一種投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，用于船只航行中海流剖面的快速測(cè)量。測(cè)量探頭包括頭錐、探頭筒、探頭尾筒和尾翼。探頭筒為圓柱體，頭錐和探頭尾筒為流線型結(jié)構(gòu)，尾翼設(shè)置在探頭尾筒的后部。探頭筒內(nèi)設(shè)置的傳感器與測(cè)量電路板連接，傳感器包括一對(duì)測(cè)量電極和一對(duì)羅盤線圈。探頭尾筒內(nèi)設(shè)置線軸，線軸上纏繞有數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠岚€，將測(cè)量電路板與水面船只上的接收端連接。測(cè)量探頭投放入水后旋轉(zhuǎn)下落，旋轉(zhuǎn)過程中測(cè)量電路板實(shí)時(shí)獲取測(cè)量電極和羅盤線圈上產(chǎn)生的信號(hào)，獲得海流感生電場(chǎng)和地磁場(chǎng)方向信息，將得到的信息通過漆包線實(shí)時(shí)傳輸至水面接收端，計(jì)算得到海流流速和方向。
【專利說明】一種投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋水文剖面要素探測(cè)裝置，特別是涉及一種可通過水面船只投放的海流剖面測(cè)量探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]海流是海洋環(huán)境的基本參數(shù)之一，準(zhǔn)確而快速的獲取海水流速對(duì)海洋學(xué)研究、海上生產(chǎn)和海上軍事活動(dòng)都有重要意義。
[0003]采用電磁方法測(cè)量海流是自二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，當(dāng)海水作為一種良導(dǎo)體切割地磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量一定長(zhǎng)度上的海流感生電動(dòng)勢(shì)，就可以換算得到海流信息。根據(jù)這一原理研制成功了多種電磁海流計(jì)，最初使用船載拖航的方式測(cè)量大范圍海域的海流，兩個(gè)測(cè)量電極相聚100米左右，船只拖曳電極和電纜在海表面走航獲得海流數(shù)據(jù)，這種儀器只能測(cè)量海表面海流。后來實(shí)用新型出了體積更小的測(cè)量?jī)x器，這種電磁海流計(jì)表面有四個(gè)電極，可獲得較高精度的海流數(shù)據(jù)，但僅可用于定點(diǎn)測(cè)量。由于海流剖面在物理海洋和軍事上的重要用途，在二十世紀(jì)七十年代以后研發(fā)出了一種可自由下落的電磁海流計(jì)，由水面艦艇投放，在水中自由下落，下落過程中測(cè)量海流數(shù)據(jù)，達(dá)到一定深度后返回水面，由艦艇撈回后讀取數(shù)據(jù)。這種自由下落式電磁海流計(jì)體積龐大，需要艦船使用絞車投放和回收，對(duì)海況條件要求較高。另外，由于需要返回水面，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在結(jié)構(gòu)失效中途毀壞，或漂移較遠(yuǎn)，水面艦艇無法發(fā)現(xiàn)造成儀器丟失的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)海流剖面快速獲取的需求，本實(shí)用新型推出一種小型的自由下落式電磁海流計(jì)，其目的在于，將對(duì)稱電極構(gòu)成的流速傳感器設(shè)置在自由下落的探頭體內(nèi)，探頭自由下落時(shí)線軸快速放線，電極測(cè)量周圍海水切割地磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)，換算出實(shí)時(shí)海流信息，實(shí)現(xiàn)船只航行中海流剖面的快速測(cè)量。
[0005]本實(shí)用新型涉及的投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭包括頭錐、探頭筒、探頭尾筒和尾翼。探頭筒為圓柱體，頭錐位于探頭筒的前部，探頭尾筒位于探頭筒的后部，頭錐和探頭尾筒為流線型結(jié)構(gòu)，尾翼設(shè)置在探頭尾筒的后部。所述測(cè)量探頭內(nèi)設(shè)過水管，過水管軸線與探頭體軸線重疊，過水管沿探頭體軸線貫穿頭錐、探頭筒和探頭尾筒。
[0006]探頭筒內(nèi)設(shè)置測(cè)量電路、電池、傳感器。傳感器包括一對(duì)測(cè)量電極和一對(duì)羅盤線圈，兩個(gè)測(cè)量電極安裝于探頭筒的兩側(cè)，兩個(gè)電極位置連線與探頭體軸線垂直且相交。羅盤線圈布置在探頭筒內(nèi)，線圈軸線與電極對(duì)位置連線重合。各傳感器的引線均與測(cè)量電路板連接，測(cè)量電路板上有一根連線穿過過水孔與接地電極連接。
[0007]測(cè)量電路板設(shè)置鎖相放大電路，測(cè)量電極和羅盤線圈分別連接鎖相放大電路，將測(cè)量電極測(cè)得的電場(chǎng)壓降信號(hào)鎖相放大。
[0008]電池焊接在電路板上，每個(gè)電路板各有一組電池。探頭筒內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂達(dá)到整體密封的效果。[0009]頭錐為鉛鋅合金材料制成。
[0010]探頭尾筒內(nèi)設(shè)置線軸，線軸上纏繞有漆包線。漆包線為數(shù)據(jù)傳輸線，一端與測(cè)量電路板連接，另一端與水面船只上的接收端連接。
[0011]尾翼為四片式結(jié)構(gòu)，內(nèi)有4個(gè)葉片，可在探頭下降過程中使探頭旋轉(zhuǎn)，并保持穩(wěn)定姿態(tài)。
[0012]本實(shí)用新型涉及的測(cè)量探頭在使用時(shí)，將探頭尾部引出的漆包線與船只數(shù)據(jù)接收端連接，然后將測(cè)量探頭投放入水，入水后探頭開始依靠自身重力下落。下落過程中，固定于探頭尾筒上的尾翼使測(cè)量探頭產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中測(cè)量電路板實(shí)時(shí)獲取測(cè)量電極和羅盤線圈上產(chǎn)生的信號(hào)，獲得海流感生電場(chǎng)和地磁場(chǎng)方向信息，將得到的信息通過漆包線實(shí)時(shí)傳輸至水面接收端，計(jì)算得到海流流速和方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭外形圖；
[0014]圖2為投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭尾翼示意圖；
[0015]圖3為投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0016]附圖中標(biāo)記說明:
[0017]1、頭錐2、探頭筒 [0018]3、探頭尾筒 4、尾翼
[0019]5、葉片6、電池
[0020]7、測(cè)量電路板 8、羅盤線圈
[0021]9、線軸10、接地電極
[0022]11、漆包線 12、測(cè)量電極
[0023]13、過水管 14、環(huán)氧樹脂
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖就本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。圖1顯示本實(shí)用新型涉及的投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭外部結(jié)構(gòu)；圖2顯示投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭的尾翼部分的結(jié)構(gòu)；圖3顯示投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型所涉及的投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭的外部結(jié)構(gòu)主要包括頭錐1、探頭筒2、探頭尾筒3和尾翼4等四個(gè)部分。頭錐I為鉛鋅合金材料，主要用于增加投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭在水中的運(yùn)動(dòng)速度，其流線型外形使測(cè)量探頭在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持較好的姿態(tài)。探頭筒2內(nèi)是探頭工作的核心部位，包含測(cè)量電路和傳感器。探頭尾筒3外形為流線型，探頭尾筒3的后部留有出線孔，數(shù)據(jù)線可由此拖出。尾翼4使探頭沿軸線旋轉(zhuǎn)，即是測(cè)量的需要，又可產(chǎn)生陀螺效應(yīng)，使探頭體水中下降姿態(tài)進(jìn)一步保持穩(wěn)定。
[0026]如圖2所示，投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭的尾翼4有四個(gè)葉片5，每個(gè)葉片5與探頭體軸線夾角為45°。夾角越大，探頭旋轉(zhuǎn)速度越大，同時(shí)下降速度越低，可根據(jù)不同的測(cè)量需要對(duì)葉片5進(jìn)行重新加工，調(diào)整葉片角度。
[0027]如圖3所示，投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭內(nèi)部有一根過水管13，其軸線與探頭體軸線重疊，使水流可以從探頭頭錐I的開孔流入，減小迎水阻力。測(cè)量電路板7置于過水管13的兩側(cè)，對(duì)稱布放。電池6焊接在電路板7上，向測(cè)量電路板7供電.每個(gè)電路板7各有一組電池6，電池6置于電路板7的下部，防止探頭重心過高，影響運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。探頭筒2內(nèi)部灌注環(huán)氧樹脂14，既保證了探頭筒2的密封性，又提高了探頭筒2的機(jī)械強(qiáng)度，防止在大深度海洋條件下的受壓變形。使用一對(duì)電極12測(cè)量海流感生電場(chǎng)，電極12由銀-氯化銀(Ag-AgCl)粉末壓制而成。為感應(yīng)探頭旋轉(zhuǎn)和地磁南、北的方向，設(shè)計(jì)了一對(duì)羅盤線圈8，羅盤線圈8在探頭旋轉(zhuǎn)時(shí)與地磁場(chǎng)發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)峰值點(diǎn)和過零點(diǎn)的時(shí)刻就是探頭電極旋轉(zhuǎn)至地磁南、北方向的時(shí)間，感生電動(dòng)勢(shì)的頻率與旋轉(zhuǎn)頻率——對(duì)應(yīng)。羅盤線圈7的軸線與測(cè)量電極12的電極對(duì)的連線重合，在從羅盤線圈8的信號(hào)中判斷出地磁南、北的方向后，取同一時(shí)刻的電極信號(hào)值，就是測(cè)量到的海流感生電場(chǎng)南、北方向分量值。探頭后部裝有線軸9，其上纏繞足夠探頭下降的漆包線11，可將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚灤邮斩恕＝拥仉姌O10與電路板測(cè)量地相接，由于接地電極10與測(cè)量電極12采用同種材料制成，降低了由材料本身引起的測(cè)量數(shù)據(jù)漂移。測(cè)量電極12在工作時(shí)測(cè)量得到的電場(chǎng)壓降為微弱信號(hào)，本實(shí)用新型采用鎖相放大原理實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)壓降信號(hào)的放大，由于羅盤線圈8的信號(hào)與測(cè)量電極12的頻率一致，使用羅盤線圈8的信號(hào)作為鎖相放大的參考信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)鎖相放大。
【權(quán)利要求】
1.一種投棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，其特征在于:包括頭錐、探頭筒、探頭尾筒和尾翼，探頭筒為圓柱體，頭錐位于探頭筒的前部，探頭尾筒位于探頭筒的后部，頭錐和探頭尾筒為流線型結(jié)構(gòu)，尾翼設(shè)置在探頭尾筒的后部；探頭筒內(nèi)設(shè)置測(cè)量電路、電池和傳感器，傳感器包括一對(duì)測(cè)量電極和一對(duì)羅盤線圈，兩個(gè)測(cè)量電極的位置連線與探頭體軸線垂直相交，羅盤線圈軸線與電極對(duì)位置連線重合，傳感器的引線與測(cè)量電路板連接；測(cè)量探頭內(nèi)設(shè)置過水管，過水管軸線與探頭體軸線重疊，過水管沿探頭體軸線貫穿頭錐、探頭筒和探頭尾筒；探頭尾筒內(nèi)設(shè)置線軸，線軸上纏繞有漆包線，漆包線為數(shù)據(jù)傳輸線，一端與測(cè)量電路板連接，另一端與水面船只上的接收端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，其特征在于，所述尾翼為四片式結(jié)構(gòu)，內(nèi)有4個(gè)葉片，葉片與探頭體軸線夾角為45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，其特征在于，所述測(cè)量電路板在測(cè)量探頭內(nèi)過水管的兩側(cè)，對(duì)稱布放；所述電池焊接在電路板的下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，其特征在于所述測(cè)量電路板設(shè)置鎖相放大電路，測(cè)量電極和羅盤線圈分別連接鎖相放大電路，將測(cè)量電極測(cè)得的電場(chǎng)壓降信號(hào)鎖相放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的棄式電磁海流剖面測(cè)量探頭，其特征在于所述探頭筒內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂。
【文檔編號(hào)】G01P5/00GK203606382SQ201320830940
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】劉寧, 王海濤, 董濤, 武玉華 申請(qǐng)人:國家海洋技術(shù)中心