CN101949915A

CN101949915A - 深海原位近海底剖面观测装置

Info

Publication number: CN101949915A
Application number: CN2010102043766A
Authority: CN
Inventors: 赵广涛; 于新生; 孙剑
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-01-19

Abstract

本发明是一种深海原位近海底剖面观测装置，属于海底观测装置领域。该观测装置包括固定在海底的海底原位观测平台框架，其中，框架上固定有相互平行的导向架，导向架垂直于海底平面方向，导向架之间设有上运动平台，上运动平台沿导向架上下移动，上运动平台与上驱动电机输出轴的末端固定连接，上驱动电机固定在框架上，上运动平台的底部固定连接有小导向架，小导向架分别位于导向架的内侧，且平行于导向架，小导向架沿导向架上下移动，小导向架之间设有下运动平台，下运动平台沿小导向架上下移动，小导向架之间固定连接支架，支架上设置下驱动电机，下驱动电机输出轴的末端与下运动平台固定连接，下运动平台上设置测量传感器。其可以提高深海海底环境参数变化的高空间分辨率探测能力，实现海底边界层环境参数的高精度剖面测量。

Description

深海原位近海底剖面观测装置

技术领域

本发明涉及一种海底观测装置，尤其是一种深海原位近海底剖面观测装置。

背景技术

占地球面积50％的深海海底以其广阔的空间、丰富的资源和特殊的政治地位日益成为世界各国关注的战略区域，加快提升深海资源探测、研究与开发能力是国家的根本利益所在。深海海底边界层是物理、化学和生物过程耦合相互作用最为复杂的区域，是揭示深海成矿过程机理、监控地圈-水圈-生物圈***的物质循环和质量平衡、探寻深海极端生态***变化规律、预测地球***长期变化的关键区域，然而目前人类对深海海底边界层、特别是其在海底成矿、沉积和生物作用过程中特殊贡献的了解却非常有限，许多方面尚处空白。因此，研发深海海底边界层原位监测技术，对于加快提升我国海底资源探测开发的技术创新能力、促进深海科学研究、维护国家海洋权益均具有极为重要的意义。海底原位监测技术是一种能对海底表面或近海底进行定点、连续、多要素同步测量的水下监测技术，具有长期、原位、实时的观测能力，它集机电技术及各种传感器及仪器设备为一体，可对海底边界层的水文、生物和地质等多种要素的变化进行监测，已成为近年来国际深海探测的主要技术手段。美国、德国、法国、英国、日本等国家已相继研制了海底原位监测装置，并借此开展了海底天然气水合物、热液活动、海底生态环境以及地圈-水圈-生物圈***物质循环和质量平衡的观测研究。与国外发达国家相比，我国海底监测技术研究起步较晚，基础比较薄弱，目前所采用的探测手段仍停留在传统的海底潜标技术水平，即将传感器固定在框架上，对海底某个固定点进行长时序观测，致使我国的深海研究开发水平与发达国家的差距不断增大。因此，尽快提升我国深海资源的研究开发技术能力，已成为实现我国深海战略目标中亟待解决的问题。

另外，已有的海底监测技术包括海底边界层通量检测装置、海底原位观测平台、海底监测传感器、海底水样采集器等，这些装置或针对特定研究目标而设计，仅对边界层的单项或若干固定参数指标进行探测，该方法制约了人们对深海海底空间参数的深入了解，特别是近海底的物质交换的梯度变化过程。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种可进行垂直剖面多点位测量的组合式观测装置，提高了深海海底环境参数变化的高空间分辨率探测能力，实现了海底边界层环境参数的高精度剖面测量。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种深海原位近海底剖面观测装置，包括固定在海底的海底原位观测平台框架，其中，框架上固定有相互平行的导向架，导向架垂直于海底平面方向，导向架之间设有上运动平台，上运动平台沿导向架上下移动，上运动平台与上驱动电机1输出轴的末端固定连接，上驱动电机固定在框架上，上运动平台的底部固定连接有小导向架，小导向架分别位于导向架的内侧，且平行于导向架，小导向架沿导向架上下移动，小导向架之间设有下运动平台，下运动平台沿小导向架上下移动，小导向架之间固定连接支架，支架上设置下驱动电机，下驱动电机输出轴的末端与下运动平台固定连接，下运动平台上设置测量传感器。

本发明中，所述的上运动平台和下运动平台的形状可以为圆形、圆环形、方形、方环形、多边形、多边环形或其他形状。

所述导向架和小导向架沿垂直于海底平面方向至少设置两根。

所述测量传感器为CTD、浊度计、PH值传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器或其他传感器。

所述测量传感器上集成有高度计。

本发明的有益效果是：(1)该观测装置具备良好的水下稳定性能。因此该观测***不但可用于深海的长期观测，也适于浅海海底的长期观测，拓展了观测装置的应用范围，同时也为海底观测网络***提供了机动灵活的互补观测技术手段；(2)本发明采用集成化多传感器技术，实现了传感器的海底多传感器/仪器长时序监测的数据融合与有效控制，建立了海底边界层的PH值、浊度值、氧气、甲烷和二氧化碳等化学参数和海底水文动力参数的同步监测机制，为深海海底成矿、动力、生态环境微尺度变化观测提供了精确的数据资料；(3)该深海原位近海底剖面观测装置提高了深海海底环境参数变化的高空间分辨率探测能力，实现了海底边界层环境参数的高精度剖面测量，便于人们对深海海底空间参数进行更深入的了解，尤其是近海底物质交换的梯度变化过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明所述的深海原位近海底剖面观测装置。该装置设置在海底原位观测平台框架7上。海底原位观测平台框架7固定在海底，深海原位近海底剖面观测装置通过海底原位观测平台框架7设置在近海底位置。该装置包括多根相互平行的导向架6，导向架6沿垂直于海底方向设置，导向架6固定在海底原位观测平台框架7上。导向架6之间设有上运动平台5，上运动平台5沿导向架6上下移动，因此导向架6起到了导向作用。上运动平台5与上驱动电机1输出轴的末端固定连接，上驱动电机1固定在框架7上，上驱动电机1可以控制上运动平台5沿导向架6上下移动。

上运动平台5的底部固定连接有小导向架8，小导向架8分别位于导向架6的内侧，且平行于导向架6，小导向架8能够沿导向架6上下移动。小导向架8之间设有下运动平台4，下运动平台4沿小导向架8上下移动。小导向架8之间固定连接有支架，支架上固定设置下驱动电机2，下驱动电机2输出轴的末端与下运动平台4固定连接，下驱动电机2控制下运动平台4沿小导向架8上下移动。

上运动平台5和下运动平台4呈直径为200mm的圆环，均采用强度好、密度低的聚四氟乙烯材料制成。下运动平台4上设有测量传感器3，测量传感器3上集成有高度计，本实施例中采用的高度计为声学高度计，其型号为英国Tritech公司的PA500-6，测量范围为0.1-10m，分辨率为1mm，该高度计用于测量传感器探头与海底的垂直距离。该距离信号将反馈到控制单元来调节电机的行程。所述测量传感器可以采用测量海水温度、盐度及深度的CTD即温盐深仪，测定海水浊度的浊度计，PH值传感器，氧气传感器，二氧化碳传感器以及甲烷传感器等，通过上述传感器测量得到实际需要的参数值。

利用本发明对深海原位近海底剖面进行观测的工作过程如下所述：首先，将观测装置整体固定安装在海底原位观测平台框架7上，装置底部距离框架底面即海底平面的距离不大于40cm。当原位观测装置投放到海底并且达到姿态稳定时，理想条件下测量传感器3距海底平面40cm左右，当出现较大偏差时，测量传感器3上的声学高度计将距离信号反馈到控制单元，控制单元发出的信号控制上驱动电机1对上移动平台5的高度进行调整，同时带动下导向柱8上下移动，从而使下移动平台4上的传感器与海底平面之间的距离为40cm左右，即测量传感器3的位置处于理想状态。然后控制单元发出观测指令，下驱动电机2根据声学高度计测量的实测数值控制下移动平台4上的测量传感器3在预先设定的高度位置进行上升或下降测量，实现不同高度的垂直剖面参数测量，提供海底微尺度的环境参数变化过程资料，导向架6和小导向架8为观测装置的垂直运动提供保障。通过该剖面观测装置可以测量边界层近海底态微尺度的物理参数、化学参数和生物参数。其垂直探测范围为50cm，精度为10cm。

本发明中，所述上运动平台5和下运动平台4的形状也可以为圆形、方形、方环形、多边形、多边环形或其他形状。所述导向架6和小导向架8沿垂直于海底平面方向至少设置两根。

Claims

1.一种深海原位近海底剖面观测装置，包括固定在海底的海底原位观测平台框架，其特征在于：框架上固定有相互平行的导向架，导向架垂直于海底方向，导向架之间设有上运动平台，上运动平台沿导向架上下移动，上运动平台与上驱动电机输出轴的末端固定连接，上驱动电机固定在框架上，上运动平台的底部固定连接有小导向架，小导向架分别位于导向架的内侧，且平行于导向架，小导向架沿导向架上下移动，小导向架之间设有下运动平台，下运动平台沿小导向架上下移动，小导向架之间固定连接支架，支架上设置下驱动电机，下驱动电机输出轴的末端与下运动平台固定连接，下运动平台上设置测量传感器。

2.根据权利要求1所述的深海原位近海底剖面观测装置，其特征在于：所述的上运动平台和下运动平台的形状可以为圆形、圆环形、方形、方环形、多边形或多边环形。

3.根据权利要求1所述的深海原位近海底剖面观测装置，其特征在于：所述导向架和小导向架沿垂直于海底平面方向至少设置两根。

4.根据权利要求1所述的深海原位近海底剖面观测装置，其特征在于：所述测量传感器为CTD、浊度计、PH值传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器或甲烷传感器。

5.根据权利要求1或4所述的深海原位近海底剖面观测装置，其特征在于：所述测量传感器上集成有高度计。

6.根据权利要求5所述的深海原位近海底剖面观测装置，其特征在于：所述的高度计为声学高度计。