基于浮标平台的水下自升降剖面观测系统

本技术属于海洋环境监测设备，具体地说，是涉及一种用于检测海水剖面参数的观测系统。

背景技术：

1、浮标平台是锚碇在海洋中长期连续进行海洋水文、水质、气象观测的平台，是目前应用最广泛、最重要的海洋环境监测平台。而对水下剖面参数进行观测是海洋环境监测任务中最重要的内容之一。

2、现阶段，基于浮标平台的水下剖面参数观测方式主要包括以下三种：

3、传感器链方式，其是将一系列传感器按照测量深度分别垂向固定到水下缆绳上，以检测传感器所在深度的剖面数据。这种测量剖面参数的方式需要搭载大量的传感器，继而增加了浮标平台布放和回收的难度，且不能完整测量所有剖面的参数。

4、绞车测量方式，其是在浮标平台内安装钢丝绳绞车，将传感器安装在钢丝绳的末端，工作时绞车驱动钢丝绳做垂直上下运动，这样传感器就可以测量海水不同深度的剖面参数。这种测量方式的缺陷是绞车的重量和功耗都很大，增加了浮标平台的负担。

5、油馕拖曳方式，其是目前使用最多的自沉浮式剖面观测设备，这种方式的自沉浮系统采用类似argo浮标（阿尔戈浮标）的方式，即，使用油馕或气囊改变自身体积进而改变水中浮力来实现上浮、下潜，同时使用缆绳将剖面观测设备固定于海上平台。利用油馕或气囊改变自身体积实现升降的方式，需要复杂的油路或气路系统，因此会增加设备的体积和功耗，且工作寿命和工作水深都会受到限制。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种基于浮标平台的水下自升降剖面观测系统，以解决现有观测方式浮标平台布设困难、设备功耗大的问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于浮标平台的水下自升降剖面观测系统，包括浮标平台、耦合传输缆、升降机构、水下剖面观测装置和锚；其中，所述浮标平台用于提供浮力；所述耦合传输缆的一端连接所述浮标平台，另一端连接配重块，利用所述配重块使所述耦合传输缆在水下保持竖直状态；所述升降机构安装在所述耦合传输缆上；所述水下剖面观测装置安装在所述升降机构上，利用所述升降机构驱动其沿所述耦合传输缆上下移动；所述水下剖面观测装置的体积和重量根据待测水体的密度进行配置，使所述水下剖面观测装置在水体中所受的浮力等于其自身重力；所述锚通过缆绳和/或锚链连接所述配重块，用于锚定所述浮标平台在水体中的漂浮位置。

4、在本技术的一些实施例中，为了使岸站的观测人员能够实时地观测到待测水域的剖面数据，可以在水下自升降剖面观测系统中设置卫星通讯设备，优选安装在浮标平台的顶面，可以配置卫星通讯设备通过耦合传输缆连接水下剖面观测装置，接收所述水下剖面观测装置采集到的剖面数据，并无线发送至岸站，实现远程通信。

5、在本技术的一些实施例中，可以在所述水下剖面观测装置上进一步设置耦合传输模块，以接收水下剖面观测装置采集到的剖面数据，并进行数据协议转换后，通过所述耦合传输缆，上传至所述卫星通讯设备，以满足卫星通讯设备的数据接收要求。

6、在本技术的一些实施例中，可以在所述升降机构中设置驱动电机、驱动轮总成和从动轮总成；其中，所述驱动电机可以封装于水下剖面观测装置中，以避免其遇水损坏；所述驱动轮总成可以安装在水下剖面观测装置的外侧，其驱动轮可以通过磁力联轴器连接所述驱动电机；所述从动轮总成可以安装在所述水下剖面观测装置的外侧，包括两套，分置于所述驱动轮总成的上方和下方，每一套从动轮总成中可以配置一个从动轮；为了实现驱动轮对从动轮的转动驱动，可以配置耦合传输缆呈s型曲线依次从位于上方的从动轮、驱动轮、位于下方的从动轮穿过；在所述驱动电机驱动所述驱动轮旋转时，所述驱动轮带动所述水下剖面观测装置沿所述耦合传输缆向上或向下移动，两个从动轮沿所述耦合线缆向上或向下滚动。

7、在本技术的一些实施例中，为了保证打滑，可以在所述驱动轮、两个从动轮和耦合线缆的外层涂覆聚氨酯类涂层，以增加表面摩擦力和耐磨性。

8、在本技术的一些实施例中，为了限制水下剖面观测装置的移动区间，还可以在所述水下自升降剖面观测系统中设置主控制器、上限位器和下限位器；其中，所述主控制器可以安装在所述浮标平台中，通过所述耦合传输缆与所述水下剖面观测装置通信；所述上限位器可以安装在所述浮标平台的底部，在检测到所述水下剖面观测装置上移到限定位置时，发送限位信号至所述主控制器，通过主控制器生成换向信号发送至所述水下剖面观测装置，以调整所述驱动电机的转动方向，带动所述水下剖面观测装置下移；所述下限位器可以安装在所述耦合传输缆的下端，在检测到所述水下剖面观测装置下移到限定位置时，发送限位信号至所述主控制器，通过主控制器生成换向信号发送至所述水下剖面观测装置，以调整所述驱动电机的转动方向，进而带动所述水下剖面观测装置上移。

9、在本技术的一些实施例中，可以在所述从动轮总成中设置从动轮支架、安装板和弹簧；其中，所述从动轮支架通过轴承与所述从动轮活动装配；所述安装板安装在所述水下剖面观测装置上，包括内板、外板和连接板，将所述内板和外板平行布设，将所述连接板安装在所述内板与外板之间，在所述内板与外板正对的一侧分别开设导槽，配置所述从动轮支架位于所述内板与外板之间且与所述导槽滑动装配；所述弹簧安装在所述从动轮支架与所述连接板之间，用于驱动所述从动轮支架沿所述导槽移动，以通过所述从动轮张紧耦合传输缆，保证从动轮与耦合传输缆紧密配合，实现有效驱动。

10、在本技术的一些实施例中，可以在所述驱动轮总成中设置安装板和驱动轴；其中，所述安装板可以安装在磁力联轴器的外部安装套上，包括内板和外板；所述内板和外板优选平行布设，通过支撑杆组装；所述驱动轴通过轴承与所述内板和外板转动装配，并穿过所述内板与磁力联轴器的外转子轴接；所述驱动轮套装在所述驱动轴上，且通过平键与所述驱动轴固定。

11、在本技术的一些实施例中，可以在所述水下剖面观测装置中设置密封舱、传感器和防护罩；其中，所述密封舱用于封装水下剖面观测装置中的电气部件，为电气部件提供干燥的工作环境；所述传感器可以安装在所述密封舱上且外露密封舱，以用于采集水下剖面参数；所述防护罩可以安装在所述密封舱上且罩扣于所述传感器，以起到保护传感器的作用。同时，可以在所述防护罩上开设多个通孔，以使传感器可以与待测水体直接接触，保证传感器对水体剖面参数检测的准确度。

12、在本技术的一些实施例中，可以将所述从动轮总成安装于所述密封舱上；将所述驱动电机封装于所述密封舱中；将所述磁力联轴器的内转子封装于所述密封舱中，与所述驱动电机配合；配置所述磁力联轴器的外转子位于所述密封舱的外部，以与所述驱动轮配合。

13、与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果主要体现在：

14、1、本实用新型设计升降机构驱动水下剖面观测装置沿耦合传输缆移动，通过在耦合传输缆的末端安装配重块，使耦合传输缆在水中保持竖直状态，由此便可保证水下剖面观测装置能够在水下竖直升降，以准确获取水下不同深度的剖面参数。由于无需配置多个传感器，因此结构简单，方便浮标平台在海域的布放和回收。

15、2、本实用新型的耦合传输缆既可为水下剖面观测装置提供垂直升降的行走路径，又可作为剖面测量数据的传输通道，同时也是浮标锚系的组成部分，一缆多用，简化了系统的结构设计，降低了硬件成本。

16、3、本实用新型通过精确计算，合理配置水下剖面观测装置的体积和重量，使其在水下所受的浮力等于其自身重力，由此可以使水下剖面观测装置在不受外力的情况下保持悬浮状态，此时只需较小的驱动力即可带动水下剖面观测装置上下移动，继而大幅地降低了驱动功耗，只需选择功率较小的驱动电机即可完成对水下剖面观测装置地有效驱动。采用这种结构设计可以大幅减轻浮标平台的负担，且系统功耗低，能够有效延长水下剖面观测装置在水下连续工作的时间。

17、结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。