專利名稱：冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種剖面觀測設(shè)備，尤其是一種極地冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在極區(qū)浮冰上進行海洋剖面觀測有著重要的意義，近幾年國外在北極開展了冰下潛標和冰系剖面儀(Ice-Tethered Profiler，簡稱ITP)的布放。在國際極地年期間，美國、 加拿大、日本等國家的海洋科研單位，在北冰洋大規(guī)模地布放帶有剖面儀的錨系潛標和冰基海洋自動剖面系統(tǒng)觀測設(shè)備，獲取了大量冰下海洋要素剖面數(shù)據(jù)，但是目前國內(nèi)尚沒有成熟的極區(qū)冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)。目前，比較常見的ITP包括位于冰面以上的浮標和位于冰面以下的剖面測量裝置，浮標下面通過纜繩連接重塊，使纜繩保持鉛直不動；剖面測量裝置上設(shè)有馬達并緊壓在纜繩上，馬達動作時帶動剖面測量裝置沿著纜繩進行上下運動，從而實現(xiàn)對極區(qū)冰下海洋不同深度剖面的觀測。由于剖面測量裝置設(shè)置在冰面以下的海水中，并且海水的溫度較低， 為了實現(xiàn)正常工作，剖面觀測裝置和馬達上必須設(shè)置其他的部件或采用特殊材料，以達到防水和保溫的目的；另外，由于馬達設(shè)置在剖面測量裝置上沿纜繩做上下運動，因此要求纜繩一定保持鉛直狀態(tài)，一般采用強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)復雜，對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的水下的剖面測量裝置內(nèi)配有為馬達供電的電池，電池無法更換也無法充電，電池耗盡后，馬達不能啟動，就不能繼續(xù)進行剖面測量了。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提出了一種冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可以實現(xiàn)長期連續(xù)觀測，并且觀測效果好。本實用新型是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)，包括位于冰面以下的觀測設(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光互補發(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)滑輪導向后連接有觀測設(shè)備，滑輪上設(shè)有具有計數(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，電磁感應(yīng)直流電機通過供電控制器與蓄電池連接。本實用新型中，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，用于測量冰下海洋的溫度、深度和深度， 也可以為海流計，用于測量冰下海洋的流量。所述程控絞車的纜繩收放部分包括電磁感應(yīng)直流電機、盤線機構(gòu)和往復絲杠，其中電磁感應(yīng)直流電機通過供電控制器與蓄電池連接，直流電機的輸出端設(shè)有蝸輪蝸桿減速器，蝸輪蝸桿減速器與盤線機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸一端通過同步齒形帶連接，盤線機構(gòu)上纏繞有纜繩， 轉(zhuǎn)軸的另一端與往復絲杠通過鏈輪鏈條連接，往復絲杠上固定有滑塊，滑塊的一端設(shè)有滑輪，纜繩的一端從盤線機構(gòu)引出后，經(jīng)滑輪導向并與懸掛的觀測設(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)剖面時間控制器、光電編碼器和自動保護控制器，其中系統(tǒng)剖面時間控制器設(shè)置在盤線機構(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)置自動保護控制器。所述觀測設(shè)備上設(shè)置壓強闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān)，使觀測設(shè)備僅在上升和下降期間的一定深度范圍內(nèi)進入正常觀測狀態(tài)和記錄數(shù)據(jù)，其他時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。本實用新型的有益效果是與現(xiàn)有的ITP結(jié)構(gòu)相比，本實用新型將使纜繩上下運動的驅(qū)動裝置設(shè)置在位于冰面以上的程控絞車上，首先減小了觀測設(shè)備的重量，降低了對纜繩的強度要求，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，并降低了對觀測設(shè)備的材料要求，大大降低了該觀測系統(tǒng)的制造成本；本實用新型采用風光互補發(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能供電，解決了程控絞車的長期供電問題，實現(xiàn)了長期連續(xù)觀測；另外，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接單，操作方便，可以實現(xiàn)觀測設(shè)備的定時上下運動，即使在無人值守的條件下也可以進行長期連續(xù)觀測，適合在低溫、大風等惡劣的條件下運行，并且觀測效果好。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的結(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、觀測設(shè)備；7、保護罩；8、電磁感應(yīng)直流電機；9、供電控制器；10、蝸輪蝸桿減速器；11、同步齒形帶；12、盤線機構(gòu)；13、滑輪；14、光電編碼器；15、滑塊；16、往復絲杠；17、風光互補發(fā)電裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。圖1至圖3為本實用新型所述的極地冰下海洋自動剖面觀測系統(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與風光互補發(fā)電裝置17連接。當程控絞車工作時，蓄電池4在供電控制器9的作用下為程控絞車供電，當蓄電池4內(nèi)的電量不足時，供電控制器9使風光互補發(fā)電裝置17動作，為蓄電池4充電，當蓄電池4充滿電后，供電控制器 9使風光互補發(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維持長時間正常工作。在極地極晝期間，風光互補發(fā)電裝置17可以利用充沛的太陽能供電；在極地極夜期間，風光互補發(fā)電裝置17可以利用較大的風能供電，使該觀測系統(tǒng)能夠長期觀測。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)的盤線機構(gòu)10上，另一端設(shè)置在冰面以下，并懸掛有觀測設(shè)備6。由于觀測設(shè)備6重量相對較輕，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，懸掛的觀測設(shè)備6在冰下海洋中一定深度范圍內(nèi)上下運動進行剖面觀測。所述的觀測設(shè)備6可以為溫鹽深儀即CTD，用于測量冰下海洋的溫度、深度和深度，也可以為海流計，用于測量冰下海洋的流量。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8、盤線機構(gòu)12和往復絲杠16， 其中電磁感應(yīng)直流電機8通過供電控制器9與蓄電池4連接，當發(fā)生意外故障時，供電控制器9可以保護直流電機8正常工作，防止直流電機8受到損害。直流電機8的輸出端設(shè)有蝸輪蝸桿減速器10，直流電機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 帶動盤線機構(gòu)12的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，盤線機構(gòu)12上纏繞有纜繩5，轉(zhuǎn)軸的另一端與往復絲杠16之間通過鏈輪鏈條連接，往復絲杠16上固定有滑塊15，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時帶動往復絲杠16和絲杠上的滑塊15轉(zhuǎn)動?；瑝K15的頂部設(shè)有滑輪13，滑輪13上設(shè)有導向槽，可以對纜繩5起到導向作用?；?3上固定有與其同軸的光電編碼器14，光電編碼器14用于對滑輪13轉(zhuǎn)動次數(shù)進行計數(shù)，根據(jù)滑塊轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，可以計算出所放纜繩的長度；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導向深入冰面 1以下，并懸掛觀測設(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)剖面時間控制器、光電編碼器14 和自動保護控制器，其中編程控制終端主要用于編程，將需要絞車完成的動作等程序輸入編程控制器終端中，通過單片機、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作。根據(jù)極區(qū)上層海洋變化，一般對該系統(tǒng)設(shè)置最大觀測深度和間隔觀測時間，由于表層溫度較低，懸掛的儀器不易長期停留在表層，因此每次觀測設(shè)備上升和下降一次完成觀測后，停留在最深處，一定時間間隔后，再完成一次上升和下降，進行一次完成的剖面觀測，因此必須對程控絞車的停留時間和觀測深度進行控制。系統(tǒng)剖面時間控制器用于監(jiān)測程控絞車的停留時間，其設(shè)置在盤線機構(gòu)上，通過檢測盤線機構(gòu)的停止時間即可監(jiān)測程控絞車在最深處的停留時間。光電編碼器14固定在滑輪13上，用于監(jiān)測滑輪13轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而計算出排放纜繩的長度，從而控制觀測深度。為了防止系統(tǒng)運行中發(fā)生故障， 導致觀測設(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)置自動保護控制器，當觀測設(shè)備6上升至程控絞車的底部時，觀測裝置與自動保護控制器接觸，控制部分2會發(fā)出指令，使盤線機構(gòu)停止動作，從而使觀測裝置6停止繼續(xù)上升，間隔一端時間后，盤線機構(gòu)自動排纜，使觀測裝置6下降并重新恢復觀測工作。觀測設(shè)備6上設(shè)置壓強闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān)，設(shè)置為在某一壓強范圍值或某一深度范圍值時開始記錄數(shù)據(jù)，因此觀測設(shè)備6僅在上升和下降期間進入正常觀測狀態(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)實現(xiàn)冰下海洋自動剖面觀測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到達浮冰區(qū)后，選取布放點的位置，布放時，根據(jù)懸掛的觀測設(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，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使直流電機工作，在直流電機的帶動下，盤線機構(gòu)12正轉(zhuǎn)并實現(xiàn)纜繩5的排放，從而使懸掛在纜繩5上的觀測設(shè)備6勻速下降，觀測設(shè)備6對各剖面參數(shù)進行觀測和記錄。纜繩5纏繞在滑輪13上，纜繩5排放過程中帶動滑輪13轉(zhuǎn)動，滑輪13 上的光電編碼器14對滑輪13的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行計數(shù)，編程時可以對滑輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行設(shè)置，當滑輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)達到設(shè)定值時，觀測設(shè)備6下降至最大觀測深度，控制部分2使直流電機8停止動作，觀測設(shè)備6停止并停留至最大觀測深度處，其停留時間由系統(tǒng)剖面時間控制器監(jiān)測并控制。當觀測設(shè)備6的停留時間達到程序設(shè)定值時，系統(tǒng)剖面時間控制器對直流電機8發(fā)出信號，使直流電機8動作，帶動盤線機構(gòu)12收纏纜線5，從而帶動觀測設(shè)備6 上升，控制部分2內(nèi)的光電編碼器14對滑輪13的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行計數(shù)，當滑輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)達到某一值時，觀測設(shè)備6上升至最高位置，此時直流電機8反轉(zhuǎn)帶動盤線機構(gòu)12排纜，從而使觀測設(shè)備6下降，當觀測設(shè)備6下降至最大觀測深度時，停止下降并在最深處停留。一定時間間隔后，觀測設(shè)備6再完成一次上升和下降，并重復上述動作。另外，通過對滑塊的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行設(shè)定，可以使觀測設(shè)備6停留在某一特定深度，并對該深度的剖面參數(shù)進行觀測和記錄。 另外，本實用新型中采用耐低溫的電子器件、輕型的程控絞車機架和防水型的自動保護控制器，適用于冰下海洋剖面觀測，以及極地地區(qū)低溫、大風惡劣條件下的冰下海洋剖面觀測。
權(quán)利要求1.一種冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)，包括位于冰面(1)以下的觀測設(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)與風光互補發(fā)電裝置(17)連接，程控絞車(3)和觀測設(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)導向后連接有觀測設(shè)備 (6)，滑輪(1 上設(shè)有具有計數(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(8)，電磁感應(yīng)直流電機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剖面觀測系統(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剖面觀測系統(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剖面觀測系統(tǒng)，其特征在于所述的懸掛設(shè)備 (6)為海流計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動剖面觀測系統(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(8)、盤線機構(gòu)(1 和往復絲杠(16)，其中電磁感應(yīng)直流電機⑶通過供電控制器(9)與蓄電池⑷連接，直流電機⑶的輸出端設(shè)有蝸輪蝸桿減速器(10)，蝸輪蝸桿減速器(10)與盤線機構(gòu)(1 的轉(zhuǎn)軸一端通過同步齒形帶(11)連接，盤線機構(gòu)(1 上纏繞有纜繩(5)，轉(zhuǎn)軸的另一端與往復絲杠(16)通過鏈輪鏈條連接，往復絲杠(16)上固定有滑塊(15)，滑塊(1 的一端設(shè)有滑輪(13)，纜繩(5)的一端從盤線機構(gòu)(12)引出后，經(jīng)滑輪(13)導向并與懸掛的觀測設(shè)備(6)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冰下海洋自動剖面觀測系統(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)剖面時間控制器、光電編碼器和自動保護控制器， 其中系統(tǒng)剖面時間控制器設(shè)置在盤線機構(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)置自動保護控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測設(shè)備(6) 上設(shè)置壓強闕值開關(guān)或深度闕值開關(guān)。
專利摘要本實用新型涉及一種剖面觀測設(shè)備，尤其是一種極地冰下海洋自動剖面觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于冰面以下的觀測設(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光互補發(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)滑輪導向后連接有觀測設(shè)備，滑輪上設(shè)有具有計數(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，電磁感應(yīng)直流電機通過供電控制器與蓄電池連接。其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可以實現(xiàn)長期連續(xù)觀測，并且觀測效果好。
文檔編號G01C13/00GK201955086SQ20102069119
公開日2011年8月31日 申請日期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 申請人:中國海洋大學