海洋波浪能自供电循环探测生态浮标的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种海洋波浪能自供电循环探测生态浮标，以海洋波浪能为主要能源，用于搜集海水温度、盐度、含氧量等的剖面资料。其结构由圆柱形耐压壳体、上端盖、下端盖和波浪能发电装置构成，上端盖设有传感器和卫星天线；耐压壳体内设有液压柱塞泵；所述圆柱型耐压壳体分为外壳和内壳；上、下端盖分别通过上、下法兰与外壳和内壳连接在一起；在壳体内安装液压缸，其缸筒和活塞杆分别固定在上、下法兰上，液压柱塞泵与缸筒相通。采用液压缸驱动，浮标可改变本身体积。壳体为短粗圆柱型结构，减小浮标长度，扩大了浮标直径，降低其重心高度，使其更能抗击海流和波浪，保持稳定度。下端盖连接轴流式叶片波浪能发电装置，为浮标的正常工作提供电能。
【专利说明】海洋波浪能自供电循环探测生态浮标
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海洋生态浮标，尤其是涉及一种海洋波浪能自供电循环探测生态浮标。
【背景技术】
[0002]海洋是人类巨大的资源宝库，海洋环境监测是海洋环境保护的哨兵和耳目；是关系到海洋环境保护事业健康发展的前提和基础，是防止和消除海洋环境污染、减少损害的重要手段。
[0003]而布放在海水中的剖面浮标，要求具有自动下潜和自动上浮的自持能力，可在预定深度漂浮，并能循环测量海洋剖面要素。目前多种剖面探测浮标正处于研究发展阶段，各具有不同的特点。
[0004]其中常用的卫星跟踪浮标为自持式漂流循环探测浮标，又称中性剖面探测漂流浮标。这种探测浮标通过改变自身体积来实现在海洋中下潜和上浮。在上升过程中完成海洋剖面测量。实现快速、准确测量海洋次表层海水的剖面数据。
[0005]其工作原理是，自持式漂流循环探测浮标布放海上后，自动潜入水下2000米以内的深度。随海流保持中性自由漂浮，到达预定深度后自动上浮。在上浮过程中传感器测量海水温度、盐度、含氧量及污染物含量等，到达海面后再处于漂浮状态，然后在海面通过卫星系统将采集的测量数据传输给用户。当完成测量数据传送后，自持式漂流循环探测浮标又自动下潜并开始下一次自动循环探测过程，达到预定深度自动上浮并进行测量，一个自持式漂流循环探测浮标在海中反复进行下潜、上浮地自动循环探测。
[0006]但是，现有浮潜标存在如下的缺陷:现有海洋浮潜标都是靠蓄电池，为延长工作寿命，不得不加大蓄电池的容量。这样一来，浮标的自重增大，不易于布放与回收，废弃的蓄电池也会污染环境，另外，在工作期间，还需对蓄电池进行更换充电，以确保海洋生态浮标工作中所需电力，这样不仅工作耗费大量人工，也大大提高了海洋生态浮标的维护费用。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷，而提供一种海洋波浪能自供电循环探测浮标，该浮标增设海洋波浪能发电装置，从而为浮标上浮或下潜提供电倉泛。
[0008]为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:海洋波浪能自供电循环探测生态浮标，由圆柱形耐压壳体、上端盖和下端盖、波浪能发电装置、浮子、液压柱塞泵、探测传感器、压力传感器构成，所述波浪能发电装置固定于浮标下端盖底部，浮标下端盖底部同时嵌套浮子。
[0009]更具体地，所述波浪能发电装置为轴流叶轮式，产生的直流电通过导线存储于放置在浮标壳体内的蓄电池中。
[0010]更具体地，所述在下端盖的底部嵌套安装的浮子为圆环形。[0011]本发明的有益效果，利用叶片导流头的引导作用，将海水作用于叶轮端面的作用力分散作用于叶片上，利用套筒形成静水区引起相对运动，推动叶轮转动，通过齿轮传动将波浪的机械能转化为电能，具有波浪能利用率高、发电效率高、体积小、成本低、独立、稳定和建设简便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为海洋波浪能自供电循环探测生态浮标外部结构示意图。
[0013]图2为海洋波浪能自供电循环探测生态浮标内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，对本发明进行具体的分析，本发明海洋波浪能自供电循环探测浮标，由圆柱形耐压壳体20、上端盖12及下端盖5构成，上端盖12和下端盖5均为弧形结构。在上端盖12的外部设有传感器13和卫星天线14，该传感器13和卫星天线14通过上端盖12的安装孔安装在上端盖12的顶部。参见图1所示。
[0015]在耐压壳体内设置有电路控制板10及由电动机19带动的液压柱塞泵22，电动机19与一蓄电池7相连，使电动机19得到电源供应。所述圆柱型耐压壳体为短粗型，扩大了浮标的直径，该壳体分为外壳17和内壳21,所述外壳17和内壳21均为两端开口的圆筒状结构，外壳17套设在内壳21的外部，两者密封配合且可移动；上端盖12通过上法兰11与外壳17连接在一起，下端盖5通过下法兰6与内壳21连接在一起。上端盖12、上法兰11及外壳17三者通过螺栓16连接；下端盖5、下法兰6及内壳21三者也一样通过螺栓23连接在一起。在壳体内部安装一液压缸，该液压缸的缸筒8固定在下法兰6上,与缸筒8配合的活塞杆18与上法兰11连接，液压柱塞泵22通过油路与缸筒8相通。
[0016]由于浮标需要在海底进行作业，所以各个连接之处均采用密封措施。即在浮标内壳21和外壳17之间的连接处，安装卫星天线14和传感器13的安装孔，均可采用橡胶圈密封。
[0017]上述传感器为测量传感器和压力传感器。
[0018]在上述壳体的外部套设有保护皮囊9，该保护皮囊9的两端与上、下法兰连接，该皮囊可以保护内壳21和外壳17，从而使壳体不受海水腐蚀，从而增加浮标的整体使用寿命，也给内、外壳之间提供辅助的密封措施。该皮囊通过高压油管与液压柱塞泵22相通，在皮囊与液压柱塞泵22之间的高压油管上设有电磁换向阀24。该皮囊可以进一步改变浮标的体积。当需要浮标潜入2000米以下的海底，只需将液压油注入皮囊之中，增大皮囊的体积，从而进一步增加浮标的浮力。当遇到特殊海况或因浮标使用时间过长而导致浮力不够时，即浮标在2000米以上就没有足够的浮力使其上浮，此时液压柱塞泵可以将浮标内壳中的一部份液压油注入到皮囊中，增大浮标的体积，进而增大浮标浮力，使浮标上浮。
[0019]在下端盖5的底部还安装了一个浮子4，该浮子4可能通过固定螺栓26连接到下端盖5上，在浮子4和下端盖5连接处可采用橡胶圈密封。
[0020]在上述液压柱塞泵22与缸筒8之间的油路上设有电磁换向阀25。
[0021]在上法兰11上还安装有一真空泵15，每当浮标上升到海平面时，真空泵15开始工作，将浮标内腔抽成真空，保持浮标内腔一定的真空度，在一定程度上提高了浮标的密封效果，同时也使浮标内的零器件避免接触空气而导致氧化。
[0022]本发明的浮标工作原理，当要增大浮标体积时:蓄电池7对电动机19供电，电动机19驱动液压柱塞泵22转动，通过电磁换向阀25将高压油注入液压缸的缸筒8内，液压缸的活塞杆18推出，从而推动上法兰11和下法兰6相互分离，从而带动外壳17和内壳21相互移动，则浮标体积增大，浮标上浮。到达海面之后，电磁换向阀25得电，关闭供油回路，浮标则浮于海面之上。
[0023]当遇到特殊海况、因浮标使用时间过长而导致浮力不够或潜入2000米以下的海底时，需要进一步增大浮标的浮力，此时电磁换向阀25得电，关闭液压缸供油回路，电磁换向阀24失电，液压柱塞泵22将浮标腔内的液压油注入皮囊之中，为浮标提供辅助浮力，到达海面之后，电磁换向阀24得电，关闭皮囊供油回路，则浮标浮于海面之上。
[0024]浮标下沉时，需要减小体积，电磁换向阀24失电，液压柱塞泵22停止工作，液压油通过皮囊的压力和海水的压力将液压油压回浮标内腔之中，电磁换向阀25失电，液压缸中的液压油通过浮标内腔真空度、海水压力和连接浮标内外壳的皮囊的拉力将液压油压回浮标内腔，则浮标下沉。到达海底一千米时，压力传感器将信号传给电磁换向阀25，则电磁换向阀25得电，压力油停止压回浮标内腔之中，浮标停留于海底一千米处；经过一段时间电磁换向阀25失电，压力油重新被压回浮标内腔，浮标体积进一步缩小，浮标继续下沉；到达海底两千米时，压力传感器将信号传输到电磁换向阀25，则电磁换向阀得电，压力油停止被压回浮标内腔，浮标体积停止缩小，则浮标停留于海底两千米处。
[0025]海水压力将皮囊中的高压油通过电磁换向阀24压回浮标内腔，则浮标体积减小；海水压力、浮标内腔真空压力、保护皮囊9的拉力将液压缸缸筒8内的高压油通过电磁换向阀24压回浮标内腔，则浮标体积减小。
[0026]下端盖连接的轴流式波浪能发电装置其工作原理是利用套筒I将桶内海水与套筒外部海水隔离，形成静水区，当浮标上浮至海面时随着波浪的运动，套筒内与套筒外的水形成性对运动，推动叶轮3转动，叶轮导流头2内齿轮同步转动，带动与之啮合的外齿轮29转动，外齿轮29带动同轴的齿轮27转动，同轴齿轮与发电机28增速齿轮啮合，带动发电机转子转动，进而发电，通过导线将电能输送至浮标壳内的蓄电池7储存。同理，在浮标上浮及下潜的过中，套筒内外海水由于套筒内静水区的存在形成相对运动，推动叶轮转动，进而带动齿轮转动进行发电。
[0027]本发明的浮标运动过程为:首先将浮标投放至所需要测量的海域，开机运行；与卫星进行通讯，取得浮标的位置和工作情况；通讯结束后浮标收缩外壳，开始下潜；下潜到一千米海深时停留一段时间；浮标继续收缩外壳下潜；当到达2000米海底的时候停留一段时间；浮标伸长外壳开始上浮；在上浮的过程中测量所需要采集的数据并进行存储；浮标上升至海平面，这时浮标的外壳伸长到最长以保证能有足够的浮力使浮标浮在海面上和保持浮标的平稳性，便于与卫星的连接和通讯；浮标继续收缩外壳下潜，在探测浮标上浮过程中，测量传感器不断测量海水的温度、盐度、含氧量和污染物含量等数据。到达海面后由卫星发射机通过卫星通讯天线将测量数据发送出去。在浮标上浮、下潜以及浮在海面上有波浪运动时,均可产生电能为蓄电池充电。重复以上过程。
【权利要求】
1.海洋波浪能自供电循环探测生态浮标，由圆柱形耐压壳体、上端盖和下端盖、波浪能发电装置、浮子、液压柱塞泵、探测传感器、压力传感器构成，其特征在于:所述波浪能发电装置固定于浮标下端盖底部，浮标下端盖底部同时嵌套浮子。
2.根据权利要求1所述的海洋波浪能自供电循环探测生态浮标，其特征在于:所述波浪能发电装置为轴流叶轮式，产生的直流电通过导线存储于放置在浮标壳体内的蓄电池中。
3.根据权利要求1所述的海洋波浪能自供电循环探测生态浮标，其特征在于:所述在下端盖的底部嵌套安装的浮子为圆环形。
【文档编号】B63B22/00GK103587654SQ201310088287
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】王世明, 汪亚南, 姜琳琳, 蔡男, 马晨琦, 雷道涛, 张朝君, 孙璞, 田卡, 艾显著 申请人:上海海洋大学, 汪亚南