专利名称：浮球式振动波传感器及其使用方法与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浮球式振动波传感器及其使用方法与用途，适用于监测海洋内波，以及地震、水下滑坡、海底浊流、水下潜器引起的海水振动波。
背景技术：
海水的波动分为两种，一种是海洋与大气界面的波动，即通常所说的波浪，主要有海洋表面的风吹动海面形成；另一种是海洋内部的振动波。发生在海水密度界面上的振动波也叫内波，触发因素十分复杂。此外，地震、水下滑坡、海底浊流、水下潜器的航行都能在海水任何深度形成振动波。海水振动波的监测对于海洋物理研究，海洋工程安全，探潜反潜和军港水下警戒均有重要意义。目前对海水振动波还缺乏有效的探测手段，ADCP (Acoustic Doppler Current Profilers,即声学多普勒流速剖面仪)和其它类型的流速、流向计都不能直接测定海水的振动波。遥感、合成孔径雷达能够反映在垂直方向影响到了海水表层的内波。对海洋内波，以及其它类型的振动波的精确研究，需要使用复杂的水下观测技术和方法，并且难以获得实时观测结果。对海洋内波、海水振动波的观测技术目前还不够成熟。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述观测困难而提供了一种浮球式振动波传感器及其使用方法与用途。浮球式振动波传感器包括低浮力浮球，该低浮力浮球内搭载有三轴加速度传感器、数据采集与传输集成电路、温度传感器、压力传感器，通过零浮力电缆和水密接插件与海底网络节点连接。所述的低浮力浮球是由玻璃、玻璃钢、钛合金、铝合金制成形体，该低浮力浮球由上下两个半球组成，上下两个半球之间设置有0形密封圈，该低浮力浮球的比重可调，相当于其所处环境下海水比重的98. 5%至99. 5%。所述的低浮力浮球的比重调节通过在低浮力浮球中冲注硅油实现。所述的零浮力电缆是由缆车和电缆线组成，电缆线的长度为100-200米，电缆线的收放参数由数据采集与传输集成电路控制。浮球式振动波传感器的使用方法是浮球式振动波传感器与海底网络节点配套使用，将零浮力电缆的一端连接在海底网络节点上，零浮力电缆的另一端连接在低浮力浮球的水密度插件上；低浮力浮球位于浪基面以下，当观测对象为海洋内波时，低浮力浮球的深度与海水密度界面深度一致，当观测对象为水下潜器时，低浮力浮球的深度与水下潜器在观测点的航行深度一致，海底网络节点给低浮力浮球内的三轴加速度传感器和数据采集与传输集成电路提供电源；当海水发生机械振动时低浮力浮球随海水共振，由此形成的位移使位于低浮力浮球球体内部的三轴加速度传感器产生加速度信号，连同低浮力浮球球体内部的温度传感器、压力传感器采集的信号通过数据采集与传输集成电路完成模拟信号与数字信号的转换、储存备份后传输到海底网络节点和岸基站。浮球式振动波传感器用于海嘯预警、内波探测与研究、潜艇探测与定位。本发明浮球式振动波传感器与海底网络节点配套使用，达到了数据实时传输，提高了数据的时效性；浮球式振动波传感器使用的探测元件价格低廉，技术成熟；适用于监测海洋内波，以及地震、水下滑坡、海底浊流、水下潜器引起的海水振动波。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图I是浮球式振动波传感器的结构示意图
图中，低浮力浮球I、水密接插件2、零浮力电缆3、海底网络节点4。
具体实施例方式浮球式振动波传感器包括低浮力浮球1，该低浮力浮球I内搭载有三轴加速度传感器、数据采集与传输集成电路、温度传感器、压力传感器，通过零浮力电缆3和水密接插件2与海底网络节点4连接。所述的低浮力浮球I是由玻璃、玻璃钢、钛合金、铝合金制成形体，该低浮力浮球I由上下两个半球组成，上下两个半球之间设置有0形密封圈，该低浮力浮球I的比重可调，相当于其所处环境下海水比重的98. 5%至99. 5%。海水比重可通过CTD实测获得。所述的低浮力浮球I的比重调节通过在低浮力浮球I中冲注硅油实现。所述的零浮力电缆3是由缆车和可收放的电缆线组成(图I中未画出缆车)，电缆线的长度为100-200米。浮球式振动波传感器的使用方法是浮球式振动波传感器与海底网络节点4配套使用，将零浮力电缆3的一端连接在海底网络节点4上，零浮力电缆3的另一端连接在低浮力浮球I的水密度插件2上；低浮力浮球I位于浪基面以下，当观测对象为海洋内波时，低浮力浮球I的深度与海水密度界面深度一致，当观测对象为水下潜器时，低浮力浮球I的深度与水下潜器在观测点的航行深度一致，海底网络节点4给低浮力浮球I内的三轴加速度传感器和数据采集与传输集成电路提供电源；当海水发生机械振动时低浮力浮球I随海水共振，由此形成的位移使位于低浮力浮球I球体内部的三轴加速度传感器产生加速度信号，连同低浮力浮球I球体内部的温度传感器、压力传感器采集的信号通过数据采集与传输集成电路完成模拟信号与数字信号的转换、储存备份后传输到海底网络节点4和岸基站。搭载有加速度传感器的低浮力浮球应位于当地浪基面以下，以避开波浪对浮球的干扰。观测对象主要为海洋内波时，浮球的深度应与当地海水密度界面深度一致。观测对象为水下潜器时，浮球的深度应与潜器在观测点附近的航行深度基本一致，电缆线的收放参数由数据采集与传输集成电路控制。因为低浮力浮球I的比重与海水接近，当海水发生机械振动时它会随海水共振，由此形成的位移能使位于低浮力浮球I球体内部的三轴加速度传感器产生电压信号,并被数据采集电路记录。球体内的加速度传感器无特殊要求，可选购通用型商业产品，但尽量采用体积小、功耗小、灵敏度闻的广品。
与加速度传感器配套的数据采集与传输集成电路应包括信号放大、滤波、模数转换、中央处理器、电源管理、数据存储和RS485通讯等模块，可以自行设计，也可以使用商业
女口
广叩o零浮力电缆3和水密接插件2需能耐受浮球在海水中振动所产生的拉力，以及能耐受长期使用所形成的机械疲劳。浮球式振动波传感器的用途包括
I)海嘯预警。布设在大陆架远岸地带的振动波传感器在海嘯来袭时可为沿岸地区赢得预警和撤离时间； 2)内波探测与研究。布设在海水密度界面附近的振动波传感器能探测并实时记录内波的振幅、波长及传播速率；
3)潜艇探测与定位。借助连接在多个水下网络节点上的振动波传感器，根据振动波到达不同节点的时间差、振动频率与振幅的变化规律，通过理论模拟计算，可以确定入侵潜艇的位置，以及航速、航向。
权利要求
1.一种浮球式振动波传感器，其特征在于它包括低浮力浮球(1)，该低浮力浮球(I)内搭载有三轴加速度传感器、数据采集与传输集成电路、温度传感器、压力传感器，通过零浮力电缆(3)和水密接插件(2)与海底网络节点(4)连接。
2.根据权利要求I所述的一种浮球式振动波传感器，其特征在于所述的低浮力浮球(I)是由玻璃、玻璃钢、钛合金、铝合金制成形体，该低浮力浮球(I)由上下两个半球组成，上下两个半球之间设置有O形密封圈，该低浮力浮球(I)的比重可调，相当于其所处环境下海水比重的98. 5%至99. 5%。
3.根据权利要求2所述的一种浮球式振动波传感器，其特征在于所述的低浮力浮球(I)的比重调节通过在低浮力浮球(I)中冲注硅油实现。
4.根据权利要求书I所述的一种浮球式振动波传感器，其特征在于所述的零浮力电缆(3)是由缆车和电缆线组成，电缆线的长度为100-200米，电缆线的收放参数由数据采集与传输集成电路控制。
5.—种如权利要求I所述的一种浮球式振动波传感器的使用方法，其特征在于浮球式振动波传感器与海底网络节点(4)配套使用，将零浮力电缆(3)的一端连接在海底网络节点(4)上，零浮力电缆(3)另一端连接在低浮力浮球(I)的水密度插件(2)上；低浮力浮球(I)位于浪基面以下，当观测对象为海洋内波时，低浮力浮球(I)的深度与海水密度界面深度一致，当观测对象为水下潜器时，低浮力浮球(I)的深度与水下潜器在观测点的航行深度一致，海底网络节点(4)给低浮力浮球(I)内的三轴加速度传感器和数据采集与传输集成电路提供电源；当海水发生机械振动时低浮力浮球(I)随海水共振，由此形成的位移使位于低浮力浮球(I)球体内部的三轴加速度传感器产生加速度信号，连同低浮力浮球(I)球体内部的温度传感器、压力传感器采集的信号通过数据采集与传输集成电路完成模拟信号与数字信号的转换、储存备份后传输到海底网络节点(4)和岸基站。
6.一种如权利要求I所述的一种浮球式振动波传感器的用途，其特征在于它用于海嘯预警、内波探测与研究、潜艇探测与定位。
全文摘要
本发明公开了一种浮球式振动波传感器及其使用方法与用途。它包括低浮力浮球，该低浮力浮球搭载有三轴加速度传感器、数据采集与传输集成电路、温度传感器、压力传感器。低浮力浮球是由玻璃、玻璃钢、钛合金、铝合金制成形体，由上下两个半球组成，上下两个半球之间设置有密封O圈，该低浮力浮球的比重可调。低浮力浮球通过零浮力电缆和水密接插件与海底网络节点连接，给浮球内的三轴加速度传感器和数据采集与传输集成电路提供电源，传感器的探测信号经数据采集与传输集成电路完成模数转换、储存备份后传输到海底网络节点和岸基站。本发明与海底网络节点配套使用，达到了数据实时传输，提高了数据的时效性，适用于监测海洋内波、海水振动波。
文档编号G01H3/00GK102759395SQ20121024501
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者叶瑛, 安莉, 张奥博, 樊伟, 秦华伟 申请人:浙江大学