CN111665566B - 一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，包括一个或多个玻璃仪器舱球以及设于玻璃仪器舱球底部的镇重锚，所述玻璃仪器舱球内设置有水声控制电路板、全姿态高频检波器、GPS、电池组、电子罗盘、水声通讯模块，其特征在于：在玻璃仪器舱球与镇重锚之间设置有用于回收该玻璃仪器舱球的升降控制机构。实现了全自动的浮力调控目的，使用方便，能够提高海底地震仪回收效率及成功率，降低仪器回收故障率，实现全自动回收目的，该机构通过控制海水量的进出来调节浮力大小，与传统电腐蚀、电熔断等破坏方式相比，不但降低设备维护量，而且能够重复使用，大大降低了使用成本。

Description

一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪
技术领域
本发明涉及海洋观测仪器技术领域，尤其涉及一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪。
背景技术
海洋观测仪器是用于海洋观测的所有仪器的总称，是观测和测量海洋的基本工具，通常指采样、测量、观察、分析和数据处理等设备。海洋观测仪器是技术密集、知识密集和资金密集的高技术领域之一，是海洋信息产业的支柱。对海洋的正确认识来自实验观测，海洋科学研究的每一个重大发现或进步都与某项新仪器的应用密切相关，先进的海洋观测仪器对海洋科学的进步是至关紧要的。海洋观测仪器按结构原理可分为声学式仪器、光学式仪器、电子式仪器、机械式仪器以及遥测遥感仪器等。其中船用海洋观测仪器品种最多，按其操作方式分类，包括(1)投弃式：从调查船或低空飞行的飞机上将仪器的传感器投入海中，传感器与仪器间的运算、记录部分用导线联系，或者通过无线电波，将测得的数据传递到船或飞机上，传感器简单、价廉，用后不再回收。(2)自返式：从船上(或飞机)上将仪器投入大海中，仪器到达预定深度或触及海底时测量，完成测量任务或采样后，释放装置动作，卸掉压载的重物，仪器借助自身的浮力返回海面。或者在浮至海面时通过微波通道向船(或飞机)上的记录装置传递测量数据，或由船将仪器回收，而数据记录在仪器内装的磁带上。(3)悬挂式：利用船上的绞车吊杆从船舷旁把仪器送入海中，在船只锚定或飘流的情况下进行观测。(4)拖曳式：工作时从船尾放人海中，拖曳在船后进行走航。
海底地震仪(OceanBottomSeismograph)是为在海底观测地震及其他地壳构造事件引起的微振动而设计的地震仪。通过架设海底地震仪可观测到陆上不易观测到的前震和微震活动，便于弄清地球构造的区域性差异，是测定海沟、洋中脊附近地震动态和特征的最有力手段。海底地震仪在完成测量任务或采样后，释放装置动作，卸掉压载的重物，仪器借助自身的浮力返回海面的技术中，常用的有电熔断、电腐蚀以及脱钩机构等手段。
CN106680877A公开了一种低功耗宽频带单舱球海底地震仪，其包括塑料外壳、玻璃仪器舱球、自沉浮机构、配重弹起架；其中玻璃仪器舱球固装于塑料外壳内，自沉浮机构位于塑料外壳顶端，配重弹起架位于塑料外壳底端；在自沉浮机构与配重弹起架之间以拉紧钢丝固接，将塑料外壳舱固定于配重架中。
CN102426389A公开了一种便携式小型海底地震仪，包括塑料仪器舱、电腐蚀释放机构和沉耦架，塑料仪器舱内的玻璃舱球顶部有水声压力传感器，内部有全姿态高频检波器、水声通讯模块、无线信标机、GPS、电子罗盘和电源，沉耦架为基座。全姿态高频检波器的粘接方式大量节省内部空间，简化了内部地震计的姿态调整操作。脱钩方式用球下单点连接，易于安装，结构稳定可靠。
CN102288989A公开了一种单舱球组合式宽频带海底地震仪，涉及地震技术，用于海底天然地震观测。包括功能舱、地震计舱、脱钩机构和沉耦架。脱钩机构固定在功能舱的塑料上壳顶部与沉耦架通过耐腐蚀拉紧钢丝连接，仪器回收时，通过电腐蚀原理熔断钢丝后，功能舱和地震计舱自然上浮回收。
由此可知，目前的海底地震仪技术尽管能够从海底借助浮力返回海面实现回收，但是采用前面提到的几种释放方式，熔断和电腐蚀虽然能够控制释放装置动作，卸掉压载的重物，但会破坏设备的部分结构，再次使用时需要进行部件更换，拆卸费时费力，而且在有些情况下，熔断和电腐蚀出现问题时，就无法控制释放装置动作，由于设备在海底，人工无法进行操作控制，只能够舍弃该海洋观测仪器，进而造成昂贵仪器的浪费。因此，如何能够提高海底地震仪的回收效率，降低海底地震仪回收故障率，实现全自动回收目的，成为了目前海底地震仪回收技术领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用方便，能够提高海底观测仪器回收效率及成功率，降低仪器回收故障率，实现全自动回收目的，降低设备维护量的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，包括一个或多个玻璃仪器舱球以及设于玻璃仪器舱球底部的镇重锚，所述玻璃仪器舱球内设置有水声控制电路板、全姿态高频检波器、GPS、电池组、电子罗盘、水声通讯模块，其特征在于：在玻璃仪器舱球与镇重锚之间设置有用于回收该玻璃仪器舱球的升降控制机构，所述升降控制机构包括一升降控制舱，在升降控制舱的两侧分别设置有一用于调节升降控制舱浮力大小的第一浮力调节舱、第二浮力调节舱，所述第一浮力调节舱、第二浮力调节舱分别包括第一浮力调节腔、第二浮力调节腔，在第一、二浮力调节腔内分别设置有用于改变两浮力调节腔内部容积大小的第一、第二调节装置，所述升降控制舱包括一控制腔室，在控制腔室内设置有驱动所述第一、第二调节装置运行的动力***，所述升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处均设置有当第一、二浮力调节腔的浮力达到最大值时，持续增加浮力的增容调控装置，在控制腔室内设置有与所述动力***信号连接的用于控制第一、第二调节装置运行状态的信号控制***。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述第一、二调节装置包括分别开设在第一、二浮力调节舱上并与第一、二浮力调节腔联通的进排水孔，以及分别与第一、二浮力调节腔的内壁连接的用于驱动海水经进排水孔进入或排出第一、二浮力调节腔的第一活塞体及第二活塞体。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述动力***包括一具有主动锥齿轮的伺服电机，以及分别与主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮、第二从动锥齿轮，所述第一、二从动锥齿轮分别连接有当主动锥齿轮转动时推动第一、二活塞体在第一、二浮力调节腔内移动的第一三级伸缩式滚珠丝杠、第二三级伸缩式滚珠丝杠，在控制腔室内设置有与伺服电机电连接的蓄电池。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述增容调控装置包括当第一、二活塞体分别自第一、二浮力调节腔的一端移动至另一端并持续移动推动第一、二浮力调节舱远离升降控制舱时，在升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处形成的第一、二增容腔，以及在升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处的外端缘处设置有用于密封第一、二增容腔的环形折叠伸缩密封膜。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述第一、二增容腔内分别设置有用于导向第一、二浮力调节舱向外移动及辅助支撑环形折叠伸缩密封膜的第一、二环形支撑导向筒，所述第一、二环形支撑导向筒的一端均与升降控制舱固定，另一端分别与第一、二浮力调节舱滑动连接。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述升降控制舱包括一具有开口的控制舱壳体，在控制舱壳体上设置有一用于密封开口的盖体，所述第一、二浮力调节舱分别包括环形结构的第一、二调节舱筒体，在第一、二调节舱筒体的两端开口处分别设置有用于密封第一、二调节舱筒体的第一内、外端盖及第二内、外端盖。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述第一三级伸缩式滚珠丝杠、第二三级伸缩式滚珠丝杠分别自控制腔室穿过控制舱壳体及第一、二内端盖与第一活塞体及第二活塞体固定。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，所述进排水孔设置一个或多个。
上述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述玻璃仪器舱球的底部设置有一与其仿形配合连接的连接基座，升降控制机构设于连接基座的底部，镇重锚安装在升降控制机构的底部。
本发明自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪的优点是：通过伺服电机驱动主、从动锥齿轮，利用三级伸缩式滚珠丝杠推动浮力调节舱内的活塞体，将浮力调节腔内充满的海水排出，增大了浮力调节腔的浮力，同时通过增容调控装置及环形折叠伸缩密封膜，当第一、二浮力调节腔的浮力达到最大值时，持续移动推动第一、二浮力调节舱同时远离升降控制舱时，在升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处形成的第一、二增容腔，持续增加了整个机构的浮力，而且可以实现浮力大小的微调。本发明利用预先设定的程序控制，通过自带蓄电池供电，实现了全自动的浮力调控目的，使用方便，能够提高海底地震仪回收效率及成功率，降低仪器回收故障率，实现全自动回收目的，该机构通过控制海水量的进出来调节浮力大小，与传统电腐蚀、电熔断等破坏方式相比，不但降低设备维护量，而且能够重复使用，大大降低了使用成本。并且还能够搭载海床基、潜标等其他海底监测仪器，应用广泛，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为升降控制机构的整体结构示意图；
图3为升降控制机构的全剖视图；
图4为海水进入第一浮力调节舱的局部结构示意图；
图5为海水逐渐自第一浮力调节舱排出时增加浮力的局部结构示意图；
图6为海水排空后增容调控装置逐渐增加浮力的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
如图1、2、3、4、5、6所示，一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，包括一个或多个玻璃仪器舱球33以及设于玻璃仪器舱球33底部的镇重锚34，玻璃仪器舱球33的底部设置有一与其仿形配合连接的连接基座35，升降控制机构设于连接基座35的底部，镇重锚34安装在升降控制机构的底部。玻璃仪器舱球33内设置有水声控制电路板36、全姿态高频检波器37、GPS38、电池组39、电子罗盘40、水声通讯模块41，在玻璃仪器舱球33与镇重锚34之间设置有用于回收该玻璃仪器舱球33的升降控制机构，升降控制机构包括一升降控制舱1，在升降控制舱1的两侧分别设置有一用于调节升降控制舱1整体浮力大小的第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3，第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3分别包括第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5，在第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5内分别设置有用于改变两浮力调节腔内部容积大小的第一调节装置6、第二调节装置7，其中，第一调节装置6、第二调节装置7包括分别开设在第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5上并与第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5联通的进排水孔8，以及分别与第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5的内壁连接的用于驱动海水经进排水孔8进入或排出第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5的第一活塞体9及第二活塞体10。本发明中，第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5分别与第一活塞体9及第二活塞体10实际上是构成了一个传统的活塞缸结构，要求活塞体与浮力调节腔内壁密封连接，避免海水渗漏。根据实际设备重量或者浮力需要，进排水孔8的数量可以设置一个或多个。
升降控制舱1包括，一具有开口的控制舱壳体11，内部具有一控制腔室12，在控制舱壳体11上设置有一用于密封开口的盖体13，第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5分别包括环形结构的第一调节舱筒体14、二调节舱筒体15，在第一调节舱筒体14、二调节舱筒体15的两端开口处分别设置有用于密封第一调节舱筒体14、二调节舱筒体15的第一内端盖16、第一外端盖17及第二内端盖18、第二外端盖19。在控制腔室12内设置有驱动第一调节装置6、第二调节装置7运行的动力***，动力***包括一具有主动锥齿轮20的伺服电机21，以及分别与主动锥齿轮20啮合的第一从动锥齿轮22、第二从动锥齿轮23，第一从动锥齿轮22、第二从动锥齿轮23上分别连接有当主动锥齿轮20转动时推动第一活塞体9及第二活塞体10在第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5内移动的第一三级伸缩式滚珠丝杠24、第二三级伸缩式滚珠丝杠25，在控制腔室12内设置有与伺服电机21电连接的蓄电池26。
为了增大浮力，实现浮力大小连续可调，在升降控制舱1与第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3的连接处均设置有当第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5的浮力达到最大值时，持续增加浮力的增容调控装置，增容调控装置包括当第一活塞体9及第二活塞体10分别自第第一浮力调节腔4、第二浮力调节腔5的一端移动至另一端并持续移动推动第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3远离升降控制舱1时，在升降控制舱1与第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3的连接处形成的第一增容腔27、第二增容腔28，以及在升降控制舱1与第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3的连接处的外端缘处设置有用于密封第一增容腔27、第二增容腔28的环形折叠伸缩密封膜29。
为了防止海水压力损坏环形折叠伸缩密封膜29，影响增容腔容量，以及提高第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3移动的稳定性，在第一增容腔27、第二增容腔28内分别设置有用于导向第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3向外移动及辅助支撑环形折叠伸缩密封膜29的第一环形支撑导向筒30、第二环形支撑导向筒31，第一环形支撑导向筒30、第二环形支撑导向筒31的一端均与升降控制舱1固定，另一端分别与第一浮力调节舱2、第二浮力调节舱3滑动连接。第一三级伸缩式滚珠丝杠24、第二三级伸缩式滚珠丝杠25分别自控制腔室12穿过控制舱壳体11及第一内端盖16、第二内端盖18与第一活塞体9及第二活塞体10固定。在控制腔室12内设置有与动力***信号连接的用于控制第一调节装置6、第二调节装置7运行状态的信号控制***32。
三级伸缩式滚珠丝杠总原理为使用活塞结构，结构紧凑，行程长，结构简单，稳定性高，使用滚珠丝杆作为传动件，噪音小，精度高，寿命长，使用伺服电机作为动力源。具体结构可参考：(CN202992078U)伸缩式超行程滚珠丝杠副。该结构为现有技术，故不多作解释。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，包括一个或多个玻璃仪器舱球以及设于玻璃仪器舱球底部的镇重锚，所述玻璃仪器舱球内设置有水声控制电路板、全姿态高频检波器、GPS、电池组、电子罗盘、水声通讯模块，其特征在于：在玻璃仪器舱球与镇重锚之间设置有用于回收该玻璃仪器舱球的升降控制机构，所述升降控制机构包括一升降控制舱，在升降控制舱的两侧分别设置有一用于调节升降控制舱浮力大小的第一浮力调节舱、第二浮力调节舱，所述第一浮力调节舱、第二浮力调节舱分别包括第一浮力调节腔、第二浮力调节腔，在第一、二浮力调节腔内分别设置有用于改变两浮力调节腔内部容积大小的第一、第二调节装置，所述升降控制舱包括一控制腔室，在控制腔室内设置有驱动所述第一、第二调节装置运行的动力***，所述升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处均设置有当第一、二浮力调节腔的浮力达到最大值时，持续增加浮力的增容调控装置，在控制腔室内设置有与所述动力***信号连接的用于控制第一、第二调节装置运行状态的信号控制***，所述第一、二调节装置包括分别开设在第一、二浮力调节舱上并与第一、二浮力调节腔联通的进排水孔，以及分别与第一、二浮力调节腔的内壁连接的用于驱动海水经进排水孔进入或排出第一、二浮力调节腔的第一活塞体及第二活塞体，所述增容调控装置包括当第一、二活塞体分别自第一、二浮力调节腔的一端移动至另一端并持续移动推动第一、二浮力调节舱远离升降控制舱时，在升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处形成的第一、二增容腔，以及在升降控制舱与第一、二浮力调节舱的连接处的外端缘处设置有用于密封第一、二增容腔的环形折叠伸缩密封膜，所述第一、二增容腔内分别设置有用于导向第一、二浮力调节舱向外移动及辅助支撑环形折叠伸缩密封膜的第一、二环形支撑导向筒，所述第一、二环形支撑导向筒的一端均与升降控制舱固定，另一端分别与第一、二浮力调节舱滑动连接。
2.根据权利要求1所述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述动力***包括一具有主动锥齿轮的伺服电机，以及分别与主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮、第二从动锥齿轮，所述第一、二从动锥齿轮分别连接有当主动锥齿轮转动时推动第一、二活塞体在第一、二浮力调节腔内移动的第一三级伸缩式滚珠丝杠、第二三级伸缩式滚珠丝杠，在控制腔室内设置有与伺服电机电连接的蓄电池。
3.根据权利要求2所述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述升降控制舱包括一具有开口的控制舱壳体，在控制舱壳体上设置有一用于密封开口的盖体，所述第一、二浮力调节舱分别包括环形结构的第一、二调节舱筒体，在第一、二调节舱筒体的两端开口处分别设置有用于密封第一、二调节舱筒体的第一内、外端盖及第二内、外端盖。
4.根据权利要求3所述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述第一三级伸缩式滚珠丝杠、第二三级伸缩式滚珠丝杠分别自控制腔室穿过控制舱壳体及第一、二内端盖与第一活塞体及第二活塞体固定。
5.根据权利要求1所述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述进排水孔设置一个或多个。
6.根据权利要求1所述的自沉浮式宽频带单/多舱球海底地震仪，其特征是：所述玻璃仪器舱球的底部设置有一与其仿形配合连接的连接基座，升降控制机构设于连接基座的底部，镇重锚安装在升降控制机构的底部。
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