漂流式海洋光学剖面观测仪的制作方法

本发明涉及海洋观测领域，尤其是涉及一种海洋光学剖面观测仪。

背景技术：

海洋光学测量是重要的海洋观测技术。对海洋水体竖直剖面的光学观测可以获得不同深度水层的海洋环境数据。这些数据对于物理海洋、海洋生物、海洋生态等学科的研究具有重要意义。

目前已有的光学剖面观测仪结构较为简单，布放时利用观测仪自重下沉，回收时由操作人员通过系缆手动实现上浮。这种观测仪存在两个不足之处：第一、人员手动操作，很难保证上浮速度及仪器姿态，进而影响观测的准确性，因此这种光学剖面观测仪只适合在下行过程中进行观测；第二、船舶等布放平台在海水中的阴影会影响光学传感器观测值的真实性，布放过程中需要多种辅助措施保证光学剖面观测仪远离阴影区域，操作难度较大。因此，现有的光学剖面观测仪操作复杂，在进行连续多个剖面观测时时间成本较高、观测效率较低。

技术实现要素：

针对已有的光学剖面观测仪在使用中存在操作难度大、观测效率低等问题，本发明提出一种漂流式海洋光学剖面观测仪，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明漂流式海洋光学剖面仪，包括光学传感器、姿态调整装置、控制舱、信标，其中光学传感器安装于机架的两侧，控制舱包括柱塞泵和油囊，控制舱与机架连接，信标通过系缆与机架连接。

优选的，姿态调整装置包括浮体、浮体安装架、法兰螺母、长轴和支撑板，浮体安装架与浮体连接，长轴为螺杆并穿过浮体安装架，长轴的两端插入支撑板的盲孔，法兰螺母安装在长轴上，并安装在浮体安装架的两侧。

优选的，控制舱进一步包括电机、联轴器，柱塞泵包括滚珠丝杠、螺母和柱塞，滚珠丝杠通过联轴器与电机的输出轴连接，螺母与柱塞连接，柱塞泵的出口与油囊通过螺纹连接。

优选的，观测仪包括护罩，护罩为两端敞口的圆柱筒状结构，筒壁上设置多个长孔，护罩套在油囊外。

优选的，光学传感器有两个，通过传感器座安装在机架的两侧。

优选的，控制舱进一步包括水密插接件、数据采集模块、控制电路、可充电电池和充电接口，水密插接件与光学传感器连接，水密插接件通过导线与数据采集模块连接，数据采集模块与控制电路连接，可充电电池与充电接口连接。

优选的，支撑板下部开设有矩形槽，支撑板通过矩形槽与机架连接。

优选的，信标为圆盘状，上面安装一面旗子。

本发明的发明点在于将柱塞泵、油囊、信标和姿态调整装置应用于利用光学传感器观测的观测仪中，使其成为有机统一的整体，能够带来操纵方便、观测效率高、观测精度高的有益效果，具体包括：

（1）利用柱塞泵对油囊注入或者抽取液压油改变油囊的大小，从而改变观测仪所受海水浮力，实现观测仪的上升或下沉运动；

（2）浮体可移动地安装在机架上方，通过浮体在长轴上的移动调整光学传感器在观测仪上的姿态，使得观测仪在水中时光学传感器保持竖直；

（3）漂流式光学剖面观测仪布放后，布放平台即可远离布放点，待观测仪完成预定任务后，通过其配置的水面信标，即可实现跟踪和打捞回收；

（4）观测仪配备可充电电池及充电接口，可充电反复使用。

附图说明

图1漂流式海洋光学剖面观测仪结构示意图

图2控制舱结构示意图

图3漂流式海洋光学剖面观测仪使用图

元件符号说明

1——光学传感器，2——浮体，3——浮体安装架，4——法兰螺母，5——长轴，6——支撑板，7——护罩，8——传感器座，9——吊环螺钉，10——机架，11——卡箍，12——舱体，13——舱盖，14——充电室端盖，15——油囊，16——水密接插件，17——柱塞泵，18——柱塞，19——螺母，20——联轴器，21——电机安装架，22——电机，23——数据采集模块，24——控制电路，25——电池盒，26——充电接口，27——信标，28——系缆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。同时，在不冲突的情况下，实施例描述的各部分可以任意组合。

参见图1，本发明包括机架10、光学传感器1、姿态调节装置、控制舱和信标27，其中光学传感器1有两台，分别通过传感器座8安装于机架10的两侧，姿态调节装置安装于机架10上部，控制舱通过卡箍11与机架10连接，信标27通过系缆28与机架10上的吊环螺钉9连接。

光学传感器1为圆柱状，由传感器座8卡紧固定，光学传感器1一端为探头，另一端配置水密电缆，水密电缆连接到设置于舱体12的水密接插件16。传感器座8有两套，每套由两个开口对着的u型件组成，传感器座8一端通过螺钉连接到机架10上，另一端通过螺钉连接从而将光学传感器1卡紧在u型件内。

姿态调节装置安装于机架的上方，包括浮体2、浮体安装架3、法兰螺母4、长轴5、支撑板6。浮体2为长方体结构，朝向机架10的一面设置有4个螺纹孔；浮体安装架3由一个矩形平板和一个三角形立板构成，其中矩形平板上设置有4个孔，与浮体2上的4个螺纹孔对应并使得浮体安装架3和浮体2通过螺钉连接。长轴5为一根螺杆，其穿过浮体安装架3的三角形立板上的孔，并使得浮体安装架可以在长轴上移动，两个法兰螺母4与长轴螺纹连接，分别从长轴的两端装入，在浮体安装架立板的两侧旋紧，长轴5的两端分别插入两个支撑板6侧面的盲孔中。支撑板6为板状结构，其上端平面与浮体2接触并支撑浮体2，中下部设置矩形槽，槽宽与机架10厚度相同或者比机架10厚度略宽，下部通过螺钉与机架10连接。支撑板6的中下部也可以不设置矩形槽，而将矩形槽设置在机架10上，并使支撑板6的下部伸入机架10的矩形槽中并通过螺钉与机架10连接。通过调节浮体安装架3在长轴5上的位置可以调节观测仪的姿态，进而调节光学传感器的姿态，例如使光学传感器在海水中保持竖直的姿态。

机架10为板状结构，上部呈矩形，下部成倒梯形，中部缺口用于安装舱体12和护罩7。卡箍11共设置两对，每对由两个u形结构组成，两个u形结构分别与舱体12侧壁的环形凹槽相配合，两端通过螺钉与机架10连接。

控制舱包括护罩7、舱体12、舱盖13、充电室端盖14、油囊15、柱塞泵17、联轴器20、电机安装架21、电机22、水密接插件16、数据采集模块23、控制电路24、电池盒25和充电接口26。舱体12为圆柱筒状，上端面设置有中心孔，以供柱塞泵17的出油口穿过，中心孔旁边设置两个通孔，用于安装水密接插件16；两个水密接插件16分别穿过舱体12顶部的两个孔，通过紧固件固定于舱体12顶部，水密接插件16的端口分别与两个光学传感器1的水密电缆端口连接。水密接插件16通过导线连接到数据采集模块23，数据采集模块23能够读取并存储光学传感器观测的数据，数据采集模块23与控制电路24连接，控制电路24安装在电池盒25上，控制电路通过预设程序能够控制电机的启停和正转、反转，电池盒25安装在舱盖13内，电池盒25设置有法兰面，螺钉穿过法兰面上的孔将其与舱盖13固定，电池盒25内配置可充电电池，舱盖13底部的台阶孔安装充电接口26，可充电电池与充电接口26连接，舱盖13通过螺钉安装在舱体12底部，充电室端盖14通过螺纹与舱盖13连接。

柱塞泵17包括柱塞18、滚珠丝杠、螺母19，其中柱塞18与螺母19连接，螺母19与滚珠丝杠通过螺纹连接，滚珠丝杠与电机22的输出轴通过联轴器20连接，电机的转动带动滚珠丝杠的转动，从而使螺母19作直线运动，进而带动柱塞19直线运动；柱塞泵的出油口穿过舱体12顶部的圆孔通过其末端的螺纹与油囊15连接，油囊15外形成圆柱状，采用柔性、可变形的橡胶材料制成，内部空腔存储液压油，设置有带螺纹的金属口，与柱塞泵17出油口末端的螺纹配合。电机正转时，通过联轴器带动滚珠丝杠正转，使得螺母带动柱塞向油囊方向运动，进而使油液充满油囊；电机反转时，通过联轴器带动滚珠丝杠反转，使得螺母带动柱塞向远离油囊方向运动，进而将油液抽出油囊。

电机22外壳通过螺钉与电机安装架21连接，电机安装架21为“几”字形钣金件，下部通过螺钉连接电机22，上部通过螺钉固定到柱塞泵17的壳体上。

护罩7为薄壁圆柱筒状，两端敞口，筒壁上设置有多个长孔。护罩7套在油囊15外，下端套在控制舱顶部的凸台上并由舱体12紧压，上端与机架10连接。

舱盖13为中空的锥形结构，上部凸台与舱体12下端内壁配合，采用o型圈密封，中部设置有法兰面，法兰面上设置圆孔，与舱体12下端面上的螺纹孔通过螺钉连接。舱盖13上端面设置螺纹孔，与电池盒25法兰面上圆孔对应。舱盖13下部设置有台阶孔，用于安装充电接口26。充电室端盖14为锥形结构，其上端与舱盖13下端通过螺纹连接，并采用o型密封圈密封。

控制电路24上设置磁开关，可通过外部磁铁实现对漂流式光学剖面观测仪的开关机操作。控制电路24上设置数据存储卡，能够将观测数据进行存储和传输。控制电路24上设置无线通信模块，可与上位机连接进行控制参数设置及观测数据传输。

信标27为圆盘状，上面安装一面旗子，在海上漂浮时肉眼可见，下面连接系缆28。圆盘由密度小、重量轻的泡沫材料制成。系缆为密度小、强度高的系缆。

在利用漂流式海洋光学剖面观测仪进行观测时，具体的操作步骤包括：

调整观测仪中浮体安装架在长轴上的位置从而调整光学传感器在观测仪上的姿态；

打开观测仪的开关，将观测仪缓慢布放入海中；

使布放船远离观测仪，以避免布放船在水中的阴影对观测仪的观测造成影响，并通过观测仪上漂浮在海面的信标对观测仪进行跟踪；

观测仪中的控制电路按照预设的步骤使电机反转，柱塞泵将油从油囊中抽回，油囊缩小，观测仪做下沉运动；然后控制电路使电机正转，柱塞泵将油注入油囊，油囊增大，观测仪做上升运动，在观测仪下沉和上升的过程中，光学传感器进行观测并将数据传输至数据采集模块从而存储数据；

观测仪下沉和上升到达一定的次数后，例如往复十次、二十次、三十次或其他预设的次数，或者观测仪下沉和上升达到一定的时间后，例如十分钟、二十分钟、三十分钟或其他预设的时间，观测仪不再做上升或下沉运动；

布放船依照信标的位置接近观测仪，对其进行打捞；

读取观测仪中的观测数据，关闭观测仪并对观测仪进行充电，以备下次使用。

以上实施例仅表达了本发明的实施方式示例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。