一种用于海底信息监测的抗冰浮标装置

本发明属于海洋工程装备领域，具体涉及一种适用于结冰海域海底信息监测的抗冰浮标载体装置。

背景技术：

0、技术背景

1、随着海底矿藏、深海热液、天然气水合物等现象的发现，海底观测的内容更加丰富，也更加迫切。海底信息包括海洋生物生存状况、海底流速、海工装备的泥土冲刷、地震信息等。海底观测的方法有二种：间接观测和直接观测。间接观测主要指采集海水、微生物和海底物质等样品，并在实验室进行样品分析。直接观测是把观测器直接放到观测对象的附近，研究人员在线实时地获得观测数据。非冰区的直接观测系统已经逐步完善，但是在冬季结冰海域，承载体的抗冰能力、对监测仪器的工作环境保障以及海底观测器的实时供电和数据传送具有重大挑战。传统的海上平台式结构可以实现相应功能，但是对人力、财力消耗巨大。由此，解决冬季的海底观测实时传送功能需要一种更为经济实用的具有抗冰性能的小型载体工具。

2、为解决上述存在的问题，本项目旨在发明一种用于海底信息监测的抗冰浮标装置，以实现更具经济性的冬季海底信息实时监测。

技术实现思路

1、本发明目的是设计一种具备冬季抗冰性能的浮标载体，采取三点系泊方式以限制浮标在海面移动以保证海底监测仪器的正常工作；合理的结构设计使浮标具有良好的抗冰性能，保证在结冰海域为海底监测仪器提供稳定供电和实时数据记录、传输，实现更具经济性的冬季海底信息实时监测目标。

2、为了实现上述功能，本发明采取以下技术方案：

3、一种用于海底信息监测的抗冰浮标装置，所述的抗冰浮标装置包括浮标主体、系泊系统、供电系统、信号传输系统、和海底信息监测器五个部分，其中，设计水线12位于上半圆台3区域。

4、所述的浮标主体设定为水密标体，由上下两个可拆分的圆台3、4拼接而成，两个圆台对称布置，其侧壁倾斜，拼接位置通过螺栓10连接并保证拼接处的水密性，内部为空腔结构，作为供电系统和信号传输系统的的储存舱室，所述补充仪器包括数据存储器和单片机14以及锂电池15。其中，上半圆台3顶部安装太阳能板2和数据传输器1以及太阳能板保护外罩11，且上圆台外上表面设置圆形水密开口，由密封螺丝17和热熔胶密封保证水密性，用于定期内部设备维护、数据提取，即上圆台3上表面的水密开口通过热熔胶密封开口和盖子边缘，以保证正常工作时的水密性。下半圆台4外部设定用于连接固定锚链的挂耳16，并在下半圆台4底面设置防水通线孔。所述的系泊系统为三点系泊，包括三点系泊方案、系泊锚链5、系泊锚7，即由三个系泊锚7和三个系泊锚链5共同限制浮标主体的海面位移，用以保证海底信息监测仪的稳定。

5、所述的供电系统包括浮标主体上半圆台3上表面安装的太阳能板2以及浮标主体空腔结构中的锂电池15；台上表面安装太阳能板2及保护罩用于太阳能发电。圆台内部的锂电池15作为补充供电系统。

6、所述的信号传输系统包括浮标主体上半圆台3上表面的数据传输器1、浮标主体空腔结构内的数据存储器14以及用于连接海底信息监测仪8的信号缆6。所述的信号传输系统设置在浮标主体上半圆台3顶部以及圆台内部。上半圆台3上表面安装数据传输器1用于实时数据传送。圆台内部的数据存储器14和单片机作为补充信息存储系统。所述的信号缆6通过浮标主体下半圆台4底面的防水通线孔与浮标主体下方的海底信息监测仪器8和浮标主体内部的供电、信息传输及信息储存装置连接，信息由海底信息监测器8收集，通过信号缆6传送给数据传输器1，如果数据实时传送失效，浮标主体内部的数据存储器14存储未发送成功的数据。

7、以上所述是一种用于海底信息监测的抗冰浮标装置的整体结构设计方案，其抗冰性能主要由浮标主体实现：其侧壁倾角70°—80°的设计和系泊挂耳位置的设定可以在冬季海面平整冰与浮标主体相互作用时，利用浮标的储备浮力，使海冰发生弯曲破破坏。同时，挂耳的设定位置有益于防止海冰的撞击挂耳同时更利于实现破冰。在该过程中，可以有效避免浮标被海冰压入水下，可以保证信号传输系统和供电系统的正常工作，实现海底信息监测数据的实时传送和存储。

8、三点系泊的系泊方案可以有效的限制浮标主体在海面的位移，从而保证海底信息监测器的稳定，即限制浮标的移动以防止其拖拽海底信息监测器。该功能主要是保证海底信息监测器在收集信息时具有稳定的工作状态，使其收集的信息不被自身的移动干扰，信息具有可靠性。另外，限弯器和挂耳位置的设计有效防止信号缆和系泊锚链的相互缠绕，避免影响数据传送。

9、对于标体的尺寸及其内部的选择不做特定需求，可根据具体监测的数据类型需要做适当的调整改进，也可在标体内部增加所需仪器设备。

10、进一步的，所述的上半圆台3侧壁倾角角度13设定为70°-80°，优选为80°，其中倾角角度13指正浮时海平面与侧壁的夹角。

11、进一步的，所述用于通过信号缆6的防水通线孔位置设置信号缆限弯器9，防止信号缆6与系泊锚链5相互缠绕。

12、进一步的，所述的海底信息监测仪8可以根据所测的海底信息类型自主选择，海底信息监测仪8根据所需的信息收集需求自行安装，三点系泊系统可以满足保证海底信息监测器(8)稳定的工作环境。

13、进一步的，所述的设计水线12的位置靠近上下两圆台拼接处，且距离拼接处为1/3倍上半圆台3的高度。通过调整标体重量和排水量，使水面在设计水线12的位置。而设计水线位置即为海冰与标体相互作用的点位，限制在该处有利于实现海冰与标体相互作用时发生弯曲破坏(整个标体实现抗冰性能)，同时能够预防海冰对挂耳16的冲撞。

14、进一步的，所述的下半圆台4外侧设置三个挂耳16，用以连接三组系泊系统，形成三点系泊系统，进而实现支持海底信息监测仪的正常工作。每两个挂耳16之间的夹角18设定为120°。每一个锚链、锚和挂耳组成一组，三组均匀分布，固定挂耳16上，共同形成三点系泊方案。

15、进一步的，所述的系泊锚链5选用挡锚链、系泊链7选用霍尔锚19和重块20搭配，实现固定浮标标体。系泊链7一端和浮标主体下半圆台4的挂耳16连接，另一端与霍尔锚19、重块20相连。

16、进一步的，所述的挂耳16位置设定在下半圆台4侧面并且远离两圆台连接处2/3倍下半圆台高度。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、(1)浮标主体的抗冰性能避免了传统浮标冬季入水失效导致信号不能顺利传输，实现了冬季结冰海域全天候实时监测的经济性功能。即本发明可以实现冬季抗冰生存，保证海底信息监测仪的实时电能供应和信号传输。

19、(2)三点系泊方案可以有效限制浮标主体在海平面的位移，满足海底信息监测仪器相对稳定的正常工作需求，保证海底监测器的绝对稳定，即本发明能够满足正常监测的工况条件。

20、(3)可以服务于监测海底多种信息数据，使用者可根据具体需求自由选定海底探测仪器以及浮标内部的功能元件。

21、综上，本发明可以实现冬季结冰海域全年海底信息数据实时监测，具有显著的经济性且适应环境更加广泛，对海底信息的全面、广泛收集有重要意义。