專利名稱:冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種剖面觀測(cè)設(shè)備,尤其是一種極地冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在極區(qū)浮冰上進(jìn)行海洋剖面觀測(cè)有著重要的意義,近幾年國(guó)外在北極開展了冰下 潛標(biāo)和冰系剖面儀(Ice-Tethered Profiler,簡(jiǎn)稱ITP)的布放。在國(guó)際極地年期間,美國(guó)、 加拿大、日本等國(guó)家的海洋科研單位,在北冰洋大規(guī)模地布放帶有剖面儀的錨系潛標(biāo)和冰 基海洋自動(dòng)剖面系統(tǒng)觀測(cè)設(shè)備,獲取了大量冰下海洋要素剖面數(shù)據(jù),但是目前國(guó)內(nèi)尚沒有 成熟的極區(qū)冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)。目前,比較常見的ITP包括位于冰面以上的浮標(biāo)和位于冰面以下的剖面測(cè)量裝 置,浮標(biāo)下面通過纜繩連接重塊,使纜繩保持鉛直不動(dòng);剖面測(cè)量裝置上設(shè)有馬達(dá)并緊壓在 纜繩上,馬達(dá)動(dòng)作時(shí)帶動(dòng)剖面測(cè)量裝置沿著纜繩進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)極區(qū)冰下海洋 不同深度剖面的觀測(cè)。由于剖面測(cè)量裝置設(shè)置在冰面以下的海水中,并且海水的溫度較低, 為了實(shí)現(xiàn)正常工作,剖面觀測(cè)裝置和馬達(dá)上必須設(shè)置其他的部件或采用特殊材料,以達(dá)到 防水和保溫的目的;另外,由于馬達(dá)設(shè)置在剖面測(cè)量裝置上沿纜繩做上下運(yùn)動(dòng),因此要求纜 繩一定保持鉛直狀態(tài),一般采用強(qiáng)度較大的鋼纜并在下面加掛重塊。因此,現(xiàn)有的ITP結(jié) 構(gòu)復(fù)雜,對(duì)各部件的材料以及制造工藝要求非常高,大大提高了制造成本。ITP的水下的剖 面測(cè)量裝置內(nèi)配有為馬達(dá)供電的電池,電池?zé)o法更換也無法充電,電池耗盡后,馬達(dá)不能啟 動(dòng),就不能繼續(xù)進(jìn)行剖面測(cè)量了。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成 本低,可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè),并且觀測(cè)效果好。本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),包括位 于冰面以下的觀測(cè)設(shè)備,其中,該系統(tǒng)還包括位于冰面以上的程控絞車和蓄電池,蓄電池通 過供電控制器與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置連接,可以使蓄電池獲得持續(xù)電源,程控絞車和觀測(cè)設(shè) 備之間通過纜繩連接,纜繩的一端纏繞在程控絞車內(nèi),另一端經(jīng)滑輪導(dǎo)向后連接有觀測(cè)設(shè) 備,滑輪上設(shè)有具有計(jì)數(shù)功能的光電編碼器,所述的纜繩為尼龍纜繩,程控絞車包括纜繩收 放部分和控制部分,程控絞車的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機(jī),電磁感應(yīng)直流電機(jī) 通過供電控制器與蓄電池連接。本發(fā)明中,所述程控絞車和蓄電池的外側(cè)設(shè)置保溫罩,為了避免環(huán)境溫度過低,通 過設(shè)置保溫罩可以保證蓄電池的工作效率,使整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。所述的懸掛設(shè)備可以為溫鹽深儀即CTD,用于測(cè)量冰下海洋的溫度、深度和深度, 也可以為海流計(jì),用于測(cè)量冰下海洋的流量。所述程控絞車的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機(jī)、盤線機(jī)構(gòu)和往復(fù)絲杠,其 中電磁感應(yīng)直流電機(jī)通過供電控制器與蓄電池連接,直流電機(jī)的輸出端設(shè)有蝸輪蝸桿減速器,蝸輪蝸桿減速器與盤線機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸一端通過同步齒形帶連接,盤線機(jī)構(gòu)上纏繞有纜繩, 轉(zhuǎn)軸的另一端與往復(fù)絲杠通過鏈輪鏈條連接,往復(fù)絲杠上固定有滑塊,滑塊的一端設(shè)有滑 輪,纜繩的一端從盤線機(jī)構(gòu)引出后,經(jīng)滑輪導(dǎo)向并與懸掛的觀測(cè)設(shè)備連接。所述程控絞車的控制部分包括編程控制終端、系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器、光電編碼器 和自動(dòng)保護(hù)控制器,其中系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器設(shè)置在盤線機(jī)構(gòu)上,滑輪上固定有與其同軸 的光電編碼器,程控絞車的底部設(shè)置自動(dòng)保護(hù)控制器。所述觀測(cè)設(shè)備上設(shè)置壓強(qiáng)闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān),使觀測(cè)設(shè)備僅在上升和下降 期間的一定深度范圍內(nèi)進(jìn)入正常觀測(cè)狀態(tài)和記錄數(shù)據(jù),其他時(shí)間則處于省電且不記錄的休 眠狀態(tài),可以節(jié)約能源和內(nèi)存。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有的ITP結(jié)構(gòu)相比,本發(fā)明將使纜繩上下運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng) 裝置設(shè)置在位于冰面以上的程控絞車上,首先減小了觀測(cè)設(shè)備的重量,降低了對(duì)纜繩的強(qiáng) 度要求,采用一般的軟質(zhì)纜繩即可滿足使用要求,另外無需在觀測(cè)設(shè)備上設(shè)置其他的用于 防水和保溫的部件,并降低了對(duì)觀測(cè)設(shè)備的材料要求,大大降低了該觀測(cè)系統(tǒng)的制造成本; 本發(fā)明采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置與蓄電池組合,充分利用極地極晝期間充沛的太陽能以及極 地極夜期間較大的風(fēng)能供電,解決了程控絞車的長(zhǎng)期供電問題,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè) ’另 外,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接單,操作方便,可以實(shí)現(xiàn)觀測(cè)設(shè)備的定時(shí)上下運(yùn)動(dòng),即使在無人值守的條 件下也可以進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè),適合在低溫、大風(fēng)等惡劣的條件下運(yùn)行,并且觀測(cè)效果好。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成圖。圖中1、冰面;2、控制部分;3、程控絞車;4、蓄電池;5、纜繩;6、觀測(cè)設(shè)備;7、保護(hù) 罩;8、電磁感應(yīng)直流電機(jī);9、供電控制器;10、蝸輪蝸桿減速器;11、同步齒形帶;12、盤線機(jī) 構(gòu);13、滑輪;14、光電編碼器;15、滑塊;16、往復(fù)絲杠;17、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1至圖3為本發(fā)明所述的極地冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于冰 面1以上的程控絞車3和位于冰面1以下的觀測(cè)設(shè)備6,程控絞車3與冰面1以上的蓄電池 4連接。蓄電池4通過供電控制器9與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置17連接。當(dāng)程控絞車工作時(shí),蓄 電池4在供電控制器9的作用下為程控絞車供電,當(dāng)蓄電池4內(nèi)的電量不足時(shí),供電控制器 9使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置17動(dòng)作,為蓄電池4充電,當(dāng)蓄電池4充滿電后,供電控制器9使風(fēng) 光互補(bǔ)發(fā)電裝置17停止工作,從而使蓄電池4能夠持續(xù)為程控絞車3供電,程控絞車3維 持長(zhǎng)時(shí)間正常工作。在極地極晝期間,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置17可以利用充沛的太陽能供電; 在極地極夜期間,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置17可以利用較大的風(fēng)能供電,使該觀測(cè)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期 觀測(cè)。程控絞車3包括纜繩收放部分和控制部分2。程控絞車3和觀測(cè)設(shè)備6之間通過纜 繩5連接,纜繩5的一端纏繞在程控絞車3內(nèi)的盤線機(jī)構(gòu)10上,另一端設(shè)置在冰面以下,并 懸掛有觀測(cè)設(shè)備6。由于觀測(cè)設(shè)備6重量相對(duì)較輕,因此所述的纜繩5可以采用軟質(zhì)纜繩,如尼龍纜繩,在纜繩5的牽引下,懸掛的觀測(cè)設(shè)備6在冰下海洋中一定深度范圍內(nèi)上下運(yùn)動(dòng) 進(jìn)行剖面觀測(cè)。所述的觀測(cè)設(shè)備6可以為溫鹽深儀即CTD,用于測(cè)量冰下海洋的溫度、深度 和深度,也可以為海流計(jì),用于測(cè)量冰下海洋的流量。為了避免環(huán)境溫度過低,在程控絞車 3和蓄電池4的外側(cè)設(shè)置保溫罩7,通過設(shè)置保溫罩可以保證蓄電池4的工作效率,使整個(gè) 系統(tǒng)能夠正常工作。程控絞車的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機(jī)8、盤線機(jī)構(gòu)12和往復(fù)絲杠16, 其中電磁感應(yīng)直流電機(jī)8通過供電控制器9與蓄電池4連接,當(dāng)發(fā)生意外故障時(shí),供電控制 器9可以保護(hù)直流電機(jī)8正常工作,防止直流電機(jī)8受到損害。直流電機(jī)8的輸出端設(shè)有 蝸輪蝸桿減速器10,直流電機(jī)8輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)蝸輪蝸桿減速器10減速后,經(jīng)同步齒形帶11 帶動(dòng)盤線機(jī)構(gòu)12的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),盤線機(jī)構(gòu)12上纏繞有纜繩5,轉(zhuǎn)軸的另一端與往復(fù)絲杠16之 間通過鏈輪鏈條連接,往復(fù)絲杠16上固定有滑塊15,轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)往復(fù)絲杠16和絲杠上 的滑塊15轉(zhuǎn)動(dòng)?;瑝K15的頂部設(shè)有滑輪13,滑輪13上設(shè)有導(dǎo)向槽,可以對(duì)纜繩5起到導(dǎo) 向作用?;?3上固定有與其同軸的光電編碼器14,光電編碼器14用于對(duì)滑輪13轉(zhuǎn)動(dòng) 次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),根據(jù)滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),可以計(jì)算出所放纜繩的長(zhǎng)度;另外,滑塊15可以更好 地、更整齊地排纜或收攬,起到布線的作用。纜繩5的一端引出后,經(jīng)滑輪13導(dǎo)向深入冰面 1以下,并懸掛觀測(cè)設(shè)備6。程控絞車3的控制部分2包括編程控制終端、系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器、光電編碼器14 和自動(dòng)保護(hù)控制器,其中編程控制終端主要用于編程,將需要絞車完成的動(dòng)作等程序輸入 編程控制器終端中,通過單片機(jī)、可編程邏輯控制器等設(shè)備將程序轉(zhuǎn)換為電子指令,并控制 程控絞車的動(dòng)作。根據(jù)極區(qū)上層海洋變化,一般對(duì)該系統(tǒng)設(shè)置最大觀測(cè)深度和間隔觀測(cè)時(shí) 間,由于表層溫度較低,懸掛的儀器不易長(zhǎng)期停留在表層,因此每次觀測(cè)設(shè)備上升和下降一 次完成觀測(cè)后,停留在最深處,一定時(shí)間間隔后,再完成一次上升和下降,進(jìn)行一次完成的 剖面觀測(cè),因此必須對(duì)程控絞車的停留時(shí)間和觀測(cè)深度進(jìn)行控制。系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器用 于監(jiān)測(cè)程控絞車的停留時(shí)間,其設(shè)置在盤線機(jī)構(gòu)上,通過檢測(cè)盤線機(jī)構(gòu)的停止時(shí)間即可監(jiān) 測(cè)程控絞車在最深處的停留時(shí)間。光電編碼器14固定在滑輪13上,用于監(jiān)測(cè)滑輪13轉(zhuǎn)動(dòng) 的圈數(shù),從而計(jì)算出排放纜繩的長(zhǎng)度,從而控制觀測(cè)深度。為了防止系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生故障, 導(dǎo)致觀測(cè)設(shè)備6上升至與程控絞車發(fā)生撞擊,程控絞車的底部設(shè)置自動(dòng)保護(hù)控制器,當(dāng)觀 測(cè)設(shè)備6上升至程控絞車的底部時(shí),觀測(cè)裝置與自動(dòng)保護(hù)控制器接觸,控制部分2會(huì)發(fā)出指 令,使盤線機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作,從而使觀測(cè)裝置6停止繼續(xù)上升,間隔一端時(shí)間后,盤線機(jī)構(gòu)自 動(dòng)排纜,使觀測(cè)裝置6下降并重新恢復(fù)觀測(cè)工作。觀測(cè)設(shè)備6上設(shè)置壓強(qiáng)闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān),設(shè)置為在某一壓強(qiáng)范圍值或某 一深度范圍值時(shí)開始記錄數(shù)據(jù),因此觀測(cè)設(shè)備6僅在上升和下降期間進(jìn)入正常觀測(cè)狀態(tài)和 記錄數(shù)據(jù),可以節(jié)約能源和內(nèi)存。利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)的工作過程如下所述首先將該系統(tǒng)搭載 破冰船或直升機(jī)到達(dá)浮冰區(qū)后,選取布放點(diǎn)的位置,布放時(shí),根據(jù)懸掛的觀測(cè)設(shè)備的類型及 尺寸,開鑿冰洞,將該系統(tǒng)布設(shè)在冰洞中。工作時(shí),將控制程序輸入編程控制終端,調(diào)試成功 后,蓄電池4放電,蓄電池4使直流電機(jī)工作,在直流電機(jī)的帶動(dòng)下,盤線機(jī)構(gòu)12正轉(zhuǎn)并實(shí) 現(xiàn)纜繩5的排放,從而使懸掛在纜繩5上的觀測(cè)設(shè)備6勻速下降,觀測(cè)設(shè)備6對(duì)各剖面參數(shù) 進(jìn)行觀測(cè)和記錄。纜繩5纏繞在滑輪13上,纜繩5排放過程中帶動(dòng)滑輪13轉(zhuǎn)動(dòng),滑輪13上的光電編碼器14對(duì)滑輪13的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),編程時(shí)可以對(duì)滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行設(shè) 置,當(dāng)滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),觀測(cè)設(shè)備6下降至最大觀測(cè)深度,控制部分2使直流 電機(jī)8停止動(dòng)作,觀測(cè)設(shè)備6停止并停留至最大觀測(cè)深度處,其停留時(shí)間由系統(tǒng)剖面時(shí)間控 制器監(jiān)測(cè)并控制。當(dāng)觀測(cè)設(shè)備6的停留時(shí)間達(dá)到程序設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器對(duì)直 流電機(jī)8發(fā)出信號(hào),使直流電機(jī)8動(dòng)作,帶動(dòng)盤線機(jī)構(gòu)12收纏纜線5,從而帶動(dòng)觀測(cè)設(shè)備6 上升,控制部分2內(nèi)的光電編碼器14對(duì)滑輪13的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)達(dá) 到某一值時(shí),觀測(cè)設(shè)備6上升至最高位置,此時(shí)直流電機(jī)8反轉(zhuǎn)帶動(dòng)盤線機(jī)構(gòu)12排纜,從而 使觀測(cè)設(shè)備6下降,當(dāng)觀測(cè)設(shè)備6下降至最大觀測(cè)深度時(shí),停止下降并在最深處停留。一定 時(shí)間間隔后,觀測(cè)設(shè)備6再完成一次上升和下降,并重復(fù)上述動(dòng)作。另外,通過對(duì)滑塊的轉(zhuǎn) 動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行設(shè)定,可以使觀測(cè)設(shè)備6停留在某一特定深度,并對(duì)該深度的剖面參數(shù)進(jìn)行觀 測(cè)和記錄。 另外,本發(fā)明中采用耐低溫的電子器件、輕型的程控絞車機(jī)架和防水型的自動(dòng)保 護(hù)控制器,適用于冰下海洋剖面觀測(cè),以及極地地區(qū)低溫、大風(fēng)惡劣條件下的冰下海洋剖面 觀測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),包括位于冰面(1)以下的觀測(cè)設(shè)備(6),其特征在 于該系統(tǒng)還包括位于冰面(1)以上的程控絞車⑶和蓄電池G),蓄電池⑷通過供電控 制器(9)與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置(17)連接,程控絞車(3)和觀測(cè)設(shè)備(6)之間通過纜繩(5) 連接,纜繩(5)的一端纏繞在程控絞車(3)內(nèi),另一端經(jīng)滑輪(13)導(dǎo)向后連接有觀測(cè)設(shè)備 (6),滑輪(1 上設(shè)有具有計(jì)數(shù)功能的光電編碼器(14),所述的纜繩(5)為尼龍纜繩,程控 絞車( 包括纜繩收放部分和控制部分O),程控絞車( 的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直 流電機(jī)(8),電磁感應(yīng)直流電機(jī)⑶通過供電控制器(9)與蓄電池⑷連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述程控絞車(3) 和蓄電池⑷的外側(cè)設(shè)置保溫罩(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述的懸掛設(shè)備 (6)為溫鹽深儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述的懸掛設(shè)備 (6)為海流計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述程控絞車的 纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機(jī)(8)、盤線機(jī)構(gòu)(1 和往復(fù)絲杠(16),其中電磁感應(yīng) 直流電機(jī)⑶通過供電控制器(9)與蓄電池⑷連接,直流電機(jī)⑶的輸出端設(shè)有蝸輪蝸 桿減速器(10),蝸輪蝸桿減速器(10)與盤線機(jī)構(gòu)(1 的轉(zhuǎn)軸一端通過同步齒形帶(11)連 接,盤線機(jī)構(gòu)(1 上纏繞有纜繩(5),轉(zhuǎn)軸的另一端與往復(fù)絲杠(16)通過鏈輪鏈條連接,往 復(fù)絲杠(16)上固定有滑塊(15),滑塊(1 的一端設(shè)有滑輪(13),纜繩(5)的一端從盤線 機(jī)構(gòu)(12)引出后,經(jīng)滑輪(13)導(dǎo)向并與懸掛的觀測(cè)設(shè)備(6)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述程控絞車(3) 的控制部分⑵包括編程控制終端、系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器、光電編碼器和自動(dòng)保護(hù)控制器, 其中系統(tǒng)剖面時(shí)間控制器設(shè)置在盤線機(jī)構(gòu)上,滑輪(13)上固定有與其同軸的光電編碼器 (14),程控絞車(3)的底部設(shè)置自動(dòng)保護(hù)控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng),其特征在于所述觀測(cè)設(shè)備(6) 上設(shè)置壓強(qiáng)闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種剖面觀測(cè)設(shè)備,尤其是一種極地冰下海洋自動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于冰面以下的觀測(cè)設(shè)備,其中,該系統(tǒng)還包括位于冰面以上的程控絞車和蓄電池,蓄電池通過供電控制器與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置連接,可以使蓄電池獲得持續(xù)電源,程控絞車和觀測(cè)設(shè)備之間通過纜繩連接,纜繩的一端纏繞在程控絞車內(nèi),另一端經(jīng)滑輪導(dǎo)向后連接有觀測(cè)設(shè)備,滑輪上設(shè)有具有計(jì)數(shù)功能的光電編碼器,所述的纜繩為尼龍纜繩,程控絞車包括纜繩收放部分和控制部分,程控絞車的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機(jī),電磁感應(yīng)直流電機(jī)通過供電控制器與蓄電池連接。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè),并且觀測(cè)效果好。
文檔編號(hào)G01C13/00GK102141400SQ20101061548
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉貴杰, 史久新, 張雪明, 矯玉田 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)