一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀。它解決了海洋湍動(dòng)能耗散率長期連續(xù)剖面觀測的問題。本發(fā)明包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架，兩個(gè)剖面儀子單元一左一右固定在中央立架上，第一剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第一浮力驅(qū)動(dòng)部與第一觀測部，第二剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第二浮力驅(qū)動(dòng)部與第二觀測部，第一浮力驅(qū)動(dòng)部、第二浮力驅(qū)動(dòng)部均從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，第一觀測部、第二觀測部均電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥。本發(fā)明能持續(xù)檢測出海域剖面的湍動(dòng)能耗散率。
【專利說明】一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋探測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種能夠進(jìn)行全方位海洋探測的儀器，特別是一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對海洋的認(rèn)知和探索最早可以追溯到公元前3世紀(jì)，之后相繼經(jīng)歷了純商貿(mào)、探險(xiǎn)航行，融合科學(xué)意味的航行，和基于現(xiàn)代科技的純科學(xué)考察三個(gè)過程。海洋學(xué)是一門以觀測為基礎(chǔ)的科學(xué)，海洋認(rèn)識的每一次飛躍無不是建立在新的觀測方式和測量儀器的問世基礎(chǔ)上?；仡櫤Ｑ笥^測史，聲學(xué)多普勒海流計(jì)的問世使得人們掌握了全球大尺度的環(huán)流結(jié)構(gòu)，溫鹽深剖面儀的出現(xiàn)使得人們清楚了整個(gè)海洋大尺度的水團(tuán)形成及轉(zhuǎn)換，各種衛(wèi)星高度計(jì)的發(fā)射升空使得人們對海洋中的中小尺度過程，如中尺度渦、內(nèi)波等在空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間演變等方面有了初步的認(rèn)識。
[0003]海洋學(xué)的研究在大尺度及中尺度過程方面已經(jīng)取得較大進(jìn)展，而在微尺度方面的科學(xué)研究才剛剛開始。近年來，高頻采樣的剪切、溫度、電導(dǎo)率探頭相繼研制成功，使得針對海洋微尺度的研究拉開帷幕。目前，海洋微結(jié)構(gòu)的測量方式主要有兩種:錨系定點(diǎn)測量和船載垂向剖面測量。錨系定點(diǎn)測量只能對海洋某一固定位置特定深度處進(jìn)行測量，可以獲得較好的時(shí)間序列觀測，無法獲得海洋微結(jié)構(gòu)的垂向結(jié)構(gòu)特征。船載垂向剖面測量依靠調(diào)查船完成由海表至某一深度處的海洋微結(jié)構(gòu)測量，但無法獲得海洋微結(jié)構(gòu)的時(shí)間變異特征，且受海況及現(xiàn)場操作復(fù)雜等不利因素限制。對于海洋微結(jié)構(gòu)的研究，時(shí)間變異和空間結(jié)構(gòu)是刻畫其特點(diǎn)的重要參量，基于此，發(fā)展同時(shí)獲得垂向空間結(jié)構(gòu)及時(shí)間變化的海洋微結(jié)構(gòu)觀測儀器亟待解決。
[0004]對于海洋微結(jié)構(gòu)的描述或者研究，湍動(dòng)能耗散率是一個(gè)重要的物理量，它表征湍流能量耗散強(qiáng)度。因此，對于它的直接、準(zhǔn)確的測量對于研究湍流能量的傳遞及耗散具有重要意義。近些年，利用高頻采樣的剪切探頭已經(jīng)能夠較準(zhǔn)確地測量湍動(dòng)能耗散率，但是它的應(yīng)用或者是基于錨系定點(diǎn)測量，或者是船載垂向剖面測量，一直未能實(shí)現(xiàn)兩者的融合。可見，為了突破海洋微結(jié)構(gòu)觀測的此類瓶頸，創(chuàng)新觀測方式及平臺，實(shí)現(xiàn)高頻采樣的剪切探頭在兩個(gè)平臺的有機(jī)融合，意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種在海域內(nèi)固定縱穿鋼纜，且采用對稱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還通過剪切探頭的直接檢測，達(dá)到湍動(dòng)能耗散率的長期連續(xù)剖面觀測的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀。
[0006]本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架，兩個(gè)剖面儀子單元一左一右固定在中央立架上，在中央立架的中軸線上設(shè)置有用以供鋼纜與中央立架連接的鋼纜穿經(jīng)孔，鋼纜通過鋼纜穿經(jīng)孔縱向貫穿于中央立架，中央立架能沿鋼纜上、下滑移，在鋼纜上設(shè)置有用于限制中央立架滑移距離的上限位部與下限位部，第一剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第一浮力驅(qū)動(dòng)部與第一觀測部，第一浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，第一觀測部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥；第二剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第二浮力驅(qū)動(dòng)部與第二觀測部，第二浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，第二觀測部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥。
[0007]本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，可使鋼纜縱穿于任意海域中，且整體剖面儀沿鋼纜在水深800m-2500m的范圍內(nèi)作升降移動(dòng)。通過控制系統(tǒng)控制第一剖面儀子單元及第二剖面儀子單元的下方油囊向上方油囊內(nèi)輸入油量，以使上方油囊的體積增大，從而減小浮漂艙內(nèi)的密度，驅(qū)使剖面儀沿鋼纜滑動(dòng)上升；當(dāng)控制上方油囊向下方油囊中回流油量時(shí)，致使上方油囊的體積變小，從而增大浮漂艙的密度，導(dǎo)致剖面儀沿鋼纜滑動(dòng)下降。在往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的上升下降過程中實(shí)現(xiàn)海洋溫度、鹽度、壓力及剖面湍流量等海洋微結(jié)構(gòu)的連續(xù)剖面測量。
[0008]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述第一觀測部包括位于第一剖面儀子單元底部的溫度探頭、剪切探頭和深度探頭，所述第二觀測部包括位于第二剖面儀子單元底部的溫鹽深儀、海流計(jì)和姿態(tài)傳感器，所述剪切探頭用于測量海流的脈動(dòng)流速以得出湍動(dòng)能耗散率。
[0009]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述控制器內(nèi)設(shè)置主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，所述主控制模塊具有若干個(gè)信息接收端口，所述溫度探頭具有普通溫度檢測模塊與快速溫度檢測模塊，所述普通溫度檢測模塊中包括相串接的普通溫度傳感器、測溫電橋及前置放大器，所述快速溫度檢測模塊中包括相串接的快速溫度傳感器、線性放大器、頻率補(bǔ)償器，由頻率補(bǔ)償器分支連接預(yù)加重電路或自適應(yīng)耦合線性放大器，所述剪切探頭具有剪切檢測模塊，所述剪切檢測模塊中包括相串接的剪切傳感器、高通濾波前置放大器、低通濾波放大器，所述深度探頭具有壓力檢測模塊，所述壓力檢測模塊中包括相串接的深度傳感器及信號調(diào)理器，所述普通溫度檢測模塊、快速溫度檢測模塊、剪切檢測模塊及壓力檢測模塊均通過數(shù)據(jù)采集模塊連接主控制模塊的信息接收端口。
[0010]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述海流計(jì)具有海流感測模塊，所述溫鹽深儀具有溫鹽感測模塊，所述姿態(tài)傳感器具有姿態(tài)傳感模塊，所述海流感測模塊、溫鹽感測模塊及姿態(tài)傳感模塊分別連接主控制模塊的信息接收端口。
[0011]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述控制器內(nèi)還設(shè)置浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)及電源模塊，所述主控制模塊與時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)、浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊均形成相互通信聯(lián)系，所述主控制模塊還連接電源模塊，所述電源模塊連接有電池。
[0012]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述驅(qū)動(dòng)泵組件包括電機(jī)與高壓泵，所述高壓泵串接在出油管路上，所述電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)連接高壓泵，所述控制器電控連接電機(jī)。啟動(dòng)電機(jī)并經(jīng)過減速器對高壓泵提供動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)從下方油囊到上方油囊的泵油泵出。
[0013]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述電磁閥具有兩條相并聯(lián)的通路，一條通路上設(shè)置單向閥門，另一條通路上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥門。單向閥門防止液壓油從下方油囊經(jīng)過回油管路流入上方油囊；通過調(diào)控流量調(diào)節(jié)閥門的開啟程度，以控制回油流量，進(jìn)一步控制剖面儀的下降速度。
[0014]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元的頂端設(shè)置阻尼刷，所述阻尼刷具有呈輻射狀均勻布設(shè)的若干刷片。第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元在海水中作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼刷能夠起到減阻作用。
[0015]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述中央立架具有位于中部的柱形架體，所述柱形架體的兩側(cè)對稱固設(shè)若干架套，所述第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元固定于同側(cè)架套中形成豎立裝配，所述鋼纜穿經(jīng)孔有若干個(gè)，在柱形架體的長度方向上依次排布，各鋼纜穿經(jīng)孔的上下兩端內(nèi)設(shè)置周向滑輪，鋼纜穿過鋼纜穿經(jīng)孔并與周向滑輪形成滑動(dòng)連接。
[0016]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述上限位部與下限位部均為限位擋盤，鋼纜固定在限位擋盤的中心孔處，所述鋼纜設(shè)置有塑料表層。鋼纜外周包覆的塑料層利于滑移接觸，并起到保護(hù)鋼纜避免侵蝕老化的作用。
[0017]在上述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中，所述中央立架的底部設(shè)置緩沖彈簧，緩沖彈簧用于與下限位部進(jìn)行配合來實(shí)現(xiàn)彈性緩沖撞擊。通過緩沖彈簧的彈性緩沖作用，使整體剖面儀下降至底部極限位置時(shí)，減小沖擊碰撞，避免造成損傷。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀設(shè)置鋼纜能固定穿設(shè)于任意海域中，由此無需每次勞費(fèi)人力，使得設(shè)備自動(dòng)沿鋼纜實(shí)現(xiàn)固定區(qū)域的長時(shí)間連續(xù)性剖面測量；采用整體對稱式結(jié)構(gòu)，且重心位于浮心之下，由此增大穩(wěn)心度，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)在水動(dòng)力布局上的高穩(wěn)定性；同時(shí)利用液壓油輸出與回流的位置變化，形成正浮力與負(fù)浮力之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)往復(fù)式的平穩(wěn)升降，且升降定位準(zhǔn)確；再者集成設(shè)置溫鹽深儀、海流計(jì)、溫度探頭、剪切探頭、深度探頭和姿態(tài)傳感器，由此實(shí)現(xiàn)全方位的海洋微結(jié)構(gòu)剖面測量，其中利用剪切探頭測量脈動(dòng)流速可以直接得到湍動(dòng)能耗散率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)湍動(dòng)能耗散率的長期連續(xù)剖面觀測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中浮力驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中浮力驅(qū)動(dòng)部分的原理示意圖。
[0022]圖4是本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀中控制器內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)的的原理示意圖。
[0023]圖中，1、鋼纜；2、限位擋盤；3、中央立架；4、緩沖彈簧；5、阻尼刷；6、浮漂艙；7、上方油囊；8、驅(qū)動(dòng)艙；9、電機(jī)；10、高壓泵；11、電磁閥；12、耐壓艙；13、下方油囊；14、溫鹽深儀；15、海流計(jì)；16、溫度探頭；17、剪切探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0025]如圖1、圖2和圖3所示，本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架3，兩個(gè)剖面儀子單元一左一右固定在中央立架3上，在中央立架3的中軸線上設(shè)置有用以供鋼纜I與中央立架3連接的鋼纜穿經(jīng)孔，鋼纜I通過鋼纜穿經(jīng)孔縱向貫穿于中央立架3，中央立架3能沿鋼纜I上、下滑移，且鋼纜I能縱穿于任意海域中。
[0026]鋼纜I的外周設(shè)置有塑料表層，該塑料表層利于滑移接觸，并起到保護(hù)鋼纜I避免侵蝕老化的作用。鋼纜I的上下兩極限位置處固設(shè)有上限位部與下限位部，上限位部與下限位部用于限制中央立架3的滑移距離。上限位部與下限位部均為限位擋盤2，且鋼纜固定于限位擋盤2的中心孔處。
[0027]中央立架3具有位于中部的柱形架體，且柱形架體的兩側(cè)對稱固設(shè)多個(gè)架套，每側(cè)具有上、中、下三個(gè)架套分別套設(shè)在第一剖面儀子單元或第二剖面儀子單元的上、中、下三個(gè)部位。鋼纜穿經(jīng)孔有若干個(gè)，在柱形架體的長度方向上依次排布，各鋼纜穿經(jīng)孔的上下兩端內(nèi)設(shè)置周向滑輪，鋼纜穿過鋼纜穿經(jīng)孔并與周向滑輪形成滑動(dòng)連接。
[0028]中央立架3的底部設(shè)置緩沖彈簧4，在中央立架3下降至下極限位置時(shí)，使緩沖彈簧4與位于底部的限位擋盤2進(jìn)行彈性緩沖撞擊。通過緩沖彈簧4的彈性緩沖作用，使剖面儀下降至底部極限位置時(shí)，減小沖擊碰撞，避免造成損傷。
[0029]第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元的頂端設(shè)置阻尼刷5，該阻尼刷5具有呈輻射狀均勻布設(shè)的若干刷片。整體剖面儀在海水中作升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼刷5能夠起到減阻作用。
[0030]第一剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第一浮力驅(qū)動(dòng)部與第一觀測部，第一浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置浮漂艙6、驅(qū)動(dòng)艙8與耐壓艙12，浮漂艙6內(nèi)安設(shè)上方油囊7，耐壓艙12內(nèi)安設(shè)下方油囊13,驅(qū)動(dòng)艙8內(nèi)安設(shè)驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥11。驅(qū)動(dòng)艙8內(nèi)設(shè)置出油管路與回油管路，由此形成連通上方油囊7與下方油囊13的循環(huán)回路。驅(qū)動(dòng)泵組件包括電機(jī)9與高壓泵10，其中高壓泵10串接在出油管路上，電機(jī)9通過減速器驅(qū)動(dòng)連接高壓泵10，啟動(dòng)電機(jī)9并經(jīng)過減速器對高壓泵10提供動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)從下方油囊13到上方油囊7的泵油輸出。電磁閥11串接在回油管路上，電磁閥11具有兩條相并聯(lián)的通路，一條通路上設(shè)置單向閥門，單向閥門防止液壓油從下方油囊13經(jīng)過回油管路流入上方油囊7;另一條通路上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥門，通過調(diào)控流量調(diào)節(jié)閥門的開啟程度，以控制回油流量，進(jìn)一步控制剖面儀的下降速度。第一觀測部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件中的電機(jī)9及電磁閥11。
[0031]第二剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第二浮力驅(qū)動(dòng)部與第二觀測部，第二浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置浮漂艙6、驅(qū)動(dòng)艙8與耐壓艙12，浮漂艙6內(nèi)安設(shè)上方油囊7，耐壓艙12內(nèi)安設(shè)下方油囊13,驅(qū)動(dòng)艙8內(nèi)安設(shè)驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥11。驅(qū)動(dòng)艙8內(nèi)設(shè)置出油管路與回油管路，由此形成連通上方油囊7與下方油囊13的循環(huán)回路。驅(qū)動(dòng)泵組件包括電機(jī)9與高壓泵10，其中高壓泵10串接在出油管路上，電機(jī)9通過減速器驅(qū)動(dòng)連接高壓泵10，啟動(dòng)電機(jī)9并經(jīng)過減速器對高壓泵10提供動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)從下方油囊13到上方油囊7的泵油輸出。電磁閥11串接在回油管路上，電磁閥11具有兩條相并聯(lián)的通路，一條通路上設(shè)置單向閥門，單向閥門防止液壓油從下方油囊13經(jīng)過回油管路流入上方油囊7;另一條通路上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥門，通過調(diào)控流量調(diào)節(jié)閥門的開啟程度，以控制回油流量，進(jìn)一步控制剖面儀的下降速度。第二觀測部電連接有控制器，控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件中的電機(jī)9及電磁閥11。
[0032]第一觀測部包括位于第一剖面儀子單元底部的溫度探頭16、剪切探頭17和深度探頭，第二觀測部包括位于第二剖面儀子單元底部的溫鹽深儀14、海流計(jì)15和姿態(tài)傳感器。其中剪切探頭17測量出海流的脈動(dòng)流速，通過脈動(dòng)流速可直接得出湍動(dòng)能耗散率。第一觀測部與第二觀測部中的所有檢測設(shè)備均通過電路連接有控制器，控制器中設(shè)置電池與湍流檢測電路，全部探測信息均通過湍流檢測電路進(jìn)行檢測分析。
[0033]如圖4所示，控制器內(nèi)設(shè)置主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，且主控制模塊具有若干個(gè)信息接收端口。溫度探頭16具有普通溫度檢測模塊與快速溫度檢測模塊；普通溫度檢測模塊中包括相串接的普通溫度傳感器、測溫電橋及前置放大器；快速溫度檢測模塊中包括相串接的快速溫度傳感器、線性放大器、頻率補(bǔ)償器，由頻率補(bǔ)償器分支連接預(yù)加重電路或自適應(yīng)耦合線性放大器；剪切探頭17具有剪切檢測模塊，且剪切檢測模塊中包括相串接的剪切傳感器、高通濾波前置放大器、低通濾波放大器；深度探頭具有壓力檢測模塊，且壓力檢測模塊中包括相串接的深度傳感器及信號調(diào)理器。普通溫度檢測模塊、快速溫度檢測模塊、剪切檢測模塊及壓力檢測模塊均通過數(shù)據(jù)采集模塊連接主控制模塊的信息接收端口。海流計(jì)15具有海流感測模塊，溫鹽深儀14具有溫鹽感測模塊，姿態(tài)傳感器具有姿態(tài)傳感模塊，且海流感測模塊、溫鹽感測模塊 及姿態(tài)傳感模塊分別連接主控制模塊的信息接收端口。
[0034]控制器內(nèi)還設(shè)置浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)及電源模塊，主控制模塊與時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)、浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊均形成相互通信聯(lián)系，主控制模塊還連接電源模塊，該電源模塊連接有電池。
[0035]本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的剖面儀沿鋼纜I在水深800m-2500m的范圍內(nèi)作升降移動(dòng)；其平臺運(yùn)動(dòng)速度為0.2m/s~0.3m/s ;其采樣頻率可設(shè)定為最大1024Hz ;其控制器的存儲容量不小于8G。
[0036]為保證剖面儀水中姿態(tài)的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)上將重心設(shè)計(jì)在浮心之下，進(jìn)而增大穩(wěn)心?’另一方面采用左右外形完全對稱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)重心調(diào)節(jié)使兩側(cè)不僅浮心相同，重心也相同，保證浮心重心都在剖面儀的幾何軸心線上，進(jìn)一步保證系統(tǒng)在水動(dòng)力布局上的高穩(wěn)定性。
[0037]由于海水壓力會造成剖面儀體積的壓縮，影響剖面儀在水中的靜浮力；同時(shí)海水溫度影響海水的密度，也將影響剖面儀在水中的靜浮力，而很小的靜浮力變化也可以引起剖面儀速度的改變。因此有必要對剖面儀在不同水壓、溫度下的靜力學(xué)特性進(jìn)行測量，以便使控制算法對剖面儀的運(yùn)動(dòng)實(shí)施有效控制，這些試驗(yàn)將在調(diào)溫可視壓力罐中進(jìn)行測定。
[0038]1、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測定
[0039]水阻也是影響剖面儀運(yùn)動(dòng)的因素之一，根據(jù)公式:Am = \ Pv2sc D需要對迎
流面積S，阻力系數(shù)CD進(jìn)行測量，該試驗(yàn)將在流速可調(diào)的水槽中進(jìn)行，通過六維力傳感器測定不同流速下沿流速方向上的水阻，估算相關(guān)參數(shù)。
[0040]2、油囊的優(yōu)化設(shè)計(jì)
[0041]如上所述，往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一是平臺的運(yùn)動(dòng)速度。作為以浮力驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)平臺，油囊的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。
[0042]一般流線型圓柱軸向阻力系數(shù)為0.15至0.2之間，作為初步設(shè)計(jì)，可以先取最大值 0.2。按設(shè)計(jì)速度 0.5m/s,水的動(dòng)壓頭為 PO = 0.5X1024X0.5X0.5 = 128kg/m2。
[0043]特征面積S = 3.14159X0.08X0.08 = 0.020m2。
[0044]所需要的凈力F = POXSXCd = 0.51kg。
[0045]需要油2X0.51 = 1.02kg。
[0046]由于上升運(yùn)動(dòng)階段速度可以小于0.5m/s，初步設(shè)計(jì)油箱體積為IL可以滿足平臺的動(dòng)力需求。
[0047]3、大深度浮力驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)
[0048]浮力驅(qū)動(dòng)部分要求在最大作業(yè)深度4000m條件下正常工作，浮力驅(qū)動(dòng)部分要求有±0.5_±1L的調(diào)節(jié)能力。
[0049]本往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀在工作狀態(tài)時(shí)，通過控制系統(tǒng)控制下方油囊13向上方油囊7內(nèi)輸入油量，以使上方油囊7的體積增大，從而減小浮漂艙6內(nèi)的密度，驅(qū)使整體剖面儀沿鋼纜I滑動(dòng)上升；當(dāng)控制上方油囊7向下方油囊13中回流油量時(shí)，致使上方油囊7的體積變小，從而增大浮漂艙6的密度，導(dǎo)致整體剖面儀沿鋼纜I滑動(dòng)下降。由此進(jìn)行液壓油在下方油囊13與上方油囊7之間的轉(zhuǎn)換,使浮力在正浮力和負(fù)浮力之間轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)往復(fù)式觀測平臺的上升和下沉。
[0050]在往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀的上升下降過程中，溫鹽深儀14、海流計(jì)15、溫度探頭16、剪切探頭17、深度探頭和姿態(tài)傳感器等探測設(shè)備將探測信息傳遞至控制器，由控制器進(jìn)一步整理分析探測信息，完成海洋溫度、鹽度、壓力及剖面湍流量等海洋微結(jié)構(gòu)的連續(xù)剖面測量。其中利用剪切探頭17測量脈動(dòng)流速，可以直接得出湍動(dòng)能耗散率，實(shí)現(xiàn)湍動(dòng)能耗散率的長期連續(xù)剖面觀測?？刂破鬟€同步發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令，進(jìn)而根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令操控電機(jī)9與電磁閥11動(dòng)作。
[0051]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0052]盡管本文較多地使用了鋼纜I ;限位擋盤2 ;中央立架3 ;緩沖彈簧4 ;阻尼刷5 ;浮漂艙6 ;上方油囊7 ;驅(qū)動(dòng)艙8 ;電機(jī)9 ;高壓泵10 ;電磁閥11 ;耐壓艙12 ;下方油囊13 ;溫鹽深儀14 ;海流計(jì)15 ;溫度探頭16 ;剪切探頭17等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架，兩個(gè)剖面儀子單元一左一右固定在中央立架上，在中央立架的中軸線上設(shè)置有用以供鋼纜與中央立架連接的鋼纜穿經(jīng)孔，鋼纜通過鋼纜穿經(jīng)孔縱向貫穿于中央立架，中央立架能沿鋼纜上、下滑移，在鋼纜上設(shè)置有用于限制中央立架滑移距離的上限位部與下限位部，所述第一剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第一浮力驅(qū)動(dòng)部與第一觀測部，所述第一浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，所述驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，所述電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，所述第一觀測部電連接有控制器，所述控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥；所述第二剖面儀子單元從上至下依次設(shè)置有第二浮力驅(qū)動(dòng)部與第二觀測部，所述第二浮力驅(qū)動(dòng)部從上至下依次設(shè)置有浮漂艙、驅(qū)動(dòng)艙與耐壓艙，在浮漂艙內(nèi)設(shè)置有上方油囊，在耐壓艙內(nèi)設(shè)置有下方油囊，在驅(qū)動(dòng)艙內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥，所述驅(qū)動(dòng)泵組件通過出油管路連通上方油囊與下方油囊，所述電磁閥通過回油管路連通上方油囊與下方油囊，所述第二觀測部電連接有控制器，所述控制器電連接驅(qū)動(dòng)泵組件及電磁閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述第一觀測部包括位于第一剖面儀子單元底部的溫度探頭、剪切探頭和深度探頭，所述第二觀測部包括位于第二剖面儀子單元底部的溫鹽深儀、海流計(jì)和姿態(tài)傳感器，所述剪切探頭用于測量海流的脈動(dòng)流速以得出湍動(dòng)能耗散率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述控制器內(nèi)設(shè)置主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，所述主控制模塊具有若干個(gè)信息接收端口，所述溫度探頭具有普通溫度檢測模塊與快速溫度檢測模塊，所述普通溫度檢測模塊中包括相串接的普通溫度傳感器、測溫電橋及前置放大器，所述快速溫度檢測模塊中包括相串接的快速溫度傳感器、線性放大器、頻率補(bǔ)償器，由頻率補(bǔ)償器分支連接預(yù)加重電路或自適應(yīng)耦合線性放大器，所述剪切探頭具有剪切檢測模塊，所述剪切檢測模塊中包括相串接的剪切傳感器、高通濾波前置放大器、低通濾波放大器，所述深度探頭具有壓力檢測模塊，所述壓力檢測模塊中包括相串接的深度傳感器及信號調(diào)理器，所述普通溫度檢測模塊、快速溫度檢測模塊、剪切檢測模塊及壓力檢測模塊均通過數(shù)據(jù)采集模塊連接主控制模塊的信息接收端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述海流計(jì)具有海流感測模塊，所述溫鹽深儀具有溫鹽感測模塊，所述姿態(tài)傳感器具有姿態(tài)傳感模塊，所述海流感測模塊、溫鹽感測模塊及姿態(tài)傳感模塊分別連接主控制模塊的信息接收端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述控制器內(nèi)還設(shè)置浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)及電源模塊，所述主控制模塊與時(shí)鐘模塊、存儲模塊、PC機(jī)、浮力驅(qū)動(dòng)控制模塊均形成相互通信聯(lián)系，所述主控制模塊還連接電源模塊，所述電源模塊連接有電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)泵組件包括電機(jī)與高壓泵，所述高壓泵串接在出油管路上，所述電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)連接高壓泵，所述控制器電控連接電機(jī)，所述電磁閥具有兩條相并聯(lián)的通路，一條通路上設(shè)置單向閥門，另一條通路上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元的頂端設(shè)置阻尼刷，所述阻尼刷具有呈輻射狀均勻布設(shè)的若干刷片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述中央立架具有位于中部的柱形架體，所述柱形架體的兩側(cè)對稱固設(shè)若干架套，所述第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元固定于同側(cè)架套中形成豎立裝配，所述鋼纜穿經(jīng)孔有若干個(gè)，在柱形架體的長度方向上依次排布，各鋼纜穿經(jīng)孔的上下兩端內(nèi)設(shè)置周向滑輪，鋼纜穿過鋼纜穿經(jīng)孔并與周向滑輪形成滑動(dòng)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述上限位部與下限位部均為限位擋盤，鋼纜固定在限位擋盤的中心孔處，所述鋼纜設(shè)置有塑料表層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式海洋微結(jié)構(gòu)剖面儀，其特征在于，所述中央立架的底部設(shè)置緩沖彈簧，緩沖彈簧用于與下限位部進(jìn)行配合來實(shí)現(xiàn)彈性緩沖撞擊。
【文檔編號】G01C13/00GK103994757SQ201410252441
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】田紀(jì)偉, 宋大雷, 趙瑋, 徐銘, 楊慶軒 申請人:中國海洋大學(xué)