一种海洋湍流观测系统技术方案

本发明专利技术公开一种海洋湍流观测系统，该系统从前至后依次包括湍流观测舱、能源舱、姿态调节舱和推进舱；所述湍流观测舱包括艏部导流罩，在艏部导流罩的前端中心处设置有湍流观测仪，湍流观测仪伸出艏部导流罩一段距离；所述能源舱包括第一耐压舱体，在第一耐压舱体的前端设置有前端球盖，艏部导流罩与前端球盖相连接，在第一耐压舱体的内部设置有固定电池组；所述姿态调节舱包括第二耐压舱体，在第二耐压舱体的内部设置有姿态调节装置和浮力补偿装置；所述推进舱包括尾部导流罩，尾部导流罩与后端球盖连接，在尾部导流罩内设置有转向装置和推进装置。本发明专利技术能够实现海洋湍流的高时空覆盖、高分辨率的长期连续、大范围、自主式立体观测。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋湍流观测系统
本专利技术涉及海洋湍流观测领域，具体地说是涉及一种海洋湍流观测系统。
技术介绍
海洋湍流具有随机性、耗散性、三维矢量性，湍流混合是海洋能量与物质输送的动力源泉，是深入理解海洋中不同尺度现象与能量级串的关键，是提升海洋认知的重要基础。目前，海洋湍流多采用拖曳或锚定式水平观测以及自由落体垂直剖面观测。其中，拖曳或锚定式水平观测系统结构体积大、难于布放回收、费用昂贵；基于拖曳或锚定式水平观测系统的湍流观测只能观测特定深度的湍流混合横向速度脉动，无法支撑剖面高分辨率、实时或准实时的大范围观测；另外，观测的湍流数据易受拖曳母船海面波浪起伏运动引起的低频振动和由缆绳产生的宽带高频振动影响。自由落体垂直剖面观测系统由母船进行布放，其受海况、人员操作影响大，自主化程度低，缺乏机动性，作业效率低，仅能得到海洋湍流混合在单垂线通路上的纵向速度脉动和分布特征。近年来，随着水下航行器的问世及其在海洋领域中的应用，使实现大范围海域、长时间高时空分辨率的湍流横向和纵向同步立体观测成为可能。但现有技术手段仅限于将海洋湍流测量仪器与水下航行器进行简单捆绑组合，未考虑湍流观测的约束条件，致使在海洋湍流测量过程中存在振动噪声大、测量精度低、结构不紧凑、自主性差等问题。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提出一种海洋湍流观测系统。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种海洋湍流观测系统，该系统从前至后依次包括湍流观测舱、能源舱、姿态调节舱和推进舱；所述湍流观测舱包括艏部导流罩，在艏部导流罩的前端中心处设置有湍流观测仪，湍流观测仪与艏部导流罩同轴，且伸出艏部导流罩一段距离；在艏部导流罩的上部位置处设置有CTD传感器，在艏部导流罩的下部位置处设置有流速传感器，CTD传感器和流速传感器均安装在传感器安装支架上；所述能源舱包括第一耐压舱体，在第一耐压舱体的前端设置有前端球盖，艏部导流罩与前端球盖相连接，在前端球盖上设置有水密插接件，在第一耐压舱体的内部设置有固定电池组；所述姿态调节舱包括第二耐压舱体，在第二耐压舱体的内部设置有姿态调节装置；在第一耐压舱体的后端和第二耐压舱体的前端之间设置有中间转接舱体，在第二耐压舱体的后端设置有后端球盖；在第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体的中心设置有密封拉紧杆，密封拉紧杆的一端与前端球盖连接，密封拉紧杆的另一端与后端球盖连接；通过密封拉紧杆将第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体拉紧为一体；所述密封拉紧杆的截面呈方形，在密封拉紧杆的部分段体上方设置有导轨齿条；所述姿态调节装置包括移动电池组，在固定电池组和移动电池组的中心设置有穿孔，所述密封拉紧杆经穿孔穿过固定电池组和移动电池组，在移动电池组的端部设置有驱动电机和传动齿轮，驱动电机与传动齿轮连接，传动齿轮与导轨齿条相啮合；所述推进舱包括尾部导流罩，尾部导流罩与后端球盖连接，在尾部导流罩内设置有转向装置和推进装置；所述湍流观测仪包括测量传感器、数字化采集舱、主控制舱和减振装置；所述减振装置包括机械振动减振结构，所述机械振动减振结构包括减振橡胶套筒，减振橡胶套筒套在湍流观测仪的数字化采集舱上，测量传感器安装在数字化采集舱的前端，在减振橡胶套筒的周圈间隔设置有减振膜式橡胶囊；所述减振膜式橡胶囊包括膜片本体，膜片本体的截面呈V形，在膜片本体的一边沿设置有第一连接片，在膜片本体的另一边沿设置有第二连接片，第二连接片与减振橡胶套筒相连接，第一连接片的上方设置有固定头，在固定头上设置有通孔，在通孔中穿过有固定杆，固定杆的一端与主控制舱相连接，主控制舱与湍流观测舱相连接。优选的，所述减振装置还包括流激减振结构，所述流激减振结构包括一呈锥形的橡胶罩体，在橡胶罩体的头部中心设置有方便测量传感器穿过的圆孔，在橡胶罩体的内侧周圈间隔设置有固定柱，在固定柱上设置有固定孔，所述固定杆的另一端插入固定孔中。优选的，所述减振膜式橡胶囊的宽度从连接固定杆的一端至连接减振橡胶套筒的另一端逐渐减小，整体呈扇形。优选的，所述密封拉紧杆的一端设置有限位固定盘，密封拉紧杆依次穿过第一耐压舱体、中间转接舱、第二耐压舱体和后端球盖，在密封拉紧杆的另一端设置有连接头，并在连接头处配置有锁紧件；在中间转接舱的中心设置有定位通孔。优选的，在姿态调节舱和推进舱的连接处还设置有浮力补偿装置，所述浮力补偿装置包括内油囊和外油囊，内油囊通过出油管与外油囊连接，外油囊通过进油管与内油囊连接，在出油管上设置有出油控制电机泵，在进油管上设置有进油控制电机泵；所述内油囊设置在姿态调节舱中，外油囊设置在推进舱中。优选的，在姿态调节舱的尾部设置有柔性通信天线。优选的，所述转向装置包括水平舵和可转动的垂直舵，垂直舵与用于驱动其转动的舵机相连接；所述推进装置包括螺旋桨和用于带动螺旋桨转动的推进电机；所述舵机和推进电机均置于耐压机舱中。优选的，所述导轨齿条与密封拉紧杆为可拆卸式连接，导轨齿条的两端通过螺栓与密封拉紧杆相连接。优选的，所述艏部导流罩和尾部导流罩上均设置有透水孔，在艏部导流罩的上下两端分别对应CTD传感器和流速传感器的位置处设置有开孔。本专利技术的有益技术效果是：1、本专利技术海洋湍流观测系统能够实现海洋湍流的自主式观测，机动性强，不受母船、海况、操作人员的影响，可在近岸进行布放，极大的降低了海洋湍流观测的作业成本。2、本专利技术海洋湍流观测系统通过姿态调节装置与转向装置和推进装置进行配合，可进行锯齿状运动观测和水平航行观测两种观测方式，实现海洋湍流混合在横向和纵向的空间与时间多维同步观测。3、本专利技术海洋湍流观测系统分段布置，前端头处为测量传感器部分，后端头处为动力部分，一方面可防止互相影响，提高湍流测量的精度，另一方面传感器均集成在前端处，更换方便。4、本专利技术将湍流观测仪设置在湍流观测舱艏部导流罩的前端中心处，且湍流观测仪中配备有减振装置，从两个方面对湍流观测仪的测量传感器进行减振，一方面采用减振橡胶套筒和减振膜式橡胶囊组成的机械振动减振结构对观测系统的电机等产生的振动进行消减，另一方面采用数字化采集舱前端头处的锥形橡胶罩体形成流激减振结构，以减小流激振动对传感器测量的影响；该两方面减振结构共同配合，可起到较好的减振效果。5、本专利技术海洋湍流观测系统中分段的舱体通过密封拉紧杆进行拉紧，而且姿态调节装置通过移动电池包沿密封拉紧杆的前后移动进行观测系统重心调节，操作简单方便，姿态调节容易。6、本专利技术在安装柔性通信天线的位置处设置浮力补偿装置，一方面可实现系统运动状态的调节，另一方面可在海洋湍流混合观测系统上浮到水面上进行通信时，通过调节浮力补偿装置，使观测系统尾部翘起，尽可能避免海浪的干扰，提高通信效果。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的整体外部结构示意图；图2为本专利技术的结构原理示意图；图3为本专利技术中能源舱、中间转接舱和姿态调节舱的结构原理示意图；图4为图3中去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋湍流观测系统，其特征在于：该系统从前至后依次包括湍流观测舱、能源舱、姿态调节舱和推进舱；/n所述湍流观测舱包括艏部导流罩，在艏部导流罩的前端中心处设置有湍流观测仪，湍流观测仪与艏部导流罩同轴，且伸出艏部导流罩一段距离；在艏部导流罩的上部位置处设置有CTD传感器，在艏部导流罩的下部位置处设置有流速传感器，CTD传感器和流速传感器均安装在传感器安装支架上；/n所述能源舱包括第一耐压舱体，在第一耐压舱体的前端设置有前端球盖，艏部导流罩与前端球盖相连接，在前端球盖上设置有水密插接件，在第一耐压舱体的内部设置有固定电池组；/n所述姿态调节舱包括第二耐压舱体，在第二耐压舱体的内部设置有姿态调节装置；在第一耐压舱体的后端和第二耐压舱体的前端之间设置有中间转接舱体，在第二耐压舱体的后端设置有后端球盖；在第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体的中心设置有密封拉紧杆，密封拉紧杆的一端与前端球盖连接，密封拉紧杆的另一端与后端球盖连接；通过密封拉紧杆将第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体拉紧为一体；/n所述密封拉紧杆的截面呈方形，在密封拉紧杆的部分段体上方设置有导轨齿条；所述姿态调节装置包括移动电池组，在固定电池组和移动电池组的中心设置有穿孔，所述密封拉紧杆经穿孔穿过固定电池组和移动电池组，在移动电池组的端部设置有驱动电机和传动齿轮，驱动电机与传动齿轮连接，传动齿轮与导轨齿条相啮合；/n所述推进舱包括尾部导流罩，尾部导流罩与后端球盖连接，在尾部导流罩内设置有转向装置和推进装置；/n所述湍流观测仪包括测量传感器、数字化采集舱、主控制舱和减振装置；所述减振装置包括机械振动减振结构，所述机械振动减振结构包括减振橡胶套筒，减振橡胶套筒套在湍流观测仪的数字化采集舱上，测量传感器安装在数字化采集舱的前端，在减振橡胶套筒的周圈间隔设置有减振膜式橡胶囊；/n所述减振膜式橡胶囊包括膜片本体，膜片本体的截面呈V形，在膜片本体的一边沿设置有第一连接片，在膜片本体的另一边沿设置有第二连接片，第二连接片与减振橡胶套筒相连接，第一连接片的上方设置有固定头，在固定头上设置有通孔，在通孔中穿过有固定杆，固定杆的一端与主控制舱相连接，主控制舱与湍流观测舱相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海洋湍流观测系统，其特征在于：该系统从前至后依次包括湍流观测舱、能源舱、姿态调节舱和推进舱；
所述湍流观测舱包括艏部导流罩，在艏部导流罩的前端中心处设置有湍流观测仪，湍流观测仪与艏部导流罩同轴，且伸出艏部导流罩一段距离；在艏部导流罩的上部位置处设置有CTD传感器，在艏部导流罩的下部位置处设置有流速传感器，CTD传感器和流速传感器均安装在传感器安装支架上；
所述能源舱包括第一耐压舱体，在第一耐压舱体的前端设置有前端球盖，艏部导流罩与前端球盖相连接，在前端球盖上设置有水密插接件，在第一耐压舱体的内部设置有固定电池组；
所述姿态调节舱包括第二耐压舱体，在第二耐压舱体的内部设置有姿态调节装置；在第一耐压舱体的后端和第二耐压舱体的前端之间设置有中间转接舱体，在第二耐压舱体的后端设置有后端球盖；在第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体的中心设置有密封拉紧杆，密封拉紧杆的一端与前端球盖连接，密封拉紧杆的另一端与后端球盖连接；通过密封拉紧杆将第一耐压舱体、中间转接舱体和第二耐压舱体拉紧为一体；
所述密封拉紧杆的截面呈方形，在密封拉紧杆的部分段体上方设置有导轨齿条；所述姿态调节装置包括移动电池组，在固定电池组和移动电池组的中心设置有穿孔，所述密封拉紧杆经穿孔穿过固定电池组和移动电池组，在移动电池组的端部设置有驱动电机和传动齿轮，驱动电机与传动齿轮连接，传动齿轮与导轨齿条相啮合；
所述推进舱包括尾部导流罩，尾部导流罩与后端球盖连接，在尾部导流罩内设置有转向装置和推进装置；
所述湍流观测仪包括测量传感器、数字化采集舱、主控制舱和减振装置；所述减振装置包括机械振动减振结构，所述机械振动减振结构包括减振橡胶套筒，减振橡胶套筒套在湍流观测仪的数字化采集舱上，测量传感器安装在数字化采集舱的前端，在减振橡胶套筒的周圈间隔设置有减振膜式橡胶囊；
所述减振膜式橡胶囊包括膜片本体，膜片本体的截面呈V形，在膜片本体的一边沿设置有第一连接片，在膜片本体的另一边沿设置有第二连接片，第二连接片与减振橡胶套筒相连接，第一连接片的上方设置有固定头，在固定头上设置有通孔，在通孔中穿过有固定杆，固定杆的一端与主控制舱相连接，主...

【专利技术属性】
技术研发人员：乜云利，宋大雷，杨华，姜迁里，高奇，栾新，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37