一种水下自驱动剖面测量传感器

本发明属于海洋环境观测，尤其涉及一种水下自驱动剖面测量传感器。

背景技术：

1、传统的海洋水文观测大多数使用锚定式浮标或潜标以及海洋剖面浮标、水下滑翔机等设备来获取海洋水文剖面数据。

2、现有观测设备都需要携带大量的电池包来给整个系统供电，维持系统在水下长期的观测需求，体积大，投放和回收成本高。随着海洋观测技术的不断发展，但在对海洋进行长期探测的过程中，现有观测设备面临着能源供应等方面的挑战。尤其是对于海洋表层以下的观测，传统的能源供给技术如铅酸电池、锂离子电池、燃料电池等存在着能量难以收集、电池更换麻烦等困难。因此，亟需一种可以利用工作时周围环境的太阳能以及海洋环境中的振动，将太阳能和振动机械能转化为电能并进行储存以利于长期观测的水下自驱动剖面测量传感器。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水下自驱动剖面测量传感器，以解决上述问题，达到合理利用周围环境中的能量，将振动机械能和太阳能转化为电能以利于长期观测的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种水下自驱动剖面测量传感器，包括：

3、电机动力舱和浮力调节舱,所述电机动力舱的顶部与所述浮力调节舱的底部固定连接；

4、能量收集装置，所述能量收集装置设置在所述电机动力舱的外壁上，用于将周围环境中的振动机械能以及太阳能转化为电能；

5、数据采集部，所述数据采集部设置在所述浮力调节舱内，用于采集海洋环境数据和所述水下自驱动剖面测量传感器的姿态数据；

6、深度调节部，所述深度调节部设置在所述电机动力舱和浮力调节舱之间，用于控制所述水下自驱动剖面测量传感器的下潜和上浮；

7、通信部，所述通信部设置在所述浮力调节舱的内侧顶部，用于接收指令和发送信息；

8、控制电路，所述控制电路用于控制所述数据采集部、动力调节部和所述通信部的运转；

9、储能装置，所述储能装置设置在所述电机动力舱的内侧底部，用于储存所述能量收集装置产生的电能并向所述数据采集部、深度调节部、通信部和所述控制电路进行供电。

10、优选的，所述能量收集装置包括固定套设在所述电机动力舱上的内固定环，所述内固定环的外侧壁上通过若干连接板同轴线固定连接有隔离环，所述内固定环和所述隔离环的上下两端面之间分别固定连接有上固定板和下固定板，所述上固定板和所述下固定板之间形成空腔，所述上固定板上设置有光能收集部和振动能收集部，所述隔离环与所述空腔之间设置有旋转能量收集部。

11、优选的，所述旋转能量收集部包括转动套设在所述隔离环外侧的保护环，所述保护环远离所述隔离环的侧壁上等间距固定连接有若干导流叶片，所述保护环靠近所述隔离环的侧壁上等间距固定连接有若干旋转磁铁，所述内固定环远离所述电机动力舱的侧壁上等间距固定连接有若干金属悬臂梁的一端，若干所述金属悬臂梁的另一端固定连接有方形磁铁，若干所述方形磁铁位于所述空腔内且与若干所述旋转磁铁对应设置，若干所述金属悬臂梁上分别固定连接有压电片，所述压电片与所述储能装置电性连接。

12、优选的，所述振动能收集部包括若干扇形压电片，所述扇形压电片的两端分别固定连接有扇形金属基板，若干所述扇形金属基板固定连接在所述上固定板的上表面，若干所述扇形压电片等间距分布在所述上固定板上且与储能装置电性连接。

13、优选的，所述光能收集部包括固定连接在所述上固定板上表面的光伏板和嵌设在所述浮力调节舱侧壁上的导电金属片，所述光伏板通过所述导电金属片与所述储能装置电性连接，若干所述光伏板和若干所述扇形压电片间隔分布在所述上固定板上。

14、优选的，所述深度调节部包括竖向固定连接在所述电机动力舱内的减速电机，所述浮力调节舱的内侧壁上滑动连接有活塞，所述减速电机的输出轴通过联轴器固定连接有滚珠丝杆的一端，所述滚珠丝杆竖向转动连接在所述电机动力舱内，所述滚珠丝杆上传动连接有滚珠丝杆螺母，所述滚珠丝杆螺母的顶端固定连接有连接杆的一端，所述连接杆的另一端贯穿所述浮力调节舱的底部且与所述活塞的底部固定连接，所述减速电机与所述控制电路电性连接。

15、优选的，所述数据采集部包括固定连接在所述电机动力舱内侧底部的温度探头、压力探头和固定连接在所述浮力调节舱内侧顶部的姿态传感器，所述温度探头、压力探头和所述姿态传感器分别与所述控制电路电性连接。

16、优选的，所述通信部包括固定连接在所述浮力调节舱内侧顶部的通信模块和卫星天线，所述通信模块和所述卫星天线分别和所述控制电路电性连接。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：浮力调节舱和电机动力舱采用高强度铝合金筒，其主要作用是为数据采集部、动力调节部、通信部、控制电路和储能装置提供安全的运转环境，防止海水对设备的危害；能量收集装置的主要作用是充分利用本发明的传感器运行时产生的海水冲击、涡激振动以及太阳光进行能量收集并转化为电能；深度调节部的主要作用是通过控制浮力调节舱的体积来控制本发明的测量传感器在海水中的上浮和下沉，使水下观测任务能顺利完成。整体上，本发明可以充分回收工作时在周围环境中产生的振动机械能，并将振动机械能转化为电能进行储存，以及在海面漂流时收集环境中的太阳能以利于长期对海洋水文的观测，避免了更换电池的麻烦，同时，可以通过接收岸基发送的指令，自主完成观测的一系列任务。

技术特征：

1.一种水下自驱动剖面测量传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水下自驱动剖面测量传感器，其特征在于：所述光能收集部包括固定连接在所述上固定板（5）上表面的光伏板（1）和嵌设在所述浮力调节舱（39）侧壁上的导电金属片（2），所述光伏板（1）通过所述导电金属片（2）与所述储能装置（32）电性连接，若干所述光伏板（1）和若干所述扇形压电片（4）间隔分布在所述上固定板（5）上。

3.根据权利要求1所述的一种水下自驱动剖面测量传感器，其特征在于：所述深度调节部包括竖向固定连接在所述电机动力舱（22）内的减速电机（21），所述浮力调节舱（39）的内侧壁上滑动连接有活塞（33），所述减速电机（21）的输出轴通过联轴器（25）固定连接有滚珠丝杆（28）的一端，所述滚珠丝杆（28）竖向转动连接在所述电机动力舱（22）内，所述滚珠丝杆（28）上传动连接有滚珠丝杆螺母（27），所述滚珠丝杆螺母（27）的顶端固定连接有连接杆（30）的一端，所述连接杆（30）的另一端贯穿所述浮力调节舱（39）的底部且与所述活塞（33）的底部固定连接，所述减速电机（21）与所述控制电路（19）电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种水下自驱动剖面测量传感器，其特征在于：所述数据采集部包括固定连接在所述电机动力舱（22）内侧底部的温度探头（17）、压力探头（18）和固定连接在所述浮力调节舱（39）内侧顶部的姿态传感器（36），所述温度探头（17）、压力探头（18）和所述姿态传感器（36）分别与所述控制电路（19）电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种水下自驱动剖面测量传感器，其特征在于：所述通信部包括固定连接在所述浮力调节舱（39）内侧顶部的通信模块（37）和卫星天线（38），所述通信模块（37）和所述卫星天线（38）分别和所述控制电路（19）电性连接。

技术总结
本发明属于海洋环境观测技术领域，提供一种水下自驱动剖面测量传感器,包括电机动力舱和浮力调节舱,电机动力舱顶部与浮力调节舱底部固定连接；能量收集装置，设置在电机动力舱的外壁上，用于将周围环境中的振动机械能以及太阳能转化为电能；数据采集部，用于采集海洋环境数据和水下自驱动剖面测量传感器的姿态数据；深度调节部，深度调节部设置在电机动力舱和浮力调节舱之间，用于控制下潜和上浮；通信部，用于接收指令和发送信息；储能装置，用于储存收集装置并产生的电能并向数据采集部、深度调节部、通信部和控制电路进行供电。本发明可以合理利用周围环境中的能量，将振动机械能和太阳能转化为电能并有利于长期观测。

技术研发人员：田川,宋元杰,王振通,王晨,张胜宗
受保护的技术使用者：中国科学院深海科学与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13