CN110937072A - 自沉浮式剖面观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自沉浮式剖面观测装置，其包括压缩气瓶、可收缩气囊、第一电磁阀、第二电磁阀以及控制***；其中，压缩气瓶设有与压缩气瓶内相通的第一通气口，第一电磁阀设置在第一通气口上；可收缩气囊与压缩气瓶连接设置，可收缩气囊设有储气空间，储气空间与第一出气口连通设置，可收缩气囊上开设有与储气空间相通的第二通气口，第二电磁阀设置在第二通气口上。本装置由于采用压缩气体作为上浮的动力源，即使废弃到海洋中也不会对环境产生污染；此外，本装置还具有结构简单、制造成本低的特点。

Description

自沉浮式剖面观测装置

技术领域

本发明涉及一种自沉浮式剖面观测装置。

背景技术

ARGO浮标是一种用于检测海洋相关数据的测量设备，也叫剖面自动循环探测仪；现有的ARGO浮标通过液压活塞泵把油注入或吸入位于浮标底部的外部皮囊来改变整体体积，通过改变浮标的整体密度，来上升或者沉入在不同深度海域中，由于ARGO浮标需要承受深海的高压，需要特殊的设计来加强整体耐压性和密封性；另外，现有的ARGO浮标主要采用电池作为液压活塞泵的动力来源，电池用完后，整个ARGO浮标被废弃后，电池容易对环境造成污染。可见现有的ARGO浮标存在着结构复杂、制造成本高以及不够环保的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种自沉浮式剖面观测装置，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种自沉浮式剖面观测装置，其包括压缩气瓶、可收缩气囊、第一电磁阀、第二电磁阀以及控制***；其中，压缩气瓶设有与压缩气瓶内相通的第一通气口，第一电磁阀设置在第一通气口上；可收缩气囊与压缩气瓶连接设置，可收缩气囊设有储气空间，储气空间与第一出气口连通设置，可收缩气囊上开设有与储气空间相通的第二通气口，第二电磁阀设置在第二通气口上；第一电磁阀和第二电磁阀均与控制***电信号连接。

工作过程，预先将压缩气瓶充满压缩气体；初始状态时，第一电磁阀和第二电磁阀均处于闭合状态，将本装置放入到海水中，由于第二通气口被第二电磁阀控制闭合，空气被锁存在储气空间内，可收缩气囊提供浮力，压缩气瓶自身的重力驱动压缩气瓶调整到可收缩气囊的下方位置，即使整个装置形成浮心在上，重心在下的状态；然后控制***指令第二电磁阀处于导通状态，第二通气口与可收缩气囊的储气空间导通，由于整个装置在重力的作用下具有带着可收缩气囊往下沉的趋势，可收缩气囊收到海水压强的挤压而收缩，空气从第二通气口被排挤出去，可收缩气囊的浮力消失，整个装置开始下沉，由于海水的密度会随着深度的增加而增大，直到整个装置下潜到预设深度的海域(可预先根据所想要达到的深度通过计算来设计整个装置的密度)，该预设深度的海域的密度与整个装置的密度相等，整个装置停止下沉；在装置下沉的过程中，通过搭载的仪器设备来工作(例如采集海洋信息)，当工作完成后，控制***指令第一电磁阀处于导通状态，同时控制第二电磁阀处于关闭状态，即将第二通气口关闭，压缩气体从压缩气瓶内由第一通气口喷灌到可收缩气囊的储气空间内，可收缩气囊膨胀储气空间内重新灌满空气，可收缩气囊的浮力恢复，由于可收缩气囊与压缩气瓶连接设置，可收缩气囊带着整个装置上浮到海平面上，然后使用者将本装置回收；本装置由于采用压缩气体作为上浮的动力源，即使废弃到海洋中也不会对环境产生污染；此外，由于压缩气瓶内充满了高压的压缩气体，压缩气瓶的壳体承受内压，那么在设计和制造时，只考虑壳体材料的抗拉强度即可；而现有的ARGO浮标的外壳设计时，由于外壳需要承受海水所施加的外压，那么相应地需要考虑两点：1、外壳的抗压强度需要承受海水所产生的强压；和2、如何避免发生“失稳效应”；那么与现有技术相比，在同等条件下，本装置中压缩气瓶的壳体的稳定性和安全性更高,使得本装置具有结构简单、制造成本低的特点。

在一些实施方式中，还包括测量模块、第一压强传感器和第二压强传感器；其中，测量模块设置成采集第一压强传感器和第二压强传感器的数值，测量模块与控制***电信号连接；第一压强传感器设置监测压缩气瓶内的压强，第二压强传感器设置监测海水的压强。

这样，随着本装置的下潜，本装置所处海域的压强也会逐渐增大，第二压强传感器将检测的海水压强数值实时传递给测量模块，同时第一压强传感器将检测的压缩气瓶内的瓶内压强数值实时传递给测量模块，测量模块实时监测第二压强传感器的数值，当第二压强传感器的监测数值达到所预设深度的压强数值时，发送上升指令给控制***，并且在这个过程中要保证第一压强传感器的数值始终大于第二压强传感器的数值，如果第二压强传感器所测数值接近第一压强传感器所测数值时，即使本装置未下潜到预设深度，测量模块也会强制发出上升指令给控制***；然后控制***指令第一电磁阀处于导通状态，同时控制第二电磁阀处于关闭状态，即将第二通气口关闭，压缩气体从压缩气瓶内由第一通气口喷灌到可收缩气囊的储气空间内，储气空间内重新灌满空气，可收缩气囊的浮力恢复，由于可收缩气囊与压缩气瓶连接设置，可收缩气囊带着整个装置上浮到海平面上；避免本装置下潜到海水压强大于瓶内压强的海域，以防气体由于压强过小不能充灌到储气空间内，从而规避了本装置不能上浮的风险。

在一些实施方式中，还包括储水单元、第三电磁阀和深度监测单元，储水单元内设有真空腔体，储水单元上开设有与真空腔体相连通的进水口，第三电磁阀设置在进水口上；第三电磁阀和深度监测单元均与控制***电信号连接；储水单元与压缩气瓶连接设置。

这样，随着多次使用，压缩气瓶内的气体逐渐消耗，本装置的重力逐渐减轻，相应地本装置的密度逐渐变小，由于海水的密度是随着深度逐渐增大的，那么本装置的下潜深度会逐渐变浅；当深度监测单元监测到本装置的深度变化停止后(说明本装置已经达到极限下潜深度)，深度监测单元将信号传递给控制***，控制***指令第三电磁阀打开，使得一定量的海水从进水口进入到储水单元内的真空腔体，增加了本装置的重量，相应地增大了本装置的密度，使得本装置继续下潜，同时深度监测单元继续监测深度，当达到预定深度时，控制***指令第三电磁阀关闭，使得本装置停止继续下潜。

在一些实施方式中，还包括节流阀，节流阀设置在进水口与真空腔体之间。

这样，通过在进水口与真空腔体之间设置节流阀，当控制***指令第三电磁阀打开，水量可通过节流阀的调节按照预设流量流入到储水单元内的真空腔体，提高了控制精度。

在一些实施方式中，还包括海水过滤器，海水过滤器设置在进水口上。

这样，通过在进水口上设置海水过滤器，海水过滤器可以将杂物阻挡在外，防止杂物将进水口堵塞。

在一些实施方式中，还包括连接杆；可收缩气囊通过连接杆与压缩气瓶连接设置。

这样，通过在可收缩气囊与压缩气瓶连接设置连接杆，使得可收缩气囊与压缩气瓶一同上浮或下潜，实现了可收缩气囊与压缩气瓶连接设置。

在一些实施方式中，还包括气瓶充气接头；气瓶充气接头设置在压缩气瓶上，且与压缩气瓶内相连通。

这样，当本装置的压缩气瓶中的压缩气体用完时，可以通过气瓶充气接头来充入压缩气体，使得本装置具备了循环使用的特点。

在一些实施方式中，还包括海洋数据检测单元和数据存储模块；海洋数据检测单元和数据存储模块电信号连接，数据存储模块与控制***电信号连接。

这样，使得本装置具备了收集海水信息的功能，并将相关信息存储在数据存储模块中。

在一些实施方式中，还包括卫星通讯***，卫星通讯***与控制***和数据存储模块电信号连接。

这样，当本装置收集完数据上浮到海平面后，控制***指令将数据存储模块中的数据通过卫星通讯***发送到监控平台上。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的自沉浮式剖面观测装置；

图2为图1所示的自沉浮式剖面观测装置的原理图；

图3为图1所示的自沉浮式剖面观测装置处于下潜状态的示意图；

图4为图1所示的自沉浮式剖面观测装置处于上浮状态的示意图。

附图标号：

1-压缩气瓶、11-第一通气口、12-第一电磁阀、2-可收缩气囊、21-第二通气口、23-储气空间、24-第二电磁阀、3-管道、4-控制***、5-蓄电池、50-测量模块、51-第一压强传感器、52-第二压强传感器、6-储水单元、61-真空腔体、62-进水口、63-第三电磁阀、621-海水过滤器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1至图4示意性的显示了本发明一种实施方式的自沉浮式剖面观测装置的结构和原理。

如图1至图4所示，该自沉浮式剖面观测装置包括压缩气瓶1、可收缩气囊2、第一电磁阀12、第二电磁阀24以及控制***4；其中，压缩气瓶1设有与压缩气瓶1内相通的第一通气口11，第一电磁阀12设置在第一通气口11上；可收缩气囊2与压缩气瓶1连接设置，可收缩气囊2设有储气空间23，储气空间23与第一出气口连通设置，可收缩气囊2上开设有与储气空间23相通的第二通气口21，第二电磁阀24设置在第二通气口21上；第一电磁阀12和第二电磁阀24均与控制***4电信号连接。详细地，第一通气口11通过管道3延伸到储气空间23内，以实现储气空间23与第一出气口连通设置。控制***4通过本装置内置的蓄电池5来供电。

工作过程，预先将压缩气瓶1充满压缩气体；初始状态时，第一电磁阀12和第二电磁阀24均处于闭合状态，将本装置放入到海水中，由于第二通气口21被第二电磁阀24控制闭合，空气被锁存在储气空间23内，可收缩气囊2提供浮力，压缩气瓶1自身的重力驱动压缩气瓶1调整到可收缩气囊2的下方位置，即使整个装置形成浮心在上，重心在下的状态；然后控制***4指令第二电磁阀24处于导通状态，第二通气口21与可收缩气囊2的储气空间23导通，由于整个装置在重力的作用下具有带着可收缩气囊2往下沉的趋势，可收缩气囊2收到海水压强的挤压而收缩，空气从第二通气口21被排挤出去，可收缩气囊2的浮力消失，整个装置开始下沉，由于海水的密度会随着深度的增加而增大，直到整个装置下潜到预设深度的海域(可预先根据所想要达到的深度通过计算来设计整个装置的密度)，该预设深度的海域的密度与整个装置的密度相等，整个装置停止下沉；在装置下沉的过程中，通过搭载的仪器设备来工作(例如采集海洋信息)，当工作完成后，控制***4指令第一电磁阀12处于导通状态，同时控制第二电磁阀24处于关闭状态，即将第二通气口21关闭，压缩气体从压缩气瓶1内由第一通气口11喷灌到可收缩气囊2的储气空间23内，可收缩气囊2膨胀储气空间23内重新灌满空气，可收缩气囊2的浮力恢复，由于可收缩气囊2与压缩气瓶1连接设置，可收缩气囊2带着整个装置上浮到海平面上，然后使用者将本装置回收；本装置由于采用压缩气体作为上浮的动力源，即使废弃到海洋中也不会对环境产生污染；此外，由于压缩气瓶1内充满了高压的压缩气体，压缩气瓶1的壳体承受内压，那么在设计和制造时，只考虑壳体材料的抗拉强度即可；而现有的ARGO浮标的外壳设计时，由于外壳需要承受海水所施加的外压，那么相应地需要考虑两点：1、外壳的抗压强度需要承受海水所产生的强压；和2、如何避免发生“失稳效应”；那么与现有技术相比，在同等条件下，本装置中压缩气瓶1的壳体的稳定性和安全性更高，使得本装置具有结构简单、制造成本低的特点。

在本实施例中，还包括测量模块50、第一压强传感器51和第二压强传感器52；其中，测量模块50设置成采集第一压强传感器51和第二压强传感器52的数值，测量模块50与控制***4电信号连接；第一压强传感器51设置监测压缩气瓶1内的压强，第二压强传感器52设置监测海水的压强。

这样，随着本装置的下潜，本装置所处海域的压强也会逐渐增大，第二压强传感器52将检测的海水压强数值实时传递给测量模块50，同时第一压强传感器51将检测的压缩气瓶1内的瓶内压强数值实时传递给测量模块50，测量模块50实时监测第二压强传感器52的数值，当第二压强传感器52的监测数值达到所预设深度的压强数值时，发送上升指令给控制***4，并且在这个过程中要保证第一压强传感器51的数值始终大于第二压强传感器52的数值，如果第二压强传感器52所测数值接近第一压强传感器51所测数值时，即使本装置未下潜到预设深度，测量模块50也会强制发出上升指令给控制***4；，然后控制***4指令第一电磁阀12处于导通状态，同时控制第二电磁阀24处于关闭状态，即将第二通气口21关闭，压缩气体从压缩气瓶1内由第一通气口11喷灌到可收缩气囊2的储气空间23内，储气空间23内重新灌满空气，可收缩气囊2的浮力恢复，由于可收缩气囊2与压缩气瓶1连接设置，可收缩气囊2带着整个装置上浮到海平面上；避免本装置下潜到海水压强大于瓶内压强的海域，以防气体由于压强过小不能充灌到储气空间23内，从而规避了本装置不能上浮的风险。

在本实施例中，还包括储水单元6、第三电磁阀63和深度监测单元，储水单元6内设有真空腔体61，储水单元6上开设有与真空腔体61相连通的进水口62，第三电磁阀63设置在进水口62上；第三电磁阀63和深度监测单元均与控制***4电信号连接；储水单元6与压缩气瓶1连接设置。

这样，随着多次使用，压缩气瓶1内的气体逐渐消耗，本装置的重力逐渐减轻，相应地本装置的密度逐渐变小，由于海水的密度是随着深度逐渐增大的，那么本装置的下潜深度会逐渐变浅；当深度监测单元监测到本装置的深度变化停止后(说明本装置已经达到极限下潜深度)，深度监测单元将信号传递给控制***4，控制***4指令第三电磁阀63打开，使得一定量的海水从进水口62进入到储水单元6内的真空腔体61，增加了本装置的重量，相应地增大了本装置的密度，使得本装置继续下潜，同时深度监测单元继续监测深度，当达到预定深度时，控制***4指令第三电磁阀63关闭，使得本装置停止继续下潜。

在本实施例中，还包括节流阀，节流阀设置在进水口62与真空腔体61之间。

这样，通过在进水口62与真空腔体61之间设置节流阀，当控制***4指令第三电磁阀63打开，水量可通过节流阀的调节按照预设流量流入到储水单元6内的真空腔体61，提高了控制精度。

在本实施例中，还包括海水过滤器621，海水过滤器621设置在进水口62上。

这样，通过在进水口62上设置海水过滤器621，海水过滤器621可以将杂物阻挡在外，防止杂物将进水口62堵塞。

在本实施例中，还包括连接杆；可收缩气囊2通过连接杆与压缩气瓶1连接设置。

这样，通过在可收缩气囊2与压缩气瓶1连接设置连接杆，使得可收缩气囊2与压缩气瓶1一同上浮或下潜，实现了可收缩气囊2与压缩气瓶1连接设置。

在本实施例中，还包括气瓶充气接头；气瓶充气接头设置在压缩气瓶1上，且与压缩气瓶1内相连通。这样，当本装置的压缩气瓶1中的压缩气体用完时，可以通过气瓶充气接头来充入压缩气体，使得本装置具备了循环使用的特点。

在本实施例中，还包括海洋数据检测单元和数据存储模块；海洋数据检测单元和数据存储模块电信号连接，数据存储模块与控制***4电信号连接。详细地，海洋数据检测单元的具体类型可以是溶解氧探测器、叶绿素探测器、营养物探测器、pH探测器等等，本装置上浮或下潜过程，可以通过前述的各种海洋数据检测单元来采集数据。这样，使得本装置具备了收集海水信息的功能，并将相关信息存储在数据存储模块中。

在本实施例中，还包括卫星通讯***，卫星通讯***与控制***4和数据存储模块电信号连接。这样，当本装置收集完数据上浮到海平面后，控制***4指令将数据存储模块中的数据通过卫星通讯***发送到监控平台上。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，包括压缩气瓶、可收缩气囊、第一电磁阀、第二电磁阀以及控制***；

其中，所述压缩气瓶设有与压缩气瓶内相通的第一通气口，所述第一电磁阀设置在所述第一通气口上；

所述可收缩气囊与所述压缩气瓶连接设置，可收缩气囊设有储气空间，所述储气空间与所述第一出气口连通设置，所述可收缩气囊上开设有与所述储气空间相通的第二通气口，所述第二电磁阀设置在所述第二通气口上；

所述第一电磁阀和所述第二电磁阀均与所述控制***电信号连接。

2.根据权利要求1所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括测量模块、第一压强传感器和第二压强传感器；

其中，所述测量模块设置成采集所述第一压强传感器和第二压强传感器的数值，测量模块与所述控制***电信号连接；

所述第一压强传感器设置监测所述压缩气瓶内的压强，所述第二压强传感器设置监测海水的压强。

3.根据权利要求1所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括储水单元、第三电磁阀和深度监测单元，所述储水单元内设有真空腔体，所述储水单元上开设有与所述真空腔体相连通的进水口，第三电磁阀设置在所述进水口上；

所述第三电磁阀和所述深度监测单元均与所述控制***电信号连接；

所述储水单元与所述压缩气瓶连接设置。

4.根据权利要求3所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括节流阀，所述节流阀设置在所述进水口与所述真空腔体之间。

5.根据权利要求3所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括海水过滤器，所述海水过滤器设置在所述进水口上。

6.根据权利要求1所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括连接杆；所述可收缩气囊通过所述连接杆与所述压缩气瓶连接设置。

7.根据权利要求1所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括气瓶充气接头；所述气瓶充气接头设置在所述压缩气瓶上，且与压缩气瓶内相连通。

8.根据权利要求1所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括海洋数据检测单元和数据存储模块；

所述海洋数据检测单元和所述数据存储模块电信号连接，数据存储模块与所述控制***电信号连接。

9.根据权利要求8所述的自沉浮式剖面观测装置，其特征在于，还包括卫星通讯***，所述卫星通讯***与所述控制***和所述数据存储模块电信号连接。

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