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船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法

阅读：548发布：2020-05-28

专利汇可以提供船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法，承重通信缆的上端缠绕在船载绞车上，下端穿过可变向滑轮后通过机械转环连接有重物；承重通信缆上由上至下密封集成有多个进行垂直剖面水温数据采样的温度探头，数据采集器对各温度探头的数据进行采集，并传至笔记本电脑显示与存储。本发明实现了水温的垂直剖面立体观测，易于捕捉海洋内波和温跃层等海洋现象及开展其研究。，下面是船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：包括重物(1)、机械转环(2)、承重通信缆(3)、温度探头(4)、调查船(9)及分别安装在调查船(9)上的可变向滑轮(5)、船载绞车(6)、数据采集器(7)和笔记本电脑(8)，其中承重通信缆(3)的外套(303)内具有钢丝绳(301)和通信缆(302)，该承重通信缆(3)的上端缠绕在船载绞车(6)上，所述通信缆(302)通过数据采集器(7)与笔记本电脑(8)连接，所述承重通信缆(3)的下端穿过可变向滑轮(5)后通过机械转环(2)连接有重物(1)；所述承重通信缆(3)上由上至下密封集成有多个进行垂直剖面水温数据采样的温度探头(4)，所述数据采集器(7)对各温度探头(4)的数据进行采集，并传至所述笔记本电脑(8)显示与存储。
2.根据权利要求1所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述承重通信缆(3)包括截面呈数字“8”形的外套(303)及设置于该“8”字的两个圈内的钢丝绳(301)和通信缆(302)，该钢丝绳(301)和通信缆(302)与外套(303)整体硫化成型。
3.根据权利要求1所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：各所述温度探头(4)分别通过硫化模具硫化在承重通信缆(3)上，该硫化模具包括模具本体(404)，所述模具本体(404)长度方向的两端均开设有缆线夹(402)，所述承重通信缆(3)由模具本体(404)穿过，并通过两端的所述缆线夹(402)夹住，在该模具本体(404)的内部设有容置温度探头(4)的温度探头槽(403)；所述模具本体(404)上开设有向模具本体(404)内注胶的注胶口(401)。
4.根据权利要求1所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述船载绞车(6)包括卷筒(601)、集成轴承座(602)、转轴(603)及支架(604)，该转轴(603)固接在卷筒(601)上，两端分别由所述卷筒(601)穿出；所述支架(604)的下端安装在调查船(9)上，上端位于所述卷筒(601)的两侧均设有集成轴承座(602)，所述转轴(603)的两端分别与两侧的集成轴承座(602)转动连接。
5.根据权利要求4所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述支架(604)的下端固定有压载(605)。
6.根据权利要求4所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述卷筒(601)包括左挡板(6011)、筒体(6012)、右挡板(6014)及固定套(6015)，该筒体(6012)的左右两侧分别固接有左挡板(6011)、右挡板(6012)，所述左挡板(6011)及右挡板(6012)上分别安装有固定套(6015)，所述转轴(603)的两端分别由左、右挡板(6011、6014)上的固定套(6015)穿出，并与固定板(6015)固接。
7.根据权利要求6所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述筒体(6012)内沿圆周方向均布有多根加强筋(6013)，每根所述加强筋(6013)的两端分别固接于左挡板(6011)和右挡板(6014)上。
8.根据权利要求4所述的船载水温垂直剖面立体观测系统，其特征在于：所述集成轴承座(602)包括垫板(6022)、滚动轴承(6024)、轴承外封盖(6026)、座体(6027)及轴承内封盖(6028)，该座体(6027)下方设有调节卷筒(601)高度的垫板(6022)，该垫板(6022)通过紧固螺栓(6021)固接于所述支架(604)上，所述座体(6027)通过固定螺栓(6023)固定在垫板(6022)上；所述座体(6027)的两端分别连接有轴承内封盖(6028)及轴承外封盖(6026)，该座体(6027)、轴承内封盖(6028)及轴承外封盖(6026)围成的空间内容置有滚动轴承(6024)，所述滚动轴承(6024)分别与轴承内封盖(6028)和轴承外封盖(6026)抵接、实现轴向限位；所述转轴(603)穿入该空间内，并通过所述滚动轴承(6024)与座体(6027)转动连接。
9.一种权利要求1至8任一权利要求所述船载水温垂直剖面立体观测系统的使用方法，其特征在于：先将多个所述温度探头(4)硫化在承重通信缆(3)上，构成温度链；所述船载绞车(6)在调查船(9)上固定，所述承重通信缆(3)盘绕在船载绞车(6)上，下端绕过所述可变向滑轮(5)后分别连接机械转环(2)和重物(1)；收紧所述承重通信缆(3)、提起重物(1)，并将重物(1)甩至船舷外侧，释放所述承重通信缆(3)使重物(1)入水，继续下放到预定深度，启动所述数据采集器(7)和笔记本电脑(8)，进行垂直剖面水温数据采集；持续观测完成后，停止数据采集，回收所述重物(1)至调查船(9)的甲板，完成观测。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：所述承重通信缆(3)绕在船载绞车(6)的卷筒(601)上，并将该承重通信缆(3)的下端绕在卷筒(601)外圈，承重通信缆(3)的上端预留设定的长度紧固在卷筒(601)上，并将上端预留部分卷放在卷筒(601)内。

说明书全文

船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于海洋观测领域，具体地说是一种船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法。

背景技术

[0002] 海水垂直剖面温度分布的观测具有重要意义，可以捕捉温跃层和内波等海洋现象，像内波是灾害性海洋环境之一，海洋内波流可产生巨大的水平推力，威胁半潜式及锚定石油平台稳定性，使平台的主体结构和立管系统发生整体推移或扭转。周期性内波的剪切还会导致FPSO和浮式平台锚系疲劳破坏，也会使得深吃水浮体\系泊系统\立管系统处于持续不断的流动和尾涡作用之下，产生显著的涡激振动，降低平台装备的操作性能，并会引发碰撞和疲劳断裂，严重威胁系统的作业安全和性能；内波也会影响钻井作业操控。因此，海水垂直剖面温度分布的实时监测对于海洋工程设计开发和施工建设，以及海上安全生产、海洋国防和海洋研究具有十分重要的价值。现有的海水垂直剖面温度分布测量系统，多采用自容式浮标或潜标技术，即把测量设备固定在漂浮于海面上的浮标锚系上或系泊在海面以下的由浮体、锚系等构成的潜标系统上，由设备靠自身携带的电池自行完成测量和记录；对于采用潜标技术的测量系统，由于海流的拖曳力作用，其顶部主浮体随海流作用的加大而不断下潜，导致悬挂其上的测量设备的水深和水平位置均发生变化，无法很好地测量水温的垂直空间变化特征。

[0003] 公开日为2009年5月27日、公开号为CN101441077A、发明名称为“一种内波测量系统”中公开了一种装有卫星通讯终端的锚系水中可升降漂浮平台实现海洋垂直剖面温度数据现场测量并能实时传输的测量装置系统，该系统利用可收放绞车控制测量平台在水中上下往复运动，从而实现水温等要素的测量。但由于测量平台升降过程需要时间，该系统无法实现在垂直分布上的同步测量。

[0004] 公开日为2013年5月29日、公开号为CN103123269A、发明名称为“海洋内波实时监测装置”中公开了由两个水下浮体间串接的温度链进行海水温度垂直剖面观测，并能实时传输，该监测装置由于水下浮体复杂，受内波等水平作用影响大，温度链倾斜和上下浮动较大，很难准确刻画定点水温特点，并且其测量频率也受电源等限制，很难捕获内波等海洋现象。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种船载水温垂直剖面立体观测系统及其使用方法，基于调查船的水温垂直剖面实时监测系统，可以实现多个确定水层温度的高密度(测量频率1Hz)实时连续监测。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 本发明的观测系统包括重物、机械转环、承重通信缆、温度探头、调查船及分别安装在调查船上的可变向滑轮、船载绞车、数据采集器和笔记本电脑，其中承重通信缆的外套内具有钢丝绳和通信缆，该承重通信缆的上端缠绕在船载绞车上，所述通信缆通过数据采集器与笔记本电脑连接，所述承重通信缆的下端穿过可变向滑轮后通过机械转环连接有重物；所述承重通信缆上由上至下密封集成有多个进行垂直剖面水温数据采样的温度探头，所述数据采集器对各温度探头的数据进行采集，并传至所述笔记本电脑显示与存储；

[0008] 所述承重通信缆包括截面呈数字“8”形的外套及设置于该“8”字的两个圈内的钢丝绳和通信缆，该钢丝绳和通信缆与外套整体硫化成型；

[0009] 各所述温度探头分别通过硫化模具硫化在承重通信缆上，该硫化模具包括模具本体，所述模具本体长度方向的两端均开设有缆线夹，所述承重通信缆由模具本体穿过，并通过两端的所述缆线夹夹住，在该模具本体的内部设有容置温度探头的温度探头槽；所述模具本体上开设有向模具本体内注胶的注胶口；

[0010] 所述船载绞车包括卷筒、集成轴承座、转轴及支架，该转轴固接在卷筒上，两端分别由所述卷筒穿出；所述支架的下端安装在调查船上，上端位于所述卷筒的两侧均设有集成轴承座，所述转轴的两端分别与两侧的集成轴承座转动连接；所述支架的下端固定有压载；

[0011] 所述卷筒包括左挡板、筒体、右挡板及固定套，该筒体的左右两侧分别固接有左挡板、右挡板，所述左挡板及右挡板上分别安装有固定套，所述转轴的两端分别由左、右挡板上的固定套穿出，并与固定板固接；

[0012] 所述筒体内沿圆周方向均布有多根加强筋，每根所述加强筋的两端分别固接于左挡板和右挡板上；

[0013] 所述集成轴承座包括垫板、滚动轴承、轴承外封盖、座体及轴承内封盖，该座体下方设有调节卷筒高度的垫板，该垫板通过紧固螺栓固接于所述支架上，所述座体通过固定螺栓固定在垫板上；所述座体的两端分别连接有轴承内封盖及轴承外封盖，该座体、轴承内封盖及轴承外封盖围成的空间内容置有滚动轴承，所述滚动轴承分别与轴承内封盖和轴承外封盖抵接、实现轴向限位；所述转轴穿入该空间内，并通过所述滚动轴承与座体转动连接；

[0014] 本发明船载水温垂直剖面立体观测系统的使用方法为：

[0015] 先将多个所述温度探头硫化在承重通信缆上，构成温度链；所述船载绞车在调查船上固定，所述承重通信缆盘绕在船载绞车上，下端绕过所述可变向滑轮后分别连接机械转环和重物；收紧所述承重通信缆、提起重物，并将重物甩至船舷外侧，释放所述承重通信缆使重物入水，继续下放到预定深度，启动所述数据采集器和笔记本电脑，进行垂直剖面水温数据采集；持续观测完成后，停止数据采集，回收所述重物至调查船的甲板，完成观测；

[0016] 其中：所述承重通信缆绕在船载绞车的卷筒上，并将该承重通信缆的下端绕在卷筒外圈，承重通信缆的上端预留设定的长度紧固在卷筒上，并将上端预留部分卷放在卷筒内。

[0017] 本发明的优点与积极效果为：

[0018] 1.测量灵活性强；本发明的调查船甲板上操控船载绞车收放承重通信缆，可根据水深和观测需求等确定系统布放深度；采样时间间隔从1s到数小时(甚至更长)，并且可以随意设置。

[0019] 2.受海洋影响小；本发明的重物选用密度大的铅块，所以其体积较小，受水平海流影响小；另外，重物和承重通信缆之间连有机械转环，可以卸掉海流带动重物对承重通讯缆的扭转作用。

[0020] 3.系统时效性强；本发明的水温垂直剖面立体观测数据可实时在笔记本电脑上显示，便于内波等海洋现象的捕捉，并可以通过实时数据随时了解水下测量探头的工作状态，及时发现和维护问题设备，提高数据的有效性和连续性。

[0021] 4.系统安全性强；本发明依托调查船构建水温垂直剖面立体观测装置，不易被渔船和恶劣海况破坏与丢失，确保了测量装置的在位安全性。附图说明

[0022] 图1为本发明观测系统的整体结构示意图；

[0023] 图2为图1中承重通信缆的横截面图；

[0024] 图3为本发明观测系统中温度探头硫化进承重通信缆的硫化模具的结构剖视图；

[0025] 图4为图1中船载绞车的结构示意图；

[0026] 图5为图4中卷筒的结构示意图；

[0027] 图6为图4中集成轴承座的结构示意图；

[0028] 其中：1为重物，2为机械转环，3为承重通信缆，4为温度探头，5为可变向滑轮，6为船载绞车，7为数据采集器，8为笔记本电脑，9为调查船；

[0029] 301为钢丝绳，302为通信缆，303为外套；

[0030] 401为注胶口，402为缆线夹，403为温度探头槽，404为模具本体；

[0031] 601为卷筒，602为集成轴承座，603为转轴，604为支架，605为压载；

[0032] 6011为左挡板，6012为筒体，6013为加强筋，6014为右挡板，6015为固定套；

[0033] 6021为紧固螺栓，6022为垫板，6023为固定螺栓，6024为滚动轴承，6025为压紧螺栓，6026为轴承外封盖，6027为座体，6028为轴承内封盖。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明作进一步详述。

[0035] 如图1所示，本发明的观测系统包括重物1、机械转环2、承重通信缆3、温度探头4、调查船9及分别安装在调查船9上的可变向滑轮5、船载绞车6、数据采集器7和笔记本电脑8，其中承重通信缆3的上端缠绕在船载绞车6上，并留有接插头，可以插接到数据采集器7上，数据采集器7和笔记本电脑8之间有接口和接线连接；承重通信缆3的下端穿过可变向滑轮5后通过机械转环2连接有重物1；承重通信缆3上由上至下密封集成有多个进行垂直剖面水温数据采样的温度探头4，数据采集器7对各温度探头4的数据进行采集，并传至笔记本电脑8显示与存储。

[0036] 如图2所示，承重通信缆3包括截面呈数字“8”形的外套303及设置于该“8”字的两个圈内的钢丝绳301和通信缆302，钢丝绳301和通信缆302与外套303整体硫化成型。本发明的钢丝绳301为不锈钢钢丝绳，外套303的材质为聚氨酯；可根据承重重量来确定不锈钢钢丝绳的粗细，根据传输信号和供电特点来确定通信缆302内芯的股数与粗细。本发明的承重通信3缆是注塑钢缆，内芯为不锈钢的钢丝绳301和通信缆302，外面进行注塑封装处理，其刚性和韧性要恰到好处，且具有抗拉伸性能，同时又具有防腐蚀能力，并且承重通信缆3浸入海水里的表面摩擦系数也能满足观测系统的要求。

[0037] 如图3所示，各温度探头4分别通过硫化模具硫化在承重通信缆3上，承重通信缆3的通信缆302破口后焊接温度探头4的接线，然后沿着承重通信缆3的轴线方向套上硫化模具。硫化模具包括模具本体404，模具本体404长度方向的两端均开设有缆线夹402，缆线夹402的截面也呈数字“8”的形状，承重通信缆3由模具本体404穿过，并通过两端的缆线夹402夹住；模具本体404为内部中空结构，在模具本体404的内部设有容置温度探头4的温度探头槽403。模具本体404上开设有向模具本体404内注胶的注胶口401，从注胶口401向硫化模具内灌装硫化胶进行温度探头4与承重通信缆3的硫化密封，直到所有温度探头4都硫化在承重通信缆3上。

[0038] 如图4所示，船载绞车6包括卷筒601、集成轴承座602、转轴603、支架604及压载605，该转轴603固接在卷筒601上，两端分别由卷筒601穿出；支架604的下端安装在调查船9上、并固定有压载605，支架604的上端位于卷筒601的两侧均设有集成轴承座602，转轴603的两端分别与两侧的集成轴承座602转动连接。

[0039] 如图5所示，卷筒601包括左挡板6011、筒体6012、加强筋6013、右挡板6014及固定套6015，该筒体6012的左右两侧分别焊接有左挡板6011、右挡板6012，左挡板6011及右挡板6012上分别焊接有固定套6015，转轴603的两端分别由左、右挡板6011、6014上的固定套
6015穿出，并与固定板6015用螺栓紧固。筒体6012内沿圆周方向均布有多根加强筋6013，每根加强筋6013的两端分别焊接于左挡板6011和右挡板6014上。

[0040] 如图6所示，集成轴承座602包括紧固螺栓6021、垫板6022、固定螺栓6023、滚动轴承6024、压紧螺栓6025、轴承外封盖6026、座体6027及轴承内封盖6028，该座体6027下方设有调节卷筒601高度的垫板6022，垫板6022通过紧固螺栓6021固接于支架604上，座体6027通过固定螺栓6023固定在垫板6022上。座体6027的两端分别连接有轴承内封盖6028及轴承外封盖6026，该座体6027、轴承内封盖6028及轴承外封盖6026围成的空间内容置有滚动轴承6024，滚动轴承6024分别与轴承内封盖6028和轴承外封盖6026抵接、实现轴向限位。转轴603穿入该空间内，并通过滚动轴承6024与座体6027转动连接。装配好的两个集成轴承座
602套在转轴603的两端，然后固定到支架604上，支架604下端固定压载605，从而形成船载绞车6。

[0041] 本发明的机械转环2为市购产品，购置于青岛鑫超玮机械有限公司公司，型号为ZH—01。

[0042] 本发明船载水温垂直剖面立体观测系统的使用方法为：

[0043] 先将多个温度探头4硫化在承重通信缆3上，构成温度链；船载绞车6在调查船9的甲板上固定好后，将承重通信缆3盘绕在船载绞车6的卷筒601上，并将承重通信缆3的下端绕在卷筒601外圈，承重通信缆3的上端预留设定的长度紧固在卷筒601上，并将上端预留部分卷放在卷筒601内。承重通信缆3的下端绕过可变向滑轮5后分别连接机械转环2和重物1；收紧承重通信缆3、提起重物1，并将重物1甩至船舷外侧，释放承重通信缆3使重物1入水，继续下放到预定深度、完成布放。完成布放后的情形是，承重通信缆3下端通过机械转环2连接重物1，承重通信缆3上端绕过可变向滑轮5固定在船载绞车6上，承重通信缆3上端固定于船载绞车6后的出缆头与数据采集器7连接，数据采集器7的输出端连接笔记本电脑8。启动数据采集器7和笔记本电脑8，进行垂直剖面水温数据采集；持续观测完成后，停止数据采集，回收重物1至调查船9的甲板，完成观测。

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