的弧形限位板与所述的螺杆固定连接，限制所述的螺杆沿所述滑动槽向短管外的过度滑动，保证所述的一对第二弹性凸块始终位于所述短管腔内；所述的压缩弹簧在压缩状态下向所述弧形限位板及其内侧面的凸块提供向内的弹力，该弹力小于所述的第一弹性凸块向外的弹力。

为了使绞盘齿轮与伸缩杆的配合更稳定，本实用新型优选的方案中，所述的伸缩杆扶直机构进一步设置弹性支撑轮。所述的弹性支撑轮与齿轮绞盘的齿轮分处于刚性多节伸缩杆两侧；所述的弹性支撑轮包括辊轮和一对辊轮架，所述的一对辊轮架均设有滑道，两滑道平行，所述的辊轮的两轴端嵌入所述的辊轮架滑道内，且可在所述滑道内做垂直于辊轮轴向的滑动以增减与齿轮的间距；所述的滑道内设有弹簧，为辊轮远离所述齿轮的滑动提供阻力；所述的弹簧释放后，所述辊轮与所述绞盘的齿轮间距接近所述刚性多节伸缩杆最细一节的外径，但随着刚性多节伸缩杆的伸长，其外径逐渐加大，所述辊轮轴会受到逐级变粗的伸缩杆的挤压而在所述滑道内滑动，在弹簧的作用下，辊轮既可以逐渐远离齿轮使伸缩杆得以通过，又可以保证对伸缩杆起到足够的支撑作用，使刚性多节伸缩杆的整个伸缩过程都能够稳定有效地进行。

本实用新型进一步优选的方案中，所述的刚性多节伸缩杆与所述辊轮接触的一面也设置平行的若干凹槽，且所述的辊轮设有与所述的凹槽相配合的齿。

本实用新型优选的方案中，所述的透明度盘下表面为顶点向下的抛物面。

本实用新型优选的方案中，所述的刚性多节伸缩杆的每节长度相同，均为1～5米；更优选每节长度都是1米。

本实用新型所述的海水透明度原位测量装置使用时，先将完全收缩的刚性多节伸缩杆顶部固定在所述的伸缩杆扶直机构上，此时刚性多节伸缩杆的除最内层外的所有第一通孔对齐形成一对方口凹槽，将方口凹槽位置安装在伸缩杆扶直机构的第二弹性凸块上，一对第二弹性凸块深入一对方口凹槽内阻止除最内层以外的其他伸缩套管之间的滑动；刚性多节伸缩杆最内层伸缩套管末段固定连接透明度盘；将连接有透明度盘的伸缩套管用齿轮传动机构下拉，当第一节伸缩套管平行凹槽结束时，处于同一伸缩套管上的第一弹性凸块进入所述第一通孔对齐形成的方口凹槽，依靠较强弹力向外挤压所述的第二弹性凸块，挤压距离大于单层伸缩套管厚度而小于双层伸缩套管厚度，此时第二节伸缩套管不再被第二弹性凸块控制，而是在其第一通孔处与第一节伸缩套管形成卡接，因此第二节伸缩套管开始随着第一节伸缩套管向下滑动，进而被齿轮传动机构下拉伸出；基于相同原理，刚性多节伸缩杆在每一节伸缩套管的第一弹性凸块与伸缩杆扶直机构的第二弹性凸块相互作用下，伸缩套管被顺次逐节下拉伸出，使透明度盘逐步深入水下一定深度。刚性多节伸缩杆深入水下后，通过肉眼，或者通过其外周套的机器视觉测量单元观测透明度盘是否可见；最终测出透明度盘消失的深度，即该水域的水体透明度。

与现有技术相比，本实用新型所述的海水透明度原位测量装置基本上杜绝了塞氏盘原理测量水体透明度时会出现的漂移误差，而且对塞氏盘的投放和回收更加有保障。总之，本实用新型的测量装置能够有效而准确地测量出高透明度水体的透明度值，尤其是深海海水的透明度值。

附图说明

图1是实施例1的海水透明度原位测量装置整体结构示意图。

图2是实施例1的测量装置主动齿轮组与弹性支撑轮局部结构示意图。

图3a是实施例1的测量装置刚性多节伸缩杆的某一节伸缩套管的外部结构示意图。

图3b是实施例1的测量装置刚性多节伸缩杆的某一节伸缩套管的第一弹性凸块机构结构示意图。

图4是实施例1的测量装置中短管骨架及第二弹性凸块机构的外部结构示意图。

图5是实施例1的测量装置刚性多节伸缩杆安装于伸缩杆扶直机构后的第一、第二弹性凸块机构局部结构剖视图。

图6是实施例1的测量装置中机器视觉测量单元外部结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，以下对本实用新型的具体实施方式加以描述，并通过列举实施例的方式进一步对本实用新型做出阐述，但是本实用新型的技术方案并不限于下文所描述的某种具体实施方式和所列举的某些具体实施例。

实施例1

一种海水透明度的原位测量装置，设有传动测量单元和支撑固定单元；所述的支撑固定单元用于将所述的传动测量单元固定在测量船的船舷上，同时提供竖直支撑；

如图1所示，传动测量单元包括齿轮绞车11、刚性多节伸缩杆12和透明度盘13；支撑固定单元包括船板锁紧件21和与其固定连接的伸缩杆扶直机构22；齿轮绞车11通过船板锁紧件21固定在船舷上；刚性多节伸缩杆12上部由伸缩杆扶直机构22固定，并竖直置于船体以外；透明度盘13的上表面与刚性多节伸缩杆12最细的末端螺纹连接，透明度盘13的下表面为顶点向下的抛物面；齿轮绞车11设有绞车骨架111，绞车骨架111内设置三个齿轮112组成的主动齿轮组，绞车骨架111顶部设置可带动主动齿轮组转动的转臂113；主动齿轮组最前端齿轮112的端面垂直于船舷表面且齿面可与刚性多节伸缩杆12在船体以外紧密接触；伸缩杆扶直机构22上还设有弹性从动齿轮机构，弹性从动齿轮机构与主动齿轮组分别处于刚性多节伸缩杆12两侧；如图2所示，弹性从动齿轮机构包括从动齿轮231、一对齿轮架232，每个齿轮架232均设有滑道233，两滑道平行，从动齿轮231的两轴端嵌入齿轮架的滑道233内，且可在滑道233内做垂直于从动齿轮231轴向的滑动，以增减与主动齿轮组的间距；滑道233内设有齿轮轴弹簧234，为从动齿轮231远离主动齿轮组的滑动提供阻力；齿轮轴弹簧234释放后，从动齿轮231与主动齿轮组的间距接近刚性多节伸缩杆12最内层的外径尺寸，但随着刚性多节伸缩杆12的伸长，其外径逐渐加大，从动齿轮231的轴会受到逐级变粗的伸缩杆的挤压而在滑道233内滑动，在齿轮轴弹簧234的作用下，从动齿轮231既可以逐渐远离主动齿轮组使伸缩杆得以通过，又可以保证对伸缩杆起到足够的支撑作用，使刚性多节伸缩杆12的整个伸缩过程都能够稳定有效地进行。

如图1所示，刚性多节伸缩杆12外周还套有机器视觉测量单元3，用于在透明度盘13入水后代替人眼观测透明度盘13。

刚性多节伸缩杆12由若干节厚度相同但内径不同的方形伸缩套管12’逐层紧密套接形成；每节缩套管12’长度相同，均为1米；如图3a所示，每节伸缩套管12’都包括伸缩段121和位于伸缩段以上的连接段122；每节伸缩套管的伸缩段121，在某两个平行的平面上设有平行的若干凹槽123；与该平面垂直的两侧面远离连接段122的位置对称设有一对尺寸相同的第一通孔124；每节伸缩套管12’的连接段122始终与外层伸缩套管嵌套，为伸缩套管之间的嵌套连接提供强度；每节伸缩套管12’连接段122内靠近伸缩段121的位置设置一对第二通孔，一对第二通孔上沿伸缩套管径向相对地设置一对第一弹性凸块机构120；如图3b所示，每节伸缩套管的第一弹性凸块机构120在第二通孔125内部设置尺寸大于第二通孔125的限位底盘126，每个限位底盘126内侧设置两根不同规格的弹簧固定柱127，相同规格的弹簧固定柱127之间留有间隙但套接同一组压缩弹簧128，限位底盘126外侧设置一尺寸小于第二通孔125的斜面凸台129；随着压缩弹簧128的伸缩，斜面凸台129可以穿越第二通孔125，通过限位底盘126保证斜面凸台129外凸的最大幅度固定。不同规格的弹簧固定柱127套接的压缩弹簧弹力不同，由此形成“双弹簧弹性凸台”。

如图4、5所示，伸缩杆扶直机构22面向主动齿轮组的表面设有安装滑槽220，在高于主动齿轮组的位置安装滑槽220内通过手拧胶头螺丝安装有短管骨架221，短管骨架221可供刚性多节伸缩杆穿入，且在伸缩杆扶直机构22上的位置可沿刚性多节伸缩杆轴向调整；短管骨架221两侧相对地开孔，每个开孔处沿短管骨架221径向外延设置滑动槽222，每个滑动槽222终端也开孔；通过一对滑动槽222设置一对第二弹性凸块机构，其中滑动槽222内设有螺杆223，每个螺杆贯穿短管骨架221内外，每个螺杆223在短管骨架221外的一端设有蝶形螺母224，每个螺杆223在短管骨架221内的一端设有弧形板225，每个弧形板225内侧设置方块凸台226。如图5所示，每个弧形板225以外的螺杆223上都套接有弱压缩弹簧227；每个弱压缩弹簧227可由弧形板225外侧面和滑动槽222终端内壁压缩。弧形板225与螺杆223固定连接，限制螺杆223沿滑动槽222向短管外的过度滑动，保证一对方块凸台226始终位于短管骨架221腔内；弱压缩弹簧227在压缩状态下向弧形板225及其内侧面的方块凸台226提供向内的弹力，该弹力小于压缩弹簧128为第一弹性凸块机构提供的向外的弹力。

如图5所示，刚性多节伸缩杆处于完全收缩状态时，所有伸缩套管12’上的第一通孔124对齐形成一对方口凹槽124’，调整伸缩杆扶直机构22上的第二弹性凸块机构，拧紧蝶形螺母224，使方块凸台226向短管骨架221外侧走，短管骨架221中间过孔变大后，将刚性多节伸缩杆穿入短管骨架221，并将刚性多节伸缩杆顶部固定在伸缩杆扶直机构22最考上的固定环228内，然后拧松蝶形螺母224，使方块凸台226沿方口凹槽124’往里走，插入方口凹槽124’的最里层，阻止除最内层伸缩套管之外的所有其他伸缩套管之间的相对运动。

测量使用时，如图1、5所示，当任意一节伸缩套管12’被主动齿轮组拉伸至平行凹槽123结束时，其侧面的一对第一弹性凸块机构的斜面凸台129会到达方口凹槽124’的位置，在弹力较强的压缩128弹力作用下，斜面凸台129会嵌入方口凹槽124’内，并沿伸缩套管12’径向挤压弹力较弱的第二弹性凸块机构的方块凸台226，挤压距离大于一层伸缩套管12’的厚度且小于两层伸缩套管12’的厚度，此时，斜面凸台129的嵌入使本节伸缩套管与其外面一层伸缩套管在该第一通孔124处形成卡接，外面一层伸缩套管会随着内层伸缩套管向下运动，进而与主动齿轮组咬合逐步被拉伸，而方块凸台226被向外挤出一定距离后继续阻止剩余伸缩套管之间的相对运动；每节伸缩套管12’上的第一通孔124、第一弹性凸块机构与伸缩杆扶直机构22上的第二弹性凸块机构之间如此配合，实现了每节伸缩套管都能在适当的时候向下运动。

如图6所示，机器视觉测量单元包括环状浮体31、安装在环状浮体31下表面上的水下摄像装置32、以及安装在环状浮体31上表面上的图像传输天线33；环状浮体31内部中空并设有控制电路和电池，通过环状浮体31表面的水密接头34与水下摄像装置32和图像传输天线33分别电连接；环状浮体31套在刚性多节伸缩杆12周围并漂浮在水面上，但不与刚性多节伸缩杆12紧密接触。

所述的海水透明度原位测量装置使用时，先将完全收缩的刚性多节伸缩杆12顶部固定在所述的伸缩杆扶直机构22上，此时刚性多节伸缩杆12的除最内层外的所有第一通孔对齐形成一对方口凹槽124’，将方口凹槽124’位置安装在伸缩杆扶直机构22的短管骨架221内，短管骨架221内的一对方块凸台226深入一对方口凹槽124’内，阻止除最内层以外的其他伸缩套管12’之间的滑动；刚性多节伸缩杆最内层伸缩套管末段固定连接透明度盘13；将连接有透明度盘13的伸缩套管用主动齿轮组传动、咬合伸缩套管表面的平行凹槽123的方式下拉，当第一节伸缩套管平行凹槽123结束时，处于同一伸缩套管上的斜面凸台129进入第一通孔对齐形成的方口凹槽124’，依靠较强弹力向外挤压方块凸台226，挤压距离大于单层伸缩套管厚度而小于双层伸缩套管厚度，此时第二节伸缩套管不再被方块凸台226控制，而是在其第一通孔处与第一节伸缩套管形成卡接，因此第二节伸缩套管开始随着第一节伸缩套管向下滑动，进而被齿轮传动机构下拉伸出；基于相同原理，刚性多节伸缩杆在每一节伸缩套管的第一弹性凸块机构与伸缩杆扶直机构的第二弹性凸块机构相互作用下，伸缩套管被顺次逐节下拉伸出，使透明度盘13逐步深入水下一定深度。刚性多节伸缩杆深入水下后，通过其外周套的机器视觉测量单元3观测透明度盘13是否可见；最终测出透明度盘13消失的深度，即该水域的水体透明度。