浮标式波浪动力海洋剖面观测仪的制作方法

本发明涉及一种浮标式波浪动力海洋剖面观测仪。

背景技术：

1、海洋对全球环境和气候变化影响巨大，研究深洋的演化规律是人类文明发展的关键。深洋研究的基础手段之一是对各不同深度的海域进行水文信息观测收集。现有的剖面观测仪在对预定深度剖面层进行检测工作时，主要由工作人员从工作船投放到海水中，待观测仪下沉到预定深度后，再通过电机驱动的方式拉回到工作船上，需要额外安装电源来为电机供能，在下沉或者拉升的过程中，剖面观测仪进行水文信息收集，在整个工作过程中，工作船需要停泊等待，只有测量完一处后，才可以行驶到下一处测量；可见现有的剖面观测仪存在着耗时、耗能的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种浮标式波浪动力海洋剖面观测仪，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

2、本发明提供一种浮标式波浪动力海洋剖面观测仪，其包括浮力装置、安装壳体、深度检测装置、传动线鼓、传动缆、传动机构、储能弹簧、第一线鼓、缆绳以及控制系统；其中，传动线鼓、传动缆、传动机构、储能弹簧、第一线鼓、缆绳以及控制系统均设置在安装壳体内，传动机构包括第一传动轴、第二传动轴和速度转换结构，第一传动轴与第二传动轴通过速度转换结构传动配合设置，速度转换结构包括第一传动路径和第二传动路径；传动缆盘绕在传动线鼓上，传动线鼓与第一传动轴联动设置，浮力装置设置在传动缆的自由端；第一线鼓与第二传动轴联动设置，缆绳收卷在第一线鼓上，深度检测装置设置在缆绳的自由端，第一传动轴与储能弹簧联动设置；当传动缆从传动线鼓释放时，传动线鼓驱动第一传动轴以第一绕转方向转动，第一传动轴驱动储能弹簧储能，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生回收卷动动作，以将缆绳回收，此时，速度转换结构处于第一传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第一传动比；当储能弹簧释放弹性势能驱动第一传动轴以第二绕转方向转动时，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生放线卷动动作，将缆绳释放；此时，速度转换结构处于第二传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第二传动比，且第一传动比大于第二传动比；第一绕转方向与第二绕转方向相反设置；深度检测装置与控制系统电控连接。

3、工作时，将水文信息收集装置安装在缆绳上,如图所示，工作船搭载本观测仪到达预定海域后，将本观测仪放入水中，水文信息收集装置、深度检测装置带着缆绳一同下沉到预定深度，浮力装置漂浮在海面，且在浮力装置的作用下，本发明的安装壳体内以及其内部的部件是处于悬浮在上层海域的；由于浮力装置处于漂浮状态，所以当海浪推动浮力装置上扬时，浮力装置也会向上拉动传动缆从传动线鼓上释放，传动线鼓驱动第一传动轴以第一绕转方向转动，第一传动轴驱动储能弹簧储能，此时速度转换结构处于第一传动路径，第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动，同时第二传动轴转动驱动第一线鼓收卷缆绳，以将水文信息收集装置和深度检测装置向上拉升d1距离，此外由于第一传动轴与储能弹簧联动设置，第一传动轴驱动储能弹簧储存弹力势能；然后当海浪下落时，浮力装置随之下落，传动缆失去拽动拉力，使得传动缆处于松弛状态，那么驱动第一传动轴沿第一绕转方向转动的外力就会消失，故储能弹簧释放弹力势能，此时速度转换结构处于第二传动路径，第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴以第二绕转方向转动，同时第二传动轴转动驱动第一线鼓释放缆绳，以将水文信息收集装置和深度检测装置向下释放d2距离，由于第一传动比大于第二传动比，水文信息收集装置和深度检测装置向上拉升d1距离大于下释放d2距离，即缆绳的回收长度大于缆绳的释放长度，如此多次循环，缆绳拉着水文信息收集装置和深度检测装置被缓缓地拉升，在拉升的过程中，水文信息收集装置收集所需的水文信息，深度检测装置也实时记录深度数值，控制系统将水文信息与深度数值实时一一对应记录，直至完成整个海洋剖面的测量。本发明被放入海水中后，测量工作过程中，无需值守，工作船可以立马行驶到下一海域进行下一次的测量工作，最后再返回打捞回收本装置，可多次重复使用，具有操作简便，节省船时的特点；同时由于本发明巧妙地利用波浪能通过储能弹簧的中间过渡转换成拉升水文信息收集装置和深度检测装置的动能，无需使用额外的辅助电池，具有节能环保的特点。

4、在一些实施方式中，还包括离合机构；离合机构设置在第一线鼓和第二传动轴之间，离合机构与控制系统电控连接，以使得控制系统能够控制第一线鼓和第二传动轴联动和脱离。

5、这样，初始时控制系统指令离合机构将第一线鼓和第二传动轴脱开，这样水文信息收集装置、深度检测装置带着缆绳不受约束地一同下沉到预定深度，当水文信息收集装置到达预设深度时，深度检测装置将数据反馈给控制系统，然后控制系统指令离合机构将第一线鼓和第二传动轴重新联动，即使得本发明可以将水文信息收集装置、深度检测装置逐步提升。此外，当完成一次海洋剖面的测量工作后，控制系统还可以根据预设要求，指令离合机构再次将第一线鼓和第二传动轴脱开，水文信息收集装置、深度检测装置可以带着缆绳再一次地自由下沉到预设深度，进而完成第二次海洋剖面的测量工作；从而使得本发明具备多次对同一位置海域进行测量的功能。

6、在一些实施方式中，速度转换结构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一单向轴承以及第二单向轴承；第一齿轮通过第一单向轴承设置在第一传动轴，第一单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向；第二齿轮与第一传动同轴转动设置；第三齿轮通过第二单向轴承设置在第二传动轴，第二单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向；第四齿轮与第二传动同轴转动设置；第一齿轮与第四齿轮啮合配对，第一齿轮的齿数与第四齿轮的齿数的比值为第一传动比；第三齿轮与第二齿轮啮合配对，第三齿轮的齿数与第二齿轮的齿数的比值为第二传动比。

7、这样，当传动线鼓驱动第一传动轴沿第一绕转方向转动时，由于第一单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向，那么第一齿轮与第一传动轴同轴转动，第一齿轮驱动第四齿轮，由于第四齿轮与第二转轴同轴转动设置，且第一齿轮的齿数与第四齿轮的齿数的比值为第一传动比，第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动(即第一传动路径)，在这个过程中虽然第二齿轮与第一传动轴同轴转动设置，但是由于第二单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向，且第一传动轴与第二传动轴的转动方向是相反的，当第二齿轮以第一绕转方向转动时，与第二齿轮啮合配对的第三齿轮是以第二绕转方向在第二传动轴上空转，不影响第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动，那么即实现了“第一传动轴以第一绕转方向转动时，速度转换结构处于第一传动路径，并驱动第二传动轴转动”。当储能弹簧释放弹力势能时，储能弹簧驱动第一传动轴以第二绕转方向回转，第二传动轴即以第一绕转方向转动，由于设置在第二传动轴上的第二单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向，那么第三齿轮与第二传动轴同轴转动，第二齿轮驱动第三齿轮，且第二齿轮的齿数与第三齿轮的齿数的比值为第二传动比，第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴转动(即第二传动路径)，在这个过程中虽然第四齿轮与第二转轴同轴转动设置，但是由于第一单向轴承的锁扣方向为第一绕转方向，此时的第一传动轴是以第二绕转方向回转的，与第四齿轮啮合配对的第一齿轮是在第一转轴上空转，不影响第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴转动，那么即实现了“传动线鼓驱动第一传动轴以第一绕转方向转动，第一传动轴驱动储能弹簧储能，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生回收卷动动作，以将缆绳回收，此时，速度转换结构处于第一传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第一传动比；当储能弹簧释放弹性势能驱动第一传动轴以第二绕转方向转动时，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生放线卷动动作，将缆绳释放；此时，速度转换结构处于第二传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第二传动比”。

8、在一些实施方式中，速度转换结构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一棘轮以及第二棘轮；第一齿轮通过第一棘轮设置在第一传动轴，第一棘轮的锁扣方向为第一绕转方向；第二齿轮与第一传动同轴转动设置；第三齿轮通过第二棘轮设置在第二传动轴，第二棘轮的锁扣方向为第一绕转方向；第四齿轮与第二传动同轴转动设置；第一齿轮与第四齿轮啮合配对，第一齿轮的齿数与第四齿轮的齿数的比值为第一传动比；第三齿轮与第二齿轮啮合配对，第三齿轮的齿数与第二齿轮的齿数的比值为第二传动比。

9、这样，当传动线鼓驱动第一传动轴沿第一绕转方向转动时，由于第一棘轮的锁扣方向为第一绕转方向，那么第一齿轮与第一传动轴同轴转动，第一齿轮驱动第四齿轮，由于第四齿轮与第二转轴同轴转动设置，且第一齿轮的齿数与第四齿轮的齿数的比值为第一传动比，第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动(即第一传动路径)，在这个过程中虽然第二齿轮与第一传动轴同轴转动设置，但是由于第二棘轮的锁扣方向为第一绕转方向，且第一传动轴与第二传动轴的转动方向是相反的，当第二齿轮以第一绕转方向转动时，与第二齿轮啮合配对的第三齿轮是以第二绕转方向在第二传动轴上空转，不影响第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动，那么即实现了“第一传动轴以第一绕转方向转动时，速度转换结构处于第一传动路径，并驱动第二传动轴转动”。当储能弹簧释放弹力势能时，储能弹簧驱动第一传动轴以第二绕转方向回转，第二传动轴即以第一绕转方向转动，由于设置在第二传动轴上的第二棘轮的锁扣方向为第一绕转方向，那么第三齿轮与第二传动轴同轴转动，第二齿轮驱动第三齿轮，且第二齿轮的齿数与第三齿轮的齿数的比值为第二传动比，第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴转动(即第二传动路径)，在这个过程中虽然第四齿轮与第二转轴同轴转动设置，但是由于第一棘轮的锁扣方向为第一绕转方向，此时的第一传动轴是以第二绕转方向回转的，与第四齿轮啮合配对的第一齿轮是在第一转轴上空转，不影响第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴转动，那么即实现了“传动线鼓驱动第一传动轴以第一绕转方向转动，第一传动轴驱动储能弹簧储能，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生回收卷动动作，以将缆绳回收，此时，速度转换结构处于第一传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第一传动比；当储能弹簧释放弹性势能驱动第一传动轴以第二绕转方向转动时，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生放线卷动动作，将缆绳释放；此时，速度转换结构处于第二传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第二传动比”。

10、在一些实施方式中，速度转换结构包括第一摩擦传动轮、第二摩擦传动轮、第一压力感应器、第二压力感应器以及电控拨叉；其中，第二摩擦传动轮设置为圆锥状，第二摩擦传动轮侧面为圆锥面，第二摩擦传动轮侧面的周径由大逐渐变小，第二摩擦传动轮同轴转动设置在第二传动轴；第一传动轴开设有轴向延伸的滑动键槽，第一摩擦传动轮上设有滑键，第一摩擦传动轮可滑动地套设在第一传动轴，滑键伸入到滑动键槽内；电控拨叉与第一摩擦传动轮联动设置，电控拨叉与控制系统电控连接；第一传动轴与第二摩擦传动轮侧面平行设置，且第一摩擦传动轮与第二摩擦传动轮侧面相抵接；第一压力感应器设置在深度检测装置朝向第一线鼓的端面，第二压力感应器设置在深度检测装置背向第一线鼓的端面，第一压力感应器和第二压力感应器均与控制系统电信号连接。

11、这样，初始时，控制系统指令电控拨叉推动第一摩擦传动轮移动到第一摩擦传动轮侧面的周径大于第二摩擦传动轮直径的位置上，该位置上第一摩擦传动轮的周径数值比上第二摩擦传动轮直径数值为第一传动比，当海浪推动本发明的浮力装置上扬，拉动传动缆时，朝向第一线鼓的端面上的第一压力感应器检测到向下水阻力，并传递给控制系统，控制系统指令电控拨叉保持初始状态，在浮力装置的拉拽下传动线鼓驱动第一传动轴沿第一绕转方向转动时，第一传动轴以第一传动比驱动第二传动轴转动(即第一传动路径)。当海浪下落时，本发明的浮力装置随之下落，安装在背向第一线鼓的端面的第二压力感应器检测到向上水阻力，并传递给控制系统，控制系统立马指令电控拨叉推动第一摩擦传动轮移动到第一摩擦传动轮侧面的周径小于第二摩擦传动轮直径的位置上，第一摩擦传动轮直径数值比上该位置上第二摩擦传动轮的周径数值为第二传动比，与此同时储能弹簧释放弹力势能，储能弹簧驱动第一传动轴回转，第一传动轴以第二传动比驱动第二传动轴转动(即第二传动路径)，那么即实现了“传动线鼓驱动第一传动轴以第一绕转方向转动，第一传动轴驱动储能弹簧储能，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生回收卷动动作，以将缆绳回收，此时，速度转换结构处于第一传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第一传动比；当储能弹簧释放弹性势能驱动第一传动轴以第二绕转方向转动时，第一传动轴驱动第二传动轴带着第一线鼓产生放线卷动动作，将缆绳释放；此时，速度转换结构处于第二传动路径，第一传动轴与第二传动轴的传动比为第二传动比”。

12、在一些实施方式中，还包括带轮传动结构和第三轴，第一线鼓枢转地设置在第三轴，第二传动轴通过带轮传动结构与第一线鼓联动设置，以能够驱动第一线鼓在第三轴转动。

13、这样，第二传动轴通过带轮传动结构与第一线鼓联动设置，即实现了第二传动轴与第一线鼓联动设置。

14、在一些实施方式中，离合机构包括第一离合片、第二离合片以及电控推动装置，第一离合片设置在第一线鼓，第二离合片设置在第三轴，电控推动装置的动作端与第二离合片连接，控制系统与电控推动装置电控连接，以使得控制系统能够电控电控推动装置驱动第二离合片与第一离合片离合动作。

15、这样，在需要将第二传动轴与第一线鼓脱离联动时，控制系统指令电控推动装置拉动第二离合片远离第一离合片，当需要将第二传动轴与第一线鼓重新结合联动时，控制系统指令电控推动装置拉动第二离合片与第一离合片重新贴合，以使得控制系统能够电控电控推动装置驱动第二离合片与第一离合片离合动作。

16、在一些实施方式中，还包括电池储能系统和发电结构，发电结构与电池储能系统电连接设置，电池储能系统设置成用于为控制系统供电设置；发电结构与第二传动轴联动设置，以在第二传动轴转动时，发电结构发电工作。

17、这样，浮力装置在波浪的驱动下，第二传动轴会转动，并驱动发电结构发电工作，在储能弹簧释放弹性储能时，第二传动轴会反转，并驱动发电结构发电工作，发电结构将所产生的电能存储在电池储能系统中，以用于支撑控制系统、水文信息收集装置、深度检测装置等电子设备工作，具有节能环保的特点。

18、在一些实施方式中，还包括水文信息测量模块，水文信息测量模块设置在缆绳的自由端，且水文信息测量模块与控制系统电控连接。