專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)波測(cè)量，是一種裝有衛(wèi)星通訊終端的錨系水 中可升降漂浮平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海洋內(nèi)波數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并能實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬?nèi)波測(cè)量裝 置。
背景技術(shù)：
內(nèi)波是一種重要的海水運(yùn)動(dòng)，是轉(zhuǎn)移大中尺度運(yùn)動(dòng)能量的重要環(huán)節(jié)，也 是引起海水混合、形成細(xì)微結(jié)構(gòu)的重要原因。海洋內(nèi)波的產(chǎn)生對(duì)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展以及軍事方面都有極大影響。對(duì)海洋內(nèi)波的測(cè)量和預(yù)報(bào)具有非常重要 的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用意義。
由于海洋內(nèi)波隨時(shí)間和空間而隨機(jī)地變化,并且頻率范圍很寬,故需要在 較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)快速密集地取樣。目前海洋內(nèi)波的測(cè)量方法有很多，較常見(jiàn)常 規(guī)方法是采用水面浮標(biāo)或水中浮標(biāo)，并在一個(gè)垂直剖面上布置很多溫鹽傳感
器，形成溫鹽鏈， 一般每10m布置一個(gè)。其問(wèn)題是①數(shù)據(jù)一般是自容式，在 測(cè)量期間所到的原始數(shù)據(jù)和信息貯存在測(cè)量設(shè)備中，測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性、時(shí) 效性不強(qiáng)， 一旦浮標(biāo)丟失或回收失敗，就將一無(wú)所獲，給海洋科研造成了較
大的困難和不便；②該系統(tǒng)容易受天氣或人為破壞，且一旦丟失后，損失很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是設(shè)計(jì)了一種海洋內(nèi)波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，利用水中可升降平臺(tái) 將影響海洋內(nèi)波的各種環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)(溫度、鹽度、深度、湍流等)在一個(gè) 垂直剖面上連續(xù)實(shí)時(shí)采集記錄并可實(shí)時(shí)(或定期)通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩?，?高了數(shù)據(jù)的時(shí)效性，增強(qiáng)了內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用服務(wù)能力。
本發(fā)明包括
內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)由漂浮平臺(tái)、系留平臺(tái)、系留及錨泊系統(tǒng)、船載及岸基 系統(tǒng)。
漂浮平臺(tái)包括衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，由漂浮平臺(tái)殼體、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、CTD、電池組、剪切探頭、保險(xiǎn)器組成。漂浮平臺(tái)殼體頭 部為透聲的玻璃鋼，剪切探頭安裝于漂浮平臺(tái)殼體的頭部，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)安裝在殼體中間，電池組安裝于漂浮平臺(tái)殼體的底部，CTD安裝在漂 浮平臺(tái)殼體的外部，通過(guò)水密電纜傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中。
系留平臺(tái)包括系留平臺(tái)殼體、保險(xiǎn)器、控制中心、傳輸電纜收放絡(luò)車(chē)、 主電源、三叉系留索組成。控制中心安裝在系留平臺(tái)殼體的頭部，主電源安 裝在系留平臺(tái)殼體的中間，控制中心、主電源通過(guò)傳輸電纜控制收放絡(luò)車(chē)的 運(yùn)動(dòng)；三叉系留索連接在系留平臺(tái)殼體下方的專(zhuān)用系耳上
系留及錨泊系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)接頭、系留索、商用系列的聲答釋放器、錨以 及許多標(biāo)準(zhǔn)的連接卸扣等組成。
船載及岸基系統(tǒng)包括布放打撈輔助設(shè)施、聲應(yīng)答釋放設(shè)備、衛(wèi)星岸站等 組成以及衛(wèi)星系統(tǒng)、岸站傳輸控制軟件系統(tǒng)及運(yùn)行平臺(tái)等。
漂浮平臺(tái)上安裝有衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)可通 過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩?，?nèi)波測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)商用的CTD和剪切探頭。
收放絡(luò)車(chē)包括收放機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)索筒、直流力矩電機(jī)、減速器、止動(dòng)器、離 合器、密封殼體、計(jì)數(shù)器等組成；由收放絡(luò)車(chē)實(shí)現(xiàn)漂浮平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，漂 浮平臺(tái)下降時(shí)采用電機(jī)正轉(zhuǎn)收索；漂浮平臺(tái)上浮時(shí)一般采用打開(kāi)離合器后利 用正浮力作用下快速上浮，節(jié)約能源，當(dāng)然也可以采用電機(jī)反轉(zhuǎn)放索。
衛(wèi)星通訊系統(tǒng)主要由衛(wèi)星傳輸控制中心電路、衛(wèi)星終端、衛(wèi)星傳輸電纜、 傳控通訊電纜組成。
控制中心主要有單片機(jī)系統(tǒng)、A/D采集電路、1/0接口電路、絡(luò)車(chē)控制模 塊、離合器控制電路、止動(dòng)器控制電路、上電電路、隔離電路、通訊接口、 穩(wěn)壓模塊、深度傳感器、電池組等部分組成。
系留平臺(tái)殼體采用水平系留方式，由三叉系留索系留于3節(jié)海流以下的 海域時(shí)能保持水平姿態(tài)。
漂浮平臺(tái)具有流線型低阻線型，球頭部分具有良好的電磁波穿透性，不 影響通信衛(wèi)星工作。
系留索采用包塑鋼纜或等強(qiáng)度的Kevlar繩，其長(zhǎng)度滿足最大400米的布 放要求。聲答釋放器采用定時(shí)回收裝置代替。若增加系留索的長(zhǎng)度，則可滿 足更深水域布放的要求。
本發(fā)明的工作過(guò)程是
布放前先測(cè)水深，根據(jù)水深確定系留索長(zhǎng)度，系統(tǒng)采用水面整體吊布，入
5水雷錨先后拉直系留平臺(tái)和漂浮平臺(tái)，系留平臺(tái)和漂浮平臺(tái)之間預(yù)先留出10m 的索。到達(dá)設(shè)定的水深后，系統(tǒng)上電工作，開(kāi)始自檢，自檢通過(guò)進(jìn)入工作流程， 在一定時(shí)間后，采樣平臺(tái)深度并記錄，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始上電工作，15min到控 制中心控制離合器打開(kāi)，漂浮平臺(tái)在正浮力作用下快速上浮，同時(shí)內(nèi)波測(cè)量系 統(tǒng)(CTD等)將記錄下的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器， 同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包，平臺(tái)到水面后，控制中心給離合器斷電并根據(jù)設(shè)定將數(shù) 據(jù)傳輸給岸站數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，從而完成測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
在水面工作15min后，控制中心控制止動(dòng)器打開(kāi)，同時(shí)給電機(jī)上電，收 放絡(luò)車(chē)以一定的速度收索，漂浮平臺(tái)下沉，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)將記錄下的數(shù)據(jù)傳 輸給控制中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器，同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包。最大 到達(dá)初始布放水深時(shí)，給止動(dòng)器和電機(jī)斷電，平臺(tái)穩(wěn)定停留一段時(shí)間后，進(jìn) 入下一個(gè)測(cè)試流程。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供一種海洋內(nèi)波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量平臺(tái)，利用水中 可升降平臺(tái)將影響海洋內(nèi)波的各種環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)(溫度、鹽度、深度和湍流) 在一個(gè)垂直剖面上連續(xù)實(shí)時(shí)采集記錄并定期(或?qū)崟r(shí))通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩荆?提高了海洋數(shù)據(jù)的時(shí)效性，增強(qiáng)了內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)在復(fù)雜海洋環(huán)境中的應(yīng)用服 務(wù)能力。并且該系統(tǒng)的成本與傳統(tǒng)方法相比，價(jià)格低，重復(fù)使用性好。內(nèi)波 測(cè)量裝置在海洋科學(xué)研究、海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事海洋等方面都有強(qiáng)烈的市場(chǎng) 需求，應(yīng)用前景廣闊。


圖l一內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)組成原理框圖； 圖2—本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖3—本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置示意圖(該實(shí)例在400米海域的使用示意圖)； 圖中i一漂浮平臺(tái) 2—衛(wèi)星通訊系統(tǒng)3—控制系統(tǒng)4~CTD 5—電 池組6—剪切探頭7—保險(xiǎn)器8—漂浮平臺(tái)殼體9一系留平臺(tái)IO—系 留平臺(tái)殼體ll一保險(xiǎn)器12—控制中心13—傳輸電纜14一收放絡(luò)車(chē) 15—主電源16—三叉系留索17—系留及錨泊系統(tǒng)18—旋轉(zhuǎn)接頭19一 系留索20—商用系列的聲答釋放器21—錨。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例
本發(fā)明是由漂浮平臺(tái)K系留平臺(tái)9、系留及錨泊系統(tǒng)17、船載及岸基系 統(tǒng)組成。見(jiàn)圖3。
漂浮平臺(tái)l包括衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，由漂浮平臺(tái)殼體8、衛(wèi)星 通訊系統(tǒng)2、控制系統(tǒng)3、 CTD4、電池組5、剪切探頭6、保險(xiǎn)器7組成；漂 浮平臺(tái)殼體8頭部為透聲的玻璃鋼，剪切探頭6安裝于漂浮平臺(tái)殼體8的頭 部，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)2和控制系統(tǒng)3安裝在殼體中間，電池組5安裝于漂浮平 臺(tái)殼體1的底部，CTD4安裝在漂浮平臺(tái)殼體8的外部，通過(guò)水密電纜傳輸?shù)?控制系統(tǒng)中。
系留平臺(tái)9包括系留平臺(tái)殼體10、保險(xiǎn)器11、控制中心12、傳輸電纜 13、收放絡(luò)車(chē)14、主電源15、三叉系留索16組成?？刂浦行?2安裝在系留 平臺(tái)殼體10的頭部，主電源15安裝在系留平臺(tái)殼體10的中間，控制中心12、 主電源15通過(guò)傳輸電纜13控制收放絡(luò)車(chē)14的運(yùn)動(dòng)；三叉系留索16連接在 系留平臺(tái)殼體10下方的專(zhuān)用系耳上。
系留及錨泊系統(tǒng)17包括旋轉(zhuǎn)接頭18、系留索19、商用系列的聲答釋 放器20、錨21以及許多標(biāo)準(zhǔn)的連接卸扣等組成。 其系統(tǒng)工作過(guò)程是-
布放前先測(cè)水深，根據(jù)水深確定系留索長(zhǎng)度，系統(tǒng)采用水面整體吊布，入 水雷錨先后拉直系留平臺(tái)和漂浮平臺(tái)，系留平臺(tái)和漂浮平臺(tái)之間預(yù)先留出10m 的索。到達(dá)設(shè)定的水深后，系統(tǒng)上電工作，開(kāi)始自檢，自檢通過(guò)進(jìn)入工作流程， 在一定時(shí)間后，采樣平臺(tái)深度并記錄，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始上電工作，15min到控 制中心控制離合器打開(kāi)，漂浮平臺(tái)在正浮力作用下快速上浮，同時(shí)內(nèi)波測(cè)量系 統(tǒng)(CTD等)將記錄下的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器， 同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包，平臺(tái)到水面后，控制中心給離合器斷電并根據(jù)設(shè)定將數(shù) 據(jù)傳輸給岸站數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，從而完成測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
在水面工作15min后，控制中心控制止動(dòng)器打開(kāi)，同時(shí)給電機(jī)上電，收放 絡(luò)車(chē)以一定的速度收索，漂浮平臺(tái)下沉，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)將記錄下的數(shù)據(jù)傳輸給 控制中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器，同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包。最大到達(dá)初 始布放水深時(shí)，給止動(dòng)器和電機(jī)斷電，平臺(tái)穩(wěn)定停留一段時(shí)間后，進(jìn)入下一個(gè)
系統(tǒng)工作完成后或中間有故障時(shí)岸站收不到衛(wèi)星信號(hào)，可利用水聲信號(hào)打 開(kāi)聲應(yīng)答釋放器，使漂浮平臺(tái)和系留平臺(tái)上浮，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)隨時(shí)回收要求。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，它是由漂浮平臺(tái)(1)、系留平臺(tái)(9)、系留及錨泊系統(tǒng)(17)、船載及岸基系統(tǒng)組成；其特征在于漂浮平臺(tái)(1)包括衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，由漂浮平臺(tái)殼體(8)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)(2)、控制系統(tǒng)(3)、CTD(4)、電池組(5)、剪切探頭(6)、保險(xiǎn)器(7)組成；漂浮平臺(tái)殼體(8)頭部為透聲的玻璃鋼，剪切探頭(6)安裝于漂浮平臺(tái)殼體(8)的頭部，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)(2)和控制系統(tǒng)(3)安裝在殼體中間，電池組(5)安裝于漂浮平臺(tái)殼體(1)的底部，CTD(4)安裝在漂浮平臺(tái)殼體(8)的外部，通過(guò)水密電纜傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中；系留平臺(tái)(9)包括系留平臺(tái)殼體(10)、保險(xiǎn)器(11)、控制中心(12)、傳輸電纜(13)、收放絡(luò)車(chē)(14)、主電源(15)、三叉系留索(16)組成；控制中心(12)安裝在系留平臺(tái)殼體(10)的頭部，主電源(15)安裝在系留平臺(tái)殼體(10)的中間，控制中心(12)、主電源(15)通過(guò)傳輸電纜(13)控制收放絡(luò)車(chē)(14)的運(yùn)動(dòng)；三叉系留索(16)連接在系留平臺(tái)殼體(10)下方的專(zhuān)用系耳上；系留及錨泊系統(tǒng)(17)包括旋轉(zhuǎn)接頭(18)、系留索(19)、商用系列的聲答釋放器(20)、錨(21)以及許多標(biāo)準(zhǔn)的連接卸扣；船載及岸基系統(tǒng)包括布放打撈輔助設(shè)施、聲應(yīng)答釋放設(shè)備、衛(wèi)星岸站等組成以及衛(wèi)星系統(tǒng)、岸站傳輸控制軟件系統(tǒng)及運(yùn)行平臺(tái)；漂浮平臺(tái)上安裝有衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)可通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩?，?nèi)波測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)商用的CTD和剪切探頭；收放絡(luò)車(chē)包括收放機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)索筒、直流力矩電機(jī)、減速器、止動(dòng)器、離合器、密封殼體、計(jì)數(shù)器等組成；由收放絡(luò)車(chē)實(shí)現(xiàn)漂浮平臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)，漂浮平臺(tái)下降時(shí)采用電機(jī)正轉(zhuǎn)收索；漂浮平臺(tái)上浮時(shí)采用打開(kāi)離合器后利用正浮力作用下快速上浮，或采用電機(jī)反轉(zhuǎn)放索；衛(wèi)星通訊系統(tǒng)(2)主要由衛(wèi)星傳輸控制中心模塊、衛(wèi)星終端、衛(wèi)星傳輸電纜、傳控通訊電纜組成；控制中心(12)主要有單片機(jī)系統(tǒng)、A/D采集模塊、I/O接口模塊、絡(luò)車(chē)控制模塊、離合器控制模塊、止動(dòng)器控制模塊、上電模塊、隔離模塊、通訊接口、穩(wěn)壓模塊、深度傳感器、電池組組成。
2. —種內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)的工作方式，其特征在于是布放前先測(cè)水深，根據(jù) 水深確定系留索長(zhǎng)度，系統(tǒng)采用水面整體吊布，入水雷錨先后拉直系留平臺(tái)和漂 浮平臺(tái)，系留平臺(tái)和漂浮平臺(tái)之間預(yù)先留出設(shè)定米數(shù)的索；到達(dá)設(shè)定的水深后， 系統(tǒng)上電工作，開(kāi)始自檢，自檢通過(guò)進(jìn)入工作流程，在一定時(shí)間后，采樣平臺(tái)深 度并記錄，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始上電工作，規(guī)定時(shí)間內(nèi)到控制中心控制離合器打開(kāi)， 漂浮平臺(tái)在正浮力作用下快速上浮，同時(shí)內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)將記錄下的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器，同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包，平臺(tái)到水面后， 控制中心給離合器斷電并根據(jù)設(shè)定將數(shù)據(jù)傳輸給岸站數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，從而完成測(cè) 量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；在水面工作指定時(shí)間后，控制中心控制止動(dòng)器打開(kāi)，同時(shí)給電機(jī)上電，收放 絡(luò)車(chē)以設(shè)定速度收索，漂浮平臺(tái)下沉，內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)將記錄下的數(shù)據(jù)傳輸給控制 中心，儲(chǔ)存于大容量數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器，同時(shí)按時(shí)序進(jìn)行打包；最大到達(dá)初始布放 水深時(shí)，給止動(dòng)器和電機(jī)斷電，平臺(tái)穩(wěn)定停留一段時(shí)間后，進(jìn)入下一個(gè)測(cè)試流程。
3. —種內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)的工作方式，其特征在于是系留索(19)采用包塑 鋼纜或等強(qiáng)度的Kevlar繩；聲答釋放器(20)釆用定時(shí)回收裝置代替。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)，是一種裝有衛(wèi)星通訊終端的錨系水中可升降漂浮平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海洋內(nèi)波數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并能實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬?nèi)波測(cè)量裝置系統(tǒng)。本發(fā)明包括搭載控制中心、可收放絡(luò)車(chē)的系留平臺(tái)；裝載了衛(wèi)星通訊和內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)的漂浮平臺(tái)。利用水中可升降平臺(tái)將影響海洋內(nèi)波的各種環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)(溫度、鹽度、深度、湍流等)在一個(gè)垂直剖面上連續(xù)實(shí)時(shí)采集記錄并可實(shí)時(shí)(或定期)通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)桨墩?，提高了?shù)據(jù)的時(shí)效性，增強(qiáng)了內(nèi)波測(cè)量系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用服務(wù)能力。
文檔編號(hào)G08C19/00GK101441077SQ200710187340
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者翀 任, 劉延平, 旌 吳, 張?jiān)坪? 徐良波, 聶曉敏, 舒旭光, 郭文生, 陳建軍 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所