CN112710285A - 一种自供能的深海温深盐测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自供能的海洋温深盐测量仪。它包括温深盐测量组件和中央处理组件,在防压外壳顶部设置有鼓膜,防压外壳内部由隔板分成上下两个独立的空间,活动承压板和隔板之间设置有温度敏感单元,温度敏感单元主要由形状记忆导电片组成,通过所述形状记忆导电片的形变感知防压外壳外的海水温度。形状记忆导电片上部和下部均设置有压电贴片,压电贴片将形状记忆导电片所产生的形变振动转化为电能,用于给所述的中央处理组件供电。本发明将海洋温深盐度测量和自供能结合于一体,在提高温深度测量精确性的基础上,利用测量时产生的能量回收实现自身的电能需求,进一步提高了测量仪的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于海洋探测领域,具体涉及一种自供能的深海温深盐测量仪。
背景技术
热敏电阻因其在不同温度下具有不同电阻的特性可以作为温度测量单元,把含有热敏电阻材料的装置放置于监测海域中,利用温度和监测电压的联系来进行深海温度探测是一种可靠且不昂贵的做法,可以在第一时间探测到所测海域的温度信息。然而由于海洋温度变化频率低,一般的热敏电阻材料无法在温度细微变化的情况下产生能够被识别的电阻变化,导致无法进行高效精确地探测;并且海洋监测设备往往需要进行连续下潜作业,而传统使用锂电池供电的水下监测设备续航周期一般较短。由此可知,灵敏度与能源是限制水下监测设备长期精确在位运行的影响因素,该问题成为领域内亟待解决的关键技术问题。
利用形状记忆效应制造的感电材料可以利用其对温度变化敏感并在变温时产生形状变化的特性用于改变监测电路的电阻,其优点是在温度变化时形状记忆结构会产生迅速的响应,并同时改变监测电路的电压;这类型的感电材料有效规避了传统水下温度监测设备响应慢,监测频率低,不适合做连续变化监测的缺点;并且通过形变改变电阻的原理能够放大温度对于监测电压的影响,从而改善了传统水下温度监测设备测量精度欠佳的缺点。而利用压电效应制造的压电材料可以利用其自发电特性用于产生电能,其优点是利用压电原理收集结构产生的微弱振动机械能,转化为电能,为传感器提供电源,保证整套装置自供给;压电材料有效克服了传统监测设备需使用电池或外接电路的局限性,保证设备长期持久工作并节约能源。
目前,形状记忆材料已经被开发应用于温度传感器的制造,利用其温度变化时形状回弹特性,与外界约束导电部件组成不同有效电阻的电路,从而形成不同的监测电压信号。通过温度与监测电压的联系,中央处理组件即反演出结构外部所处深海环境的温度。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种自供能的海洋温深盐测量仪。
本发明的技术方案为:本发明包括温深盐测量组件和中央处理组件。
所述温深盐测量组件包括防压外壳、鼓膜、活动承压板、温度敏感单元、电磁贴片、防震弹簧和测量电极。
在所述防压外壳顶部设置有所述鼓膜,在所述的防压外壳下部设置有用于测量海水导电率的测量电极,用于得到海水的盐度;
所述的防压外壳内部由隔板分成上下两个独立的空间,其中隔板的上部通过防震弹簧与活动承压板连接,所述的活动承压板与所述的鼓膜形成腔室,在所述活动承压板和所述隔板上设置有电磁贴片,活动承压板上的电磁贴片与隔板上电磁贴片位置相对,构成电磁贴片对;所述的鼓膜受海水压力后通过腔室将该海水压力传递至所述活动承压板上,所述活动承压板产生位移,使得所述电磁贴片对之间的电磁场产生变化,用于得到测量仪的水深。
所述活动承压板和所述隔板之间还设置有温度敏感单元,所述温度敏感单元主要由形状记忆导电片组成,通过所述形状记忆导电片的形变感知防压外壳外的海水温度。
所述的形状记忆导电片上部和下部均设置有压电贴片,所述压电贴片将形状记忆导电片所产生的形变振动转化为电能,用于给所述的中央处理组件供电。
所述中央处理组件设置在隔板的下方,所述隔板中央处理组件与所述测量电极、所述电磁贴片以及温度敏感单元信号连接。
本发明创新性地将海洋温深盐度测量和自供能结合于一体,在提高温深度测量精确性的基础上,利用测量时产生的能量回收实现自身的电能需求,进一步提高了测量仪的使用寿命。本发明较其它海洋温深测量技术具有更加优秀的测量灵敏性和能耗节约性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图;
图2为本发明中的温度敏感单元以及电磁贴片外部结构连接示意图;
图3为本发明中的温度敏感单元在温度变化时产生的结构形变示意图;
图4为本发明中的中央处理组件内部结构连接示意图;
图5为本发明的电路框图;
图中:101-防压外壳;102-鼓膜;103-活动承压板;104-防震弹簧;105-电磁贴片;106-测量电极;107-温度敏感单元;108-中央处理组件外壳,109-隔板;201-形状记忆导电片;202-导电固定片;203-导线;204-导线;205-固定螺丝;206-通孔;207-导线;301-压电贴片;302-压电贴片;401-数据处理集成电路板;402-传感器芯片;403-存储单元;404-无线信号外接口;405-排线;406-无线信号发射装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示,本发明所述的一种自供能的海洋温深盐测量仪包括温深盐测量组件和中央处理组件,其中温深盐测量组件包括防压外壳101、顶部鼓膜102、活动承压板103、温度敏感单元107、电磁贴片105、防震弹簧104、测量电极106;防压外壳位于测量仪的外侧,顶部鼓膜位于测量仪的最顶部,鼓膜四周固定在防压外壳上起防水作用,活动承压板设置在顶部鼓膜下方,鼓膜和活动承压板组成的腔室会因外界气压的变化推动活动承压板移动,电磁贴片分别位于活动承压板下表面和温度敏感单元旁,形成电磁贴片对,当电磁贴片的距离发生变化时,会产生变化的电磁场,电磁贴片与隔板109下方的中央处理组件通过导线207直接相连。防震弹簧设置在温度敏感单元四周,温度敏感单元设置在隔板109上,测量电极设置在测量装置的最下部,与隔板109下方的中央处理组件直接相连。
如图3所示,所述温度敏感单元包括导电固定片202和形状记忆导电片201,整体呈盒状,形状记忆导电片由两侧的导电固定片固定,温度敏感单元内底设置有压电贴片302,活动承压板下设置有压电贴片301,当形状记忆导电片发生弯曲形变时会挤压上下方的压电贴片。形状记忆导电片在感知周围温度发生变化时会产生相应的变形,使其与导电固定片组成的温度敏感单元产生不同的回路电阻。
如图4所示,中央处理组件包括中央处理组件外壳108、固定螺丝205、导线203、204、通孔206、数据处理集成电路板401、传感器芯片402、存储单元403、无线信号外接口404、无线信号发射装置406;中央处理组件外壳环绕中央处理组件***,而固定螺丝位于中央处理组件正上方,导线203、204设置在外壳两侧,通孔206设置在中央处理组件的正下方;数据处理集成电路板401位于中央处理组件内部,电路板上设置有传感器芯片402,传感器芯片402周围设置有存储单元403,无线信号外接口设置在电路板一端,无线信号发射装置通过排线405与无线信号外接口连接。
本发明的工作过程:当测量仪下潜至某一深度的海域时,所处海域的温度变化将使形状记忆导电片发生形状变化(如图3中的弯曲),进而改变形状记忆导电贴片与导电固定片的接触情况,如同一个可调的滑动变阻器,改变监测电路的电阻,进一步产生变化的监测电压,再通过导线将这一监测电压信号传输至中央处理组件,通过反演即得到所处海域的温度。同时由于形状记忆导电片受到外界低频热负载时会转化成高频的振动进而弯曲挤压上下压电贴片,压电贴片通过捕捉收集这一部分振动的机械能转化为电能,存储于中央处理组件中,用于给自身供电。
而在水深的影响下,顶部鼓膜和活动承压板之间的腔室压力升高,推动活动承压板向下移动,从而使得电磁贴片对之间的电磁场产生变化,电磁铁贴片将这一变化的电信号传输给中央处理组件,通过反演得出此时压强,再通过压强和水深的关系得出所处水深。同时,电极测量周围海水的导电率,通过导电率与盐度的关系,中央处理组件即反演出所处海域的盐度。通过无线信号发射装置,中央处理组件便将深度、温度与盐度测量结果信号发送至监测平台,实现海洋探测。
最后应说明的是,以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种自供能的海洋温深盐测量仪,其特征在于:包括温深盐测量组件和中央处理组件;
所述温深盐测量组件包括防压外壳(101)、鼓膜(102)、活动承压板(103)、温度敏感单元(107)、电磁贴片(105)、防震弹簧(104)和测量电极(106);
在所述防压外壳(101)顶部设置有所述鼓膜(102),在所述的防压外壳(101)下部设置有用于测量海水导电率的测量电极(106),用于得到海水的盐度;
所述的防压外壳(101)内部由隔板(109)分成上下两个独立的空间,其中隔板(109)的上部通过防震弹簧(104)与活动承压板(103)连接,所述的活动承压板(103)与所述的鼓膜(102)形成腔室,在所述活动承压板(103)和所述隔板(109)上设置有电磁贴片(105),活动承压板(103)上的电磁贴片(105)与隔板(109)上电磁贴片(105)位置相对,构成电磁贴片对,所述的鼓膜(102)受海水压力后通过腔室将该海水压力传递至所述活动承压板(103)上,所述活动承压板(103)产生位移,使得所述电磁贴片(105)对之间的电磁场产生变化,用于得到测量仪的水深;
所述活动承压板(103)和所述隔板(109)之间还设置有温度敏感单元(107),所述温度敏感单元(107)主要由形状记忆导电片(201)组成,通过所述形状记忆导电片(201)的形变感知防压外壳(101)外的海水温度;
所述的形状记忆导电片(201)上部和下部均设置有压电贴片(301、302),所述压电贴片(301、302)将形状记忆导电片(201)所产生的形变振动转化为电能,用于给所述的中央处理组件供电;
所述中央处理组件(108)设置在隔板(109)的下方,所述隔板中央处理组件与所述测量电极(106)、所述电磁贴片(105)以及温度敏感单元(107)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种自供能的海洋温深盐测量仪,其特征在于:所述形状记忆导电片(201)固定在导电固定片(202)上。
3.根据权利要求1所述的一种自供能的海洋温深盐测量仪,其特征在于:所述的压电贴片(301)贴在所述活动承压板(103)的底部,所述压电贴片(302)贴在所述温度敏感单元(107)的内底部。
4.根据权利要求1所述的一种自供能的海洋温深盐测量仪,其特征在于:所述的中央处理组件与无线信号发射装置(406)信号连接。
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