一种用于海洋剖面观测的自由伸缩装置的制作方法

本实用新型属于海洋环境观测领域，具体地说是一种用于海洋剖面观测的自由伸缩装置。

背景技术：

海洋观测科学正在由海表面观测向海洋水体剖面观测、海底观测方向发展，达到最终实现对海洋环境进行全方位、全天候的立体观测的目的。

一些国家利用水下绞车作为升降动力进行水体剖面观测，并取得了初步成果，例如日本NGK OCEAN公司研制的垂直剖面测量平台，使用了流线形浮体及水下绞车技术；由加拿大牵头，美国、德国、英国科学家共同参与研制的SeaCycler垂直剖面观测平台，也应用了水下绞车技术。也有很多通过改变自身浮力的方式实现自身升降从而实现对水体剖面的观测，例如法国于上世纪九十年代首次尝试研制的通过改变浮力实现升降功能的定点剖面测量平台YoYo。还有像美国加州大学Scripps海洋研究所发明的WireWalker型波浪动力剖面浮标，利用海面波浪作为动力进行自由上浮式的剖面测量。以及加拿大 Bedford海洋研究所研制的“海马”(Sea Horse)垂直剖面观测系统，利用海浪能量驱动传感器平台沿着锚定钢缆上浮和下沉。我国关于剖面观测方面的装置主要有波浪驱动和棘爪驱动结构式垂直剖面测量装置、通过调节自身浮力方式实现自身升降式观测装置等。

上述用于海洋剖面观测的装置大多存在明显不足：水下绞车依靠自身电量维持工作，当电量耗尽则整套剖面观测装置停止工作；波浪驱动等方式需要依靠收集到的海洋能量，受环境因素影响较大，如果海洋环境没有达到工作区间剖面观测装置将处于停滞状态。都无法满足海洋观测实时性、长期性、连续性、稳定性的要求。

技术实现要素：

为了突破常规观测仅能观测表层海洋环境参数的局限性问题，本实用新型的目的在于提供一种用于海洋剖面观测的自由伸缩装置。该自由伸缩装置以大型海洋观测浮标为载体，集成多种直读式水文、水质参数等观测设备，可精确地观测海表面以下水体15m范围内的海洋剖面参数，打破现有剖面观测装置受外界环境影响的弊端。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括水上支撑架、水下伸缩模块、绞车、传输缆、水下观测模块及浮标体，其中水上支撑架及绞车分别安装在浮标体上，所述水下伸缩模块包括多节伸缩杆，各所述伸缩杆由内向外依次可相对伸缩地插接，最外层一节的伸缩杆的上端安装在所述水上支撑架上，最内层一节的伸缩杆的下端连接有所述水下观测模块，所述传输缆的一端连接于绞车上，另一端由各节伸缩杆的内部穿过与所述水下观测模块相连；所述最外层一节的伸缩杆的下端设有外锁装置，所述最内层一节的伸缩杆的上端设有内锁装置，中间各节的伸缩杆的上端均设有内锁装置、下端均设有外锁装置，相邻两伸缩杆中位于内层的伸缩杆上端的内锁装置在伸长时与位于外层的伸缩杆下端的外锁装置抵接，相邻两伸缩杆中位于内层的伸缩杆下端的外锁装置在回收时与位于外层的伸缩杆下端的外锁装置抵接；

其中：所述内锁装置位于伸缩杆上端的外侧，为多个内锁条，沿所述伸缩杆的圆周方向均布；各所述内锁条相平行，且平行于所述伸缩杆的轴向中心线，各所述内锁条的长度相等；所述内锁装置为安装于伸缩杆上端外侧的内锁环；

所述外锁装置位于伸缩杆下端的内侧，为多个外锁条，沿所述伸缩杆内壁的圆周方向均布；各所述外锁条相平行，且平行于所述伸缩杆的轴向中心线，各所述外锁条的长度相等；

所述外锁装置为安装于伸缩杆下端的外锁环，该外锁环的轴向截面呈中空倒置的“T”形，该“T”形的竖边位于所述伸缩杆下端内，横边位于伸缩杆下端端部的下方；

所述最内层一节的伸缩杆的下端通过端部连接件与水下观测模块相连，所述传输缆的另一端连接于该端部连接件上；

所述最外层一节的伸缩杆的上端穿过浮标体、安装于水上支撑架上，该最外层一节的伸缩杆的外壁与浮标体之间设有避免所述水下伸缩模块在伸缩过程中晃动的填充物。

本实用新型的优点与积极效果为：

本实用新型是基于大型海洋科学综合观测浮标设计研制的，电力供应来源于水面上主浮标体的太阳能和蓄电池供应，保证能源供应；大型浮标提供了稳定的作业平台，克服了剖面观测海域海洋环境复杂等不利因素的影响；同时自身结构具有结构简单、安全稳定、可推广性强等优点，可实现全天候对海洋剖面水体进行有效观测。

附图说明

图1为本实用新型伸长状态的结构示意图；

图2为本实用新型回收状态的结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图；

图4为图1中B处的局部放大图；

其中：1为水上支撑架，2为水下伸缩模块，201为水密紧固螺栓，202为端部连接件，203为紧固螺栓，204为伸缩杆，205为内锁装置，206为外锁装置，3为绞车，4为传输缆，5为水下观测模块， 6为浮标体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～4所示，本实用新型包括水上支撑架1、水下伸缩模块2、绞车3、传输缆4、水下观测模块5及浮标体6，其中水上支撑架1 及绞车3分别安装在浮标体6上，绞车3与水上支撑架1相邻，水上支撑架1固定于浮标体6的设备井内，保证整套自由伸缩装置结构坚固，运行安全稳定。

水下伸缩模块2包括水密紧固螺栓201、端部连接件202、紧固螺栓203及多节伸缩杆204(本实施例为六节)，各伸缩杆204均为中空圆柱状，由内向外依次可相对伸缩地插接(即各伸缩杆204的直径由内向外逐渐变大)。利用浮标体6上已有设备井，最外层一节的伸缩杆204的上端穿过浮标体6上的设备井、安装在水上支撑架1上，该最外层一节的伸缩杆204的外壁与浮标体6上设备井的井壁之间设有填充物，可避免水下伸缩模块2在伸缩过程中发生晃动。最内层一节的伸缩杆204的下端可直接与水下观测模块5连接，也可通过端部连接件202与水下观测模块5相连；传输缆4的一端连接于绞车3上，另一端由各节伸缩杆204的内部穿过与水下观测载体5相连，或连接于端部连接件202。本实施例最内层一节的伸缩杆204的下端是通过端部连接件202与水下观测模块5连接的，端部连接件202通过紧固螺栓203与水下观测模块5连接，传输缆4的另一端通过水密紧固螺栓201与端部连接件202进行紧固，同时水密紧固螺栓201作为一个最主要的受力点，绞车3拉动传输缆4，带动水下伸缩模块2上升和下降，从而实现水下观测模块5对整个剖面水体的多参数观测。

最外层一节的伸缩杆204的下端设有外锁装置206，最内层一节的伸缩杆204的上端设有内锁装置205，中间各节的伸缩杆204的上端均设有内锁装置205、下端均设有外锁装置206，相邻两伸缩杆204 中位于内层的伸缩杆204上端的内锁装置205在伸长时与位于外层的伸缩杆204下端的外锁装置206抵接，相邻两伸缩杆204中位于内层的伸缩杆204下端的外锁装置206在回收时与位于外层的伸缩杆204 下端的外锁装置206抵接。

本实用新型的内锁装置205位于伸缩杆204上端的外侧，可为多个内锁条，沿伸缩杆204的圆周方向均布。各内锁条相平行，且平行于伸缩杆204的轴向中心线，各内锁条的长度相等。或者，内锁装置205可为安装于伸缩杆204上端外侧的内锁环。

本实用新型的外锁装置206位于伸缩杆204下端的内侧，为多个外锁条，沿伸缩杆204内壁的圆周方向均布。各外锁条相平行，且平行于伸缩杆204的轴向中心线，各外锁条的长度相等。或者，外锁装置206为安装于伸缩杆204下端的外锁环，该外锁环的轴向截面呈中空倒置的“T”形，该“T”形的竖边位于伸缩杆204下端内，横边位于伸缩杆204下端端部的下方。

当内锁装置205为内锁条而外锁装置206为外锁条时，内锁条和外锁条的数量相同、且一一上下对应。此种情况的水下伸缩模块2应使内锁装置205的外表面与上一节伸缩杆204内壁抵接，保证各伸缩杆204之间只能伸缩而不能相对转动。

本实用新型的水下伸缩模块2极大降低了海洋生物附着的风险，保障了整体自由伸缩装置运行的安全稳定性。本实用新型的传输缆4 集承受拉力、供电、信号传输功能于一体，负责水下伸缩模块2的伸长和回收，还负责为水下观测模块5提供电能供应，同时将水下观测模块5观测到的海洋多参数剖面数据进行回传。本实用新型的水下观测模块5为现有技术，包括载体及安装在载体上进行水文、水质参数等观测的观测设备。

本实用新型的工作原理为：

当绞车3正转时，传输缆4收紧，水下伸缩模块2回收，整套自由伸缩装置处于回收状态；当绞车3反转时，传输缆4放松，水下伸缩模块2在水下观测模块5和自身重力的作用下伸长，实现对水体剖面的观测。具体为：

本实用新型的工作分为两个阶段的观测过程，下降阶段和上升阶段。

下降阶段：绞车3启动，放松传输缆4，由于传输缆4放松，在水下伸缩模块2自身重力和水下观测模块5自身重力的共同作用下，水下伸缩模块2和水下观测模块5随着绞车3的转动节奏缓慢下降。如图4所示，每节伸缩杆204都设有内锁装置205，用来卡住下一节的伸缩杆204。当一节伸缩杆204下降到设定程度后，该内锁装置205则自动顶住下一节伸缩杆204的外锁装置206的顶端，使内层的伸缩杆204不再下降。同时，在这个缓慢下降的过程中，水下观测模块5 也根据自己的工作频率采集到了各个剖面层位的各项参数数据，经传输缆4将剖面数据上传至浮标体6内部的相应装置。

上升阶段：绞车3启动，收紧传输缆4，传输缆4收紧从而带动水下观测模块5和水下伸缩模块2随着绞车3的收紧而上升，回收状态如图2所示。其中每节伸缩杆204都设有外锁装置206，当水下伸缩模块2回收时，外锁装置206随着本节伸缩杆204上升至顶住上一节伸缩杆204的底部的外锁装置206时，使上一节伸缩杆204一起上升，从而达到总体回收的目的。同时，水下观测模块5连续采集到各个剖面层位的各项参数数据，经传输缆4将剖面数据上传至浮标体6 内部并发回陆基站。