适用于全海深的无缆式海底观测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于全海深的无缆式海底观测系统，包括水上监测单元和海底观测平台，所述海底观测平台包括框架式主体以及安装在框架式主体上的浮体、翼板、浮球舱、调平机构、配重和释放机构；所述浮球舱密封系统电路，所述翼板在海底观测平台下降至距离海底达到设定高度时展开，使海底观测平台平稳着陆；所述调平机构在框架式主体到达海底时调节海底观测平台水平立于海底；所述释放机构在海底观测平台完成水下作业后，抛弃配重实现回收。本发明专利技术的海底观测平台采用无缆布放方式，不受缆绳长度的限制，工作水深可以达到11000米甚至以上，能够实现全海深的海底观测。

Cable-free submarine observation system for whole sea depth

The invention discloses a cable-free seabed observation system suitable for all-sea depth, including a water monitoring unit and a seabed observation platform. The seabed observation platform comprises a frame body and a floating body, a wing plate, a floating balloon cabin, a leveling mechanism, a counterweight and a releasing mechanism mounted on the frame body; the sealing system circuit of the floating balloon cabin, the wing plate falling on the seabed observation platform. The leveling mechanism adjusts the level of the seabed observation platform to stand on the seabed when the frame body reaches the seabed, and the releasing mechanism discards the counterweight to realize recovery after underwater operation of the seabed observation platform. The submarine observation platform of the invention adopts a cable-free laying mode, and is not limited by the length of the cable. The working depth of the platform can reach 11,000 meters or more, and the submarine observation of the whole sea depth can be realized.

【技术实现步骤摘要】
适用于全海深的无缆式海底观测系统
本专利技术属于海洋观测
，具体地说，是涉及一种可以适用于不同深度海域的海底观测系统。
技术介绍
现阶段，海洋研究已步入了全海深时代，水深范围从6000m-11000m左右的海域，被科学家称为“海斗深渊”（Hadaltrench），是地球上最深的海洋区域。该区域主要分布在大陆边缘，由海沟组成，虽然只占全球海底面积的1%-2%，但是垂直深度占海洋全深度的45%，在海洋生态系统中具有重要意义。目前，对海斗深渊的研究已经成为海洋研究最新的前沿领域，这同时也标志着海洋科学已经进入全海深科考时代。随着海底观测平台的不断发展，其工作区域由浅海向深海不断深入。现有海底观测平台的布放方式以有缆布放为主，可以在小于7000m深度的海底实现长期稳定的观测。但是，随着工作水深的增大，尤其是当观测区域为海斗深渊区域时，受限于科考船上地质缆绳长度的限制，工作将无法开展。为了满足深海探测的需求，目前某些海洋科考团队借助于科学技术的进步，将现有的测量装置搭载在潜水器上，利用载人潜水器或无人潜水器将测量装置带入深海，并布放到海斗深渊区域，进行科研工作。但是，这种布放方式成本极高，且不适合长时间的连续观测任务，因此，适用性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于全海深的无缆式海底观测系统，其用于水下作业的海底观测平台采用无缆布放方式，无需搭载潜水器即可自行下潜至深海海底，且便于布放和回收。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种适用于全海深的无缆式海底观测系统，包括水上监测单元和海底观测平台；其中，所述海底观测平台包括框架式主体以及安装在所述框架式主体上的浮体、翼板、高度测量器件、浮球舱、调平机构、配重、释放机构和水声通信机；其中，所述高度测量器件用于检测海底观测平台距离海底的高度；所述浮球舱呈浮球形状，在提供浮力的同时用于密封系统电路，所述系统电路通过水声通信机与水上监测单元通信，上传海底观测平台距离海底的高度；所述水上监测单元在海底观测平台距离海底的高度达到设定高度时，下发缓降指令，控制所述翼板相对于框架式主体向外展开，以降低海底观测平台的下降速度；所述系统电路在海底观测平台到达海底时，控制所述调平机构调节框架式主体的姿态，使所述框架式主体平稳立于海底沉积物上；所述水上监测单元在结束观测作业后，下发抛载指令，控制所述释放机构抛弃所述配重，并控制所述翼板收回，使海底观测平台在所述浮体的浮力作用下浮出水面。进一步的，在所述海底观测平台中还设置有缓降油缸，所述缓降油缸的一端与所述框架式主体相铰接，另一端与所述翼板相铰接，所述系统电路在接收到水上监测单元下发的缓降指令或抛载指令后，通过控制所述缓降油缸的活塞杆伸缩，以驱动所述翼板展开或收回。优选的，所述翼板优选设置四个，围绕所述框架式主体的四周布设，在每一个翼板上优选铰接两个缓降油缸。配置两个缓降油缸可以为翼板提供更大的驱动力，以克服更大的海水压力，适应深海作业环境。作为所述调平机构的一种优选结构设计，本专利技术在所述调平机构中设置有多个调平支脚和多个调平油缸，所述调平支脚位于框架式主体的底部，每一个调平支脚连接一个调平油缸；在所述浮球舱中安装有姿态传感器，检测所述框架式主体的姿态，并生成姿态数据发送至所述系统电路；所述系统电路在框架式主体到达海底时，根据接收到的姿态数据控制调平油缸驱动所述调平支脚伸缩，以调节所述框架式主体的姿态，使其能够稳定立于海底并达到水平状态。作为所述释放机构的一种优选结构设计，本专利技术在所述释放机构中设置有释放油缸、定滑轮、缆绳和挂钩；所述定滑轮安装在所述框架式主体上，其上缠绕所述缆绳，且缆绳的一端连接释放油缸，另一端连接挂钩；所述挂钩在默认状态伸入到配重的吊孔中，勾住所述配重，以增加海底观测平台的重量，使海底观测平台能够自行下降至海底；在回收海底观测平台时，所述系统电路控制所述释放油缸下放缆绳，使挂钩在自重下旋转，脱离所述配重的吊孔，使配重与框架式主体分离，释放配重。进一步的，在所述框架式主体上安装有液压站，所述液压站通过不同的油管连接海底观测平台上布设的不同油缸，例如释放油缸、缓降油缸、调平油缸，在每一根油管上均安装有一个电磁阀；所述系统电路在需要控制某一个油缸工作时，首先控制连接所述油缸的油管上的电磁阀打开，然后通过控制所述液压站输出液压油或者回收液压油来控制所述油缸中的活塞杆伸缩。优选的，所述浮体优选包括浮球和浮力板，安装在所述框架式主体的顶部，所述浮球优选包括多个，且排布形成阵列式结构。为了便于科考船能够快速搜寻到浮出水面的海底观测平台，本专利技术在所述框架式主体的顶部还安装有铱星信标和光信标，所述铱星信标在海底观测平台出水后向水上监测单元发射定位信号，将海底观测平台的地理坐标告知科考船；所述光信标在海底观测平台出水后自动发射可见光，指示科考船发现其所在位置。为了进一步增大海底观测平台的浮力，本专利技术优选安装四个浮球舱，将所述系统电路中的数据采集单元、控制单元、动力驱动单元和电池分置在四个不同的浮球舱中，在每个浮球舱上安装水密接插件，在水密接插件之间连接防水电缆，内置于不同浮球舱中的电路通过所述防水电缆电连接，以传输电源和信号。为了便于安装照相或摄像器材，本专利技术优选采用透明玻璃制成所述浮球舱，在浮球舱中预留出照相机或摄像机的安装空间，由此无需在海底观测平台上另外挂载专用于密封照相机或摄像机的透明箱体，继而达到了简化平台结构和安装操作的目的。为了实现海底观测平台的可靠回收，本专利技术设置所述系统电路在海底观测平台结束观测作业并延时一段时间后，若仍未接收到水上监测单元下发的抛载指令，则认为水声通信机异常，此时，系统电路自行控制所述释放机构抛弃所述配重，执行回收作业；若系统电路出现故障，无法向释放机构发送控制信号，则可以在所述释放机构中设置机械定时触发装置，所述机械定时触发装置在投放海底观测平台时启动计时，并在计时达到设定的最大时间阈值时，自动触发所述释放机构抛弃所述配重。采用上述两种备选回收策略，对释放机构实现互补控制，可以确保海底观测平台可靠回收。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的海底观测系统系统，可以对海底观测平台实现无缆布放，不受缆绳长度的限制，工作水深可以达到11000米甚至以上，因而能够实现全海深的海底观测。并且，本专利技术通过在海底观测平台上设置缓降机构和释放机构，既可以保证海底观测平台自行平稳下沉着陆，又可以确保海底观测平台自行成功抛载回收，无需科考船和潜水器的辅助，即可在任意深度的海底独立开展长期连续的观测作业，为海洋研究的有效进行提供了全面保障。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本专利技术所提出的适用于全海深的无缆式海底观测系统中的海底观测平台的一种实施例的结构示意图；图2是图1中的框架式主体的一种实施例的结构示意图；图3是图1中的配重的一种实施例的结构示意图；图4是配重与释放机构的一种实施例的结构示意图；图5是本专利技术所提出的适用于全海深的无缆式海底观测系统的一种实施例的电路原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细地描述。本实施例的无缆式海底观测系统包括水上监测单元和海底观测平台两部分，如图5所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于全海深的无缆式海底观测系统，包括水上监测单元和海底观测平台，其特征在于，所述海底观测平台包括框架式主体以及安装在所述框架式主体上的浮体、翼板、高度测量器件、浮球舱、调平机构、配重、释放机构和水声通信机；其中，所述高度测量器件用于检测海底观测平台距离海底的高度；所述浮球舱呈浮球形状，在提供浮力的同时用于密封系统电路，所述系统电路通过水声通信机与水上监测单元通信，上传海底观测平台距离海底的高度；所述水上监测单元在海底观测平台距离海底的高度达到设定高度时，下发缓降指令，控制所述翼板相对于框架式主体向外展开，以降低海底观测平台的下降速度；所述系统电路在海底观测平台到达海底时，控制所述调平机构调节框架式主体的姿态，使所述框架式主体平稳立于海底沉积物上；所述水上监测单元在结束观测作业后，下发抛载指令，控制所述释放机构抛弃所述配重，并控制所述翼板收回，使海底观测平台在所述浮体的浮力作用下浮出水面。

【技术特征摘要】
1.一种适用于全海深的无缆式海底观测系统，包括水上监测单元和海底观测平台，其特征在于，所述海底观测平台包括框架式主体以及安装在所述框架式主体上的浮体、翼板、高度测量器件、浮球舱、调平机构、配重、释放机构和水声通信机；其中，所述高度测量器件用于检测海底观测平台距离海底的高度；所述浮球舱呈浮球形状，在提供浮力的同时用于密封系统电路，所述系统电路通过水声通信机与水上监测单元通信，上传海底观测平台距离海底的高度；所述水上监测单元在海底观测平台距离海底的高度达到设定高度时，下发缓降指令，控制所述翼板相对于框架式主体向外展开，以降低海底观测平台的下降速度；所述系统电路在海底观测平台到达海底时，控制所述调平机构调节框架式主体的姿态，使所述框架式主体平稳立于海底沉积物上；所述水上监测单元在结束观测作业后，下发抛载指令，控制所述释放机构抛弃所述配重，并控制所述翼板收回，使海底观测平台在所述浮体的浮力作用下浮出水面。2.根据权利要求1所述的适用于全海深的无缆式海底观测系统，其特征在于，所述海底观测平台还包括缓降油缸，所述缓降油缸的一端与所述框架式主体相铰接，另一端与所述翼板相铰接，所述系统电路在接收到水上监测单元下发的缓降指令或抛载指令后，通过控制所述缓降油缸的活塞杆伸缩，以驱动所述翼板展开或收回。3.根据权利要求2所述的适用于全海深的无缆式海底观测系统，其特征在于，所述翼板包括四个，围绕所述框架式主体的四周布设，在每一个翼板上铰接有两个缓降油缸。4.根据权利要求1所述的适用于全海深的无缆式海底观测系统，其特征在于，所述调平机构包括多个调平支脚和多个调平油缸，所述调平支脚位于框架式主体的底部，每一个调平支脚连接一个调平油缸；在所述浮球舱中安装有姿态传感器，检测所述框架式主体的姿态，并生成姿态数据发送至所述系统电路；所述系统电路在框架式主体到达海底时，根据接收到的姿态数据控制调平油缸驱动所述调平支脚伸缩，以调节所述框架式主体水平立于海底。5.根据权利要求1所述的适用于全海深的无缆式海底观测系统，其特征在于，所述释放机构包括释放油缸、定滑轮、缆绳和挂钩；所述定滑轮安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾永刚，张红，刘晓磊，单红仙，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37