自供电海洋立体在线观测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自供电海洋立体在线观测系统，由浮标、风力发电机、太阳能面板、卫星通信模块、波浪发电机、光电复合缆、水下观测仪器、水下浮球、着底式水下平台、不间断电源（UPS）和海流发电机组成。系统利用水下观测仪器获取海水中的环境参数，通过卫星通信模块将测得的海水环境参数传输给岸基站。系统利用风力发电机、太阳能面板、波浪发电机和海流发电机从环境中获取风能、太阳能、波浪能和海流能，将这些能量转化为电能，供给系统自身使用，实现了海洋立体在线观测系统的自供电和长期连续的原位观测。

Self powered marine stereo online observation system

The invention relates to a self-powered ocean three-dimensional on-line observation system, which is composed of a buoy, a wind turbine, a solar panel, a satellite communication module, a wave generator, a photoelectric composite cable, an underwater observation instrument, an underwater float, a landing underwater platform, an uninterruptible power supply (UPS) and a current generator. The system uses the underwater observation instrument to obtain the environmental parameters in the sea water, and transmits the measured environmental parameters to the shore base station through the satellite communication module. The system uses wind power generator, solar panel, wave generator and current generator to obtain wind energy, solar energy, wave energy and ocean current energy from the environment. These energy are converted into electric energy and supplied to the system for its own use.

【技术实现步骤摘要】
自供电海洋立体在线观测系统
本专利技术属于海洋观测
，涉及一种自供电海洋立体在线观测系统，利用海洋可再生能源实现原位自供电，实现从海面到海底的立体在线观测，克服传统锚系受电池容量限制而无法进行长期连续观测的缺点。
技术介绍
传统的海洋立体观测锚系所搭载的水下观测仪器都采用电池供电，只能支持少量观测仪器的短期供电，需要较为频繁的定期维护。实际上，海洋中蕴含着极为丰富的清洁可再生能源，海面上有风能和太阳能可以利用，海表面无时无刻不存在着上下起伏的波浪，海水中海流的活动无处不在，如果可以合理利用这些可再生能源，将其转化为电能后存储起来，供应给海洋观测仪器，就可以实现海洋立体在线观测系统全方位的自供电，提高了海洋立体在线观测系统的可靠性和使用寿命，实现海洋立体在线观测系统长期、连续的原位观测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种自供电海洋立体在线观测系统，可以对布放区域实现从海面到海底的立体在线观测；系统利用风力发电机、太阳能面板、波浪发电机和海流发电机获取环境中的风能、太阳能、波浪能和海流能，实现了海洋立体在线观测系统的自供电，提高了海洋立体在线观测系统的可靠性和使用寿命，实现了海洋立体在线观测系统长期、连续的原位观测。本专利技术的技术方案是：自供电海洋立体在线观测系统，包括浮标1、风力发电机2、太阳能面板3、卫星通信模块4、波浪发电机5、电能管理模块6、伸缩管7、光电复合缆8、上层传感器包9、爬缆剖面仪10、多普勒声学流速剖面仪（ADCP）11、水下浮球12、下层传感器包13和着底式水下平台14，其中：所述浮标1上搭载有风力发电机2、太阳能面板3、卫星通信模块4、波浪发电机5和电能管理模块6，所述电能管理模块6分别连接风力发电机2、太阳能面板3、卫星通信模块4和波浪发电机5，通过风力发电机2获取环境中的风能，通过太阳能面板3获取环境中的太阳能，通过波浪发电机5获取环境中的波浪能，所述风能、太阳能和波浪能转化为电能，传输给电能管理模块6；电能管理模块6对风力发电机2、太阳能面板3和波浪发电机5产生的电能进行整流、稳压、升压和存储等操作；卫星通信模块4负责与岸基进行远程通信，用于传输所述自供电海洋立体观测系统的观测数据和接收岸基站的指令等；所述光电复合缆8自上而下连接有上层传感器包9、爬缆剖面仪10、多普勒声学流速剖面仪11、水下浮球12、下层传感器包13和着底式水下平台14；光电复合缆8内部设有电缆和光缆，电缆用于传输电能，光缆用于传输观测数据和岸基的信号指令；所述光电复合缆8顶部连接伸缩管7一端，伸缩管7另一端连接浮标1，所述伸缩管7用于补偿浮标1随海面上下往复运动造成的纵向位移，减轻对光电复合缆8造成的轴向作用力，使所述自供电海洋立体在线观测系统海面下的部分处于相对稳定的工作位置；所述着底式水下平台14上搭载有水下观测仪器，所述上层传感器包9、爬缆剖面仪10、多普勒声学流速剖面仪11、下层传感器包13和着底式水下平台14组成水下观测系统，以获取海洋环境中的理化参数；观测数据存储于观测仪器的内部芯片中，或通过光电复合缆8传给卫星通信模块4，经卫星通信模块4传输给岸基；所述水下浮球12中间设有一条通孔，光电复合缆8穿过所述通孔，与水下浮球12固定连接；水下浮球12给所述自供电海洋立体在线观测系统提供额外的水下浮力，使系统紧绷直立并处于良好的工作状态。本专利技术中，所述着底式水下平台14上搭载有不间断电源15、海流发电机16和交换机19；不间断电源15分别与海流发电机16和交换机19连接，当海流发电机16正常发电时，所述不间断电源15一边将海流发电机16产生的电能通过交换机19供应给自供电海洋立体在线观测系统，一边给不间断电源15内部的电池充电；当海流发电机16停止发电时，所述不间断电源15则立即启动内部电池，通过交换机19为自供电海洋立体在线观测系统提供电能。本专利技术中，所述波浪发电机5为振荡式波浪发电机，随海表面的波浪进行上下往复振荡运动。本专利技术中，所述着底式水下平台14也起着锚定重块的作用，将所述自供电海洋立体在线观测系统固定在海底，防止系统被海流冲走。本专利技术中，所述海流发电机16由叶轮22、发电机23和电路模块24组成，叶轮22获取海流的动能传递给发电机23，发电机23将海流的动能转化为电能，电路模块24对产生的电能进行整流、稳压、升压和存储等操作，电能通过湿插拔水密缆25输送给UPS15。本专利技术中，所述上层传感器包9和下层传感器包13内部设有交换机19和海洋观测仪器，交换机19分别与光电复合缆8和海洋观测仪器相连，光电复合缆8里的电能通过交换机19传输给海洋观测仪器，海洋观测仪器测得的海洋环境参数也通过交换机19传到光电复合缆8中。本专利技术中，所述爬缆剖面仪10通过爬缆结构20固定于光电复合缆8上，光电复合缆8上设有两个爬缆终端21，爬缆剖面仪10能沿着光电复合缆8在两个爬缆终端21之间作上下往复运动，当爬缆剖面仪10到达一个爬缆终端21时，光电复合缆8里的电源通过爬缆终端21为爬缆剖面仪10充电，爬缆剖面仪10测得的观测数据通过爬缆终端21传输给光电复合缆8。本专利技术中，所述多普勒声学流速剖面仪11通过固定连接机构18与光电复合缆8连接，多普勒声学流速剖面仪11内部有交换机19，交换机19分别与光电复合缆8和多普勒声学流速剖面仪11连接，光电复合缆8里的电能通过交换机19传输给多普勒声学流速剖面仪11，多普勒声学流速剖面仪11测得的观测数据通过交换机19传到光电复合缆8中。本专利技术的工作原理是：自供电海洋立体在线观测系统搭载了风力发电机、太阳能面板、波浪发电机和海流发电机，从环境中获取风能、太阳能、波浪能和海流能，将这些能量转化为电能供应给海洋立体在线观测系统，实现了系统的自供电。自供电海洋立体在线观测系统上搭载了各种水下传感器平台和水下观测仪器，获取海洋中的环境参数，测得的环境参数可以通过光电复合缆传输给卫星通信模块，经卫星通信模块传回岸基站，实现了自供电海洋立体在线观测系统长期连续的原位观测。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过风力发电机、太阳能面板、波浪发电机和海流发电机，直接从环境中获取风能、太阳能、波浪能和海流能，这些能源含量丰富、清洁可再生，将这些能量转化为电能供应给海洋立体在线观测系统，可实现海洋立体在线观测系统的自供电，克服了传统自容式海洋观测受电池容量限制而无法长期连续观测的缺点，提高了海洋立体在线观测系统的可靠性和使用寿命。附图说明图1是本专利技术所述自供电海洋立体在线观测系统的整体结构框图；图2是本专利技术所述浮标的结构示意图；图3是本专利技术所述上层传感器包的结构示意图；图4是本专利技术所述爬缆剖面仪的结构示意图；图5是本专利技术所述多普勒声学流速剖面仪（ADCP）的结构示意图；图6是本专利技术所述水下浮球的结构示意图；图7是本专利技术所述下层传感器包的结构示意图；图8是本专利技术所述着底式水下平台的结构示意图；图9是本专利技术所述海流发电机的结构示意图。图中标号：1为浮标，2为风力发电机，3为太阳能面板，4为卫星通信模块，5为波浪发电机，6为电能管理模块，7为伸缩管，8为光电复合缆，9为上层传感器包，10为爬缆剖面仪，11为多普勒声学流速剖面仪（ADCP），12为水下浮球，13为下层传感器包，14为着底式水下平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自供电海洋立体在线观测系统，包括浮标（1）、风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）、波浪发电机（5）、电能管理模块（6）、伸缩管（7）、光电复合缆（8）、上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、水下浮球（1（2））、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14），其特征在于：所述浮标（1）上搭载有风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）、波浪发电机（5）和电能管理模块（6），所述电能管理模块（6）分别连接风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）和波浪发电机（5），通过风力发电机（2）获取环境中的风能，通过太阳能面板（3）获取环境中的太阳能，通过波浪发电机（5）获取环境中的波浪能，所述风能、太阳能和波浪能转化为电能，传输给电能管理模块（6）；电能管理模块（6）对风力发电机（2）、太阳能面板（3）和波浪发电机（5）产生的电能进行整流、稳压、升压和存储等操作；卫星通信模块（4）负责与岸基进行远程通信，用于传输所述自供电海洋立体观测系统的观测数据和接收岸基站的指令；所述光电复合缆（8）自上而下连接有上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、水下浮球（12）、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14）；光电复合缆（8）内部设有电缆和光缆，电缆用于传输电能，光缆用于传输观测数据和岸基的信号指令；所述光电复合缆（8）顶部连接伸缩管（7）一端，伸缩管（7）另一端连接浮标（1），所述伸缩管（7）用于补偿浮标（1）随海面上下往复运动造成的纵向位移，减轻对光电复合缆（8）造成的轴向作用力，使所述自供电海洋立体在线观测系统海面下的部分处于相对稳定的工作位置；所述着底式水下平台（14）上搭载有水下观测仪器，所述上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14）组成水下观测系统，以获取海洋环境中的理化参数；观测数据存储于观测仪器的内部芯片中，或通过光电复合缆（8）传给卫星通信模块（4），经卫星通信模块（4）传输给岸基；所述水下浮球（12）中间设有一条通孔，光电复合缆（8）穿过所述通孔，与水下浮球（12）固定连接；水下浮球（12）给所述自供电海洋立体在线观测系统提供额外的水下浮力，使系统紧绷直立并处于良好的工作状态。...

【技术特征摘要】
1.自供电海洋立体在线观测系统，包括浮标（1）、风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）、波浪发电机（5）、电能管理模块（6）、伸缩管（7）、光电复合缆（8）、上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、水下浮球（1（2））、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14），其特征在于：所述浮标（1）上搭载有风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）、波浪发电机（5）和电能管理模块（6），所述电能管理模块（6）分别连接风力发电机（2）、太阳能面板（3）、卫星通信模块（4）和波浪发电机（5），通过风力发电机（2）获取环境中的风能，通过太阳能面板（3）获取环境中的太阳能，通过波浪发电机（5）获取环境中的波浪能，所述风能、太阳能和波浪能转化为电能，传输给电能管理模块（6）；电能管理模块（6）对风力发电机（2）、太阳能面板（3）和波浪发电机（5）产生的电能进行整流、稳压、升压和存储等操作；卫星通信模块（4）负责与岸基进行远程通信，用于传输所述自供电海洋立体观测系统的观测数据和接收岸基站的指令；所述光电复合缆（8）自上而下连接有上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、水下浮球（12）、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14）；光电复合缆（8）内部设有电缆和光缆，电缆用于传输电能，光缆用于传输观测数据和岸基的信号指令；所述光电复合缆（8）顶部连接伸缩管（7）一端，伸缩管（7）另一端连接浮标（1），所述伸缩管（7）用于补偿浮标（1）随海面上下往复运动造成的纵向位移，减轻对光电复合缆（8）造成的轴向作用力，使所述自供电海洋立体在线观测系统海面下的部分处于相对稳定的工作位置；所述着底式水下平台（14）上搭载有水下观测仪器，所述上层传感器包（9）、爬缆剖面仪（10）、多普勒声学流速剖面仪（11）、下层传感器包（13）和着底式水下平台（14）组成水下观测系统，以获取海洋环境中的理化参数；观测数据存储于观测仪器的内部芯片中，或通过光电复合缆（8）传给卫星通信模块（4），经卫星通信模块（4）传输给岸基；所述水下浮球（12）中间设有一条通孔，光电复合缆（8）穿过所述通孔，与水下浮球（12）固定连接；水下浮球（12）给所述自供电海洋立体在线观测系统提供额外的水下浮力，使系统紧绷直立并处于良好的工作状态。2.根据权利要求1所述的自供电海洋立体在线观测系统，其特征在于所述着底式水下平台（14）上搭载有不间断电源（15）、海流发电机（16）和交换机（19）；不间断电源（15）分别与海流发电机（16...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕枫，黄龙翔，周怀阳，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31