一种深海环境长期观测与生物诱捕器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种深海环境长期观测与生物诱捕器，包括浮力装置，其特征在于：还包括与浮力装置连接的机架，所述机架上设有内部封装有电源和低功耗电源管理电路的玻璃电源舱、生物诱捕器、深海图像观测仪器、深海环境参数测量仪器、声学释放器，所述声学释放器连接有承重块。本实用新型适用于全深海环境观测和诱捕大型活动能力强的深海近底层鱼类，为深海科学研究提供技术支撑，有益效果在于适应深海长期观测、提高诱捕采样成功率和避免装置在海底着陆时的瞬间冲击过大而损坏搭载仪器。
【专利说明】
一种深海环境长期观测与生物诱捕器
技术领域
[0001]本实用新型属于深海长期观测探测及深海生物取样领域，尤其涉及一种深海环境长期观测与生物诱捕器，适用于全深海环境观测和诱捕大型活动能力强的深海近底层鱼类，可为海洋生物多样性研究、深海生物地理学研究、深海环境保护与生物资源可持续开发利用等学科领域提供技术支撑。【背景技术】
[0002]长期以来，包括海洋科学家在内的很多人都将位于海平面1000米以下的深海视为一个相对独立且稳定的生态系统。但最近的研究显示，深海生态系统在全球碳循环、气候变化起着相当重要的作用，深海生态系统的研究成为前沿科学研究。深海观测与取样手段的缺乏是目前深海研究的主要瓶颈。我国邻近海域大部份为大陆架，水深较浅，深海科考大多使用远洋调查船进行操作，因此，急需可以搭载多种科考仪器的自返式长期观测装置。
[0003]除了偶尔使用深海底栖拖网网到大型鱼类外，几乎没有手段进行活动能力强的大型鱼类的捕捉作业。浅海中使用的诱捕式网笼只能捕捉活动能力较弱的虾蟹类和小型的鱼类，且容易逃逸。公告号为CN 103921915 B的专利也是仅仅对此类诱捕网笼进行了改进，在回收前将笼门关闭，以防止捕获样品的逃逸和其他水层样品的混入。针对深海近底层具有较强活动能力的大型游泳生物进行捕捉，需在生物进入诱捕笼时进行判断，一旦有效进入须立即关闭笼门才能实现捕获，目前没有此类设备。[〇〇〇4]自返式的深海观测设备在投放时基本采用自由落体式投放，设备着底时冲击力较大，容易损坏其自身结构和所搭载的仪器，如果仪器的损坏，长期观测也就失去了意义，因此，该类设备须安装有缓冲机构，目前国内投放式仪器设备都没有缓冲机构。
[0005]目前独立运行的深海观测设备所带电池数量有限、续航能力较低，难以实现长期观测。在携带有限电量的情况下，要获得长期的观测数据，必须要进行低功耗的电源管理， 以保证长期的深海数据采集。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种深海环境长期观测与生物诱捕器，适于万米深海环境长期观测和大型活动鱼类的捕获，该装置可以利用调查船上在海面进行投放，通过发送声学控制释放重块，依靠浮力自返回收。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决:
[0008]一种深海环境长期观测与生物诱捕器，包括浮力装置，其特征在于:还包括与浮力装置连接的机架，所述机架上设有内部封装有电源和低功耗电源管理电路的玻璃电源舱、 生物诱捕器、深海图像观测仪器、深海环境参数测量仪器、声学释放器，所述声学释放器连接有承重块。
[0009]进一步的，所述电源为若干个电池组并联组成，所述电池组由若干一次性锂-硫酰氯电池串联组成，所述低功耗电源管理电路为完全的休眠电路，所述休眠电路在系统非工作状态时对所有搭载的观测设备进行断电实现深度休眠，所述休眠电路的待机电流处于uA级。
[0010]进一步的，所述生物诱捕器包括均布小孔的诱捕箱和生物进入感应控制机构，所述感应控制机构包括移动物体感应器、控制机构、箱门关闭驱动机构。
[0011]更进一步的，所述箱门关闭驱动机构包括蜗轮蜗杆减速电机、设于箱门和箱体之间使箱门关闭的拉簧，所述蜗轮轴连接有传动轴，所述传动轴上设有释放拉簧的箱门挡块和闭锁箱门的压板，所述蜗轮蜗杆减速电机连接控制器驱动。
[0012]更进一步的，所述蜗轮蜗杆减速电机为压力平衡型充油电机，电机密封腔内注满变压器油，其内部设有保证压力平衡的活塞装置，以达到全海深要求。
[0013]进一步的，所述深海图像观测仪器为独立部件的深海照相机、深海闪光灯、深海摄像机、深海照明灯组成，所述深海照相机与深海闪光灯安装夹角为30至50度之间，所述深海摄像机和深海照明灯安装夹角为30至50度之间。
[0014]进一步的，所述机架由缓冲支脚、主体托架、防撞护架组成，所述主体托架、防撞护架由不锈钢钢管焊接而成，所述缓冲支脚由导杆、套设于导杆外的固定套筒、套设于导杆外的若干碟形弹簧、与导杆顶端固接的挡块组成，所述固定套筒设于碟形弹簧上方。
[0015]进一步的，所述机架由缓冲支脚、主体托架、防撞支架组成，所述主体托架、防撞支架由不锈钢钢管焊接而成，所述缓冲支脚由导杆、套设于导杆外的固定套筒、套设于导杆外的若干碟形弹簧、与导杆顶端固接的挡块组成，所述固定套筒设于碟形弹簧上方。
[0016]更进一步的，所述不锈钢钢管任一封闭段设有至少2个进出水孔。
[0017]更进一步的，所述碟形弹簧的装配方式为对合装配或叠合装配。
[0018]更进一步的，所述固定套筒与挡块之间还设有可拆卸套筒。
[0019]本实用新型的有益效果有以下几点:
[0020]1、诱捕箱上具有生物自动感应装置，当有生物进入时，启动电机释放箱门，闭锁箱门进行有效捕捉，避免生物逃逸，因装有智能判断装置，极大地提高了诱捕采样成功率。 [〇〇21]2、插上电缆后整个装置被沉入海底进行观测，装置可自动定时提供电源进行观测，休眠时间和工作时长可在投放前进行预设。非工作状态下进行深度休眠，休眠时仅有时钟芯片在工作，待机电流处于uA级，减少非工作状态下的电源损耗，相对延长有效电量。电源及管理系统封装于带有接插件的耐高压(深海11000米的压力)的密封玻璃电源舱内，单个玻璃电源舱可提供24V300AH的电量，整个装置可安装4个玻璃电源舱，最大可提供 24V1200AH的电量，满足长期观测的需求。
[0022]3、深海照相机与深海闪光灯、深海摄像机和深海照明灯均采用独立部件安装，光源与图像传感器的夹角控制在30至50度之间，在该夹角内可有效抑制水下光源的后向散射产生的图像噪声，获得高清图像。
[0023]4、装置采用不锈钢焊接机架为主体，相比传统的浮体材料强度高、性能更好，搭载空间更大，且钢管上开有进水口，用来平衡钢管内外压力，适用于全海深作业;机架上设缓冲支脚，且可以很方便地改变碟形弹簧的数量，而不改变缓冲机构的机械结构来改变缓冲性能，以适应不同承载力和不同水深要求，更避免装置在海底着陆时的瞬间冲击过大而损坏搭载仪器。
[0024]5、摄像机和照明灯用于获取装置附近环境及生物的动态图像信息，照相机和闪光灯用于获取装置附近环境及生物的静态高清图像信息，深海环境参数测量仪可自行采集海底温度、盐度和水深数据，声学多普勒流速仪可自行采集海底流速流向等数据;观测结束后甲板上可发出声学信号，控制声学释放器释放承重块并利用浮力将设备浮上海面回收。
[0025]6、机架设计提高了深海仪器设备搭载量;采用声学释放更稳定可靠且可控，在设备放下后，调查船可进行其他作业，需要回收的时候发送信号，机动性强。【附图说明】[0〇26]图1是本实用新型的结构不意图；[0〇27]图2是本实用新型的结构不意后视图；
[0028]图3是本实用新型缓冲支脚结构示意图；
[0029]图4是本实用新型电源组装结构示意图；
[0030]图5是本实用新型的低功耗电源管理电路原理图；[〇〇31]图6是本实用新型电源工作过程原理图；
[0032]图7是本实用新型生物诱捕器的结构示意图；[〇〇33]图8是本实用新型诱捕控制原理图。
[0034]其中1为生物诱捕器、2为防撞护架、3为主体托架、4为玻璃电源舱、5为声学多普勒流速仪、6为声学释放器、7为深海照相机、8为深海闪光灯、9为法兰盘、10为缓冲支脚、11为承重块、12为深海摄像机、13为深海照明灯、14为不锈钢环链、15为诱捕箱、16为箱门挡块、 17为蜗轮蜗杆减速电机、18为控制器、19为压板、20为拉簧、21为电源护板、22为ER34615— 次性锂-硫酰氯电池、23为电源支撑板、26为挡块、27为可拆卸套筒、28为固定套管、29为碟形弹簧、30为导杆。【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例对本实用新型作进一步详细描述:
[0036]如图1-2所示的深海环境长期观测与生物诱捕器，包括机架和与机架连接的浮力装置(图中未示出)。机架由缓冲支脚10、主体托架3、防撞护架2组成的。缓冲支脚10通过法兰盘9与主体托架3连接。主体托架3上设有四个玻璃电源舱4、两个生物诱捕器1、声学多普勒流速仪5、声学释放器6、深海照相机7、深海闪光灯8、深海摄像机12、深海照明灯13。声学释放器6通过不锈钢环链14连接有承重块11。为了使声学释放器在释放时无干涉，直接把链环14置于释放爪内，然后不锈钢环环链14通过0形链环和承重块11串连。机架通过缓冲支脚 10放于承重块11上。
[0037]将深海环境长期观测与生物诱捕可回收装置下放到水中，进行观测和诱捕，观测结束后通过工作母船上的甲板单元发出声学信号，遥控声学释放器释放承重块并利用自身的浮力装置将设备浮上海面回收。
[0038]机架为由不锈钢钢管焊接而成，钢管上开有孔可供水流入流出，相比传统的浮体材料强度高、性能更好，搭载空间更大，可搭载不同的传感器采集数据，适应于不同的深度。 如果设备下沉水底为不平整陆地，防撞护架可以避免主体托架上的设备收到撞击而损坏。 [〇〇39]如图2所示，深海照相机7、深海闪光灯8设于机架的一侧，两者安装夹角为30至50 度之间，深海摄像机12、深海照明灯13设于机架的另一侧，两者安装夹角为30至50度之间。经研究发现，30至50度的安装夹角有效抑制水下光源的后向散射的影响，抑制图像噪声，获得尚清图像。
[0040]如图3所示，缓冲支脚由导杆30、套设于导杆30外的固定套筒28、套设于导杆外的8 个碟形弹簧29、与导杆30顶端固接的挡块26组成，固定套筒28设于碟形弹簧上方，固定套筒 28与挡块26之间还设有可拆卸套筒27。[〇〇41]当设备下到水底时，导杆30可在机架下方的法兰盘9上的圆管内上下运动，碟形弹簧29可以缓冲导杆30的上下运动，减小设备收到的冲击力，从而避免设备损坏。碟形弹簧29 根据不同的装配方式如对和和叠合装配会发生不同的弹性变形。使用时可随时根据搭载情况增减碟形弹簧29的数量以及改变装配方式，在不改变缓冲机构的机械结构的情况下来改变缓冲性能，以适应不同承载力和不同水深要求，避免装置在着陆时的瞬间冲击过大而损坏搭载仪器。
[0042]玻璃电源舱4内部封装有电源及低功耗电源管理系统。玻璃电源舱4是由德国 Nautilus公司提供的型号为VITR0VEX-17的耐压(水深1100m的压力)密封透明玻璃电源舱， 承压玻璃球内部通过抽真空和密封胶粘结配合缝来形成密封舱。[〇〇43] 如图4所示，电源为24个电池组并联组成，每个电池组由7个型号为ER34615的一次性锂-硫酰氯电池22串联组成，每个电池组设置二极管保护，即使一组损坏掉也不会影响其他组电池的供电。每8组为一层通过电源护板21固定在电源支撑板23上，每个浮球可置3层， 最大可并联24组电池，单个玻璃电源舱在深海低温条件下可提供大于24V 200AH的电量，整机最大可安装4个浮球，在深海低温条件下提供24V800AH以上的电量，满足长期观测的需求。并联后的电池组通过连接稳压模块改变电源的输出电压，根据不同的稳压模块可得到 5V、12V、18V、24V等仪器需要的不同稳定电压。[〇〇44]低功耗电源管理电路的工作原理如图5所示，通过两个M0S管开关控制进入供电模式或休眠模式，通过实时时钟可定时控制进行不同时间段内的供电，休眠时间和工作时长可在投放前进行预设。非工作状态下对所有搭载的观测设备进行断电进行深度休眠，休眠时仅有时钟芯片在工作，待机电流处于uA级。
[0045]电源的工作过程如图6所示，在设备下水前插上电缆上电后，系统处于低功耗休眠状态。在到达预设时间点后，深海图像观测仪器开始工作，完成拍摄的图片和视频录像工作后自动关机，深海环境参数测量仪器等开始连续采集环境参数数据，在到达预设结束时间后，系统断电。重复循环直到装置回收或电量耗尽。
[0046]如图7所示，生物诱捕器1包括诱捕箱15、置于诱捕箱上的移动物体感应器(图中未示出)、箱门关闭控制机构18。箱门关闭驱动机构包括蜗轮蜗杆减速电机17和设于箱门和箱体之间使箱门关闭的拉簧20,蜗轮轴连接有传动轴，传动轴上设有释放拉簧的箱门挡块16 和闭锁箱门的压板19,蜗轮蜗杆减速电机连接控制器18,控制器18内部连接置放移动物体感应器。
[0047]生物诱捕器的控制原理如图8所示，移动物体感应器得到反馈信号时，表明有大型生物进入，控制器18控制蜗轮蜗杆减速电机移动箱门挡块，箱门在弹簧的拉力下迅速关闭，避免生物逃逸。
[0048]总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。
【主权项】
1.一种深海环境长期观测与生物诱捕器，包括浮力装置，其特征在于:还包括与浮力装 置连接的机架，所述机架上设有内部封装有电源和低功耗电源管理电路的玻璃电源舱、生 物诱捕器、深海图像观测仪器、深海环境参数测量仪器、声学释放器，所述声学释放器连接 有承重块。2.根据权利要求1所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述电源为若 干个电池组并联组成，所述电池组由若干一次性锂-硫酰氯电池串联组成，所述低功耗电源 管理电路为休眠电路，所述休眠电路在系统非工作状态时对所有搭载的观测设备进行断电 实现深度休眠，所述休眠电路的待机电流处于uA级。3.根据权利要求1所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述生物诱捕 器包括均布小孔的诱捕箱和生物进入感应控制机构，所述感应控制机构包括移动物体感应 器、控制机构、箱门关闭驱动机构。4.根据权利要求3所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述箱门关闭 驱动机构包括蜗轮蜗杆减速电机、设于箱门和箱体之间使箱门关闭的拉簧，蜗轮轴连接有 传动轴，所述传动轴上设有释放拉簧的箱门挡块和闭锁箱门的压板，所述蜗轮蜗杆减速电 机连接控制器驱动。5.根据权利要求4所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述蜗轮蜗杆 减速电机为压力平衡型充油电机，所述电机密封腔内注满变压器油，所述电机密封腔内部 设有保证压力平衡的活塞装置。6.根据权利要求1所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述深海图像 观测仪器为独立部件的深海照相机、深海闪光灯、深海摄像机、深海照明灯组成，所述深海 照相机与深海闪光灯安装夹角为30至50度之间，所述深海摄像机和深海照明灯安装夹角为 30至50度之间。7.根据权利要求1所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述机架由缓 冲支脚、主体托架、防撞护架组成，所述主体托架、防撞护架由不锈钢钢管焊接而成，所述缓 冲支脚由导杆、套设于导杆外的固定套筒、套设于导杆外的若干碟形弹簧、与导杆顶端固接 的挡块组成，所述固定套筒设于碟形弹簧上方。8.根据权利要求7所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述不锈钢钢 管任一封闭段设有至少2个进出水孔。9.根据权利要求7所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述碟形弹簧 的装配方式为对合装配或叠合装配。10.根据权利要求7所述的深海环境长期观测与生物诱捕器，其特征在于:所述固定套 筒与挡块之间还设有可拆卸套筒。
【文档编号】G01D21/02GK205607436SQ201620294436
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】郑旻辉, 杨俊毅, 张培培, 王春生
【申请人】国家海洋局第二海洋研究所