一种漂流浮标式的波浪信息观测装置

1.本发明涉及漂流浮标观测领域，尤其涉及一种漂流浮标式的波浪信息观测装置。


背景技术：

2.漂流浮标漂浮在海面上，随海流漂移，用以收集大范围的海洋表层、次表层环境数据，具有体积小、重量轻、布放机动灵活、成本低、工作可靠性高等优点，适合在全球海洋大规模投放，进行海洋环流、气候变化等的监测和研究。
3.由于波浪的作用，漂流浮标存在晃动，尤其在海况特别恶劣的海区，重心较低的漂流浮标也会存在大幅度摇晃且易倾翻，导致部分传感器测量的数据存在较大偏差，尤其是对稳定性要求极高的三轴加速度传感器，同时大幅度摇晃导致gps定位模块和北斗短报文通信模块天线方向发生偏差，极大地影响了定位和实时通信的功能。
4.传统漂流浮标在进行海洋环流、气候变化等监测时，恶劣环境下存在大幅度摇晃且易倾翻，极大影响了测量精度和实时通信。配有水帆的漂流浮标能提高稳定性，但水帆本身设计和连接强度要求较高，成本高，同时存在运动响应速度不够和水动力复杂化等问题，影响测量精度，同时也不能有效克服波浪引起的标体稳定性问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种漂流浮标式的波浪信息观测装置，能够提高漂流浮标的稳定性，能够在海表进行长期稳定的监测。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.本发明提供一种漂流浮标式的波浪信息观测装置，包括：
8.浮球外壳，所述浮球外壳为空心；
9.外圆环，所述外圆环的两端与所述浮球外壳的内壁之间通过第一支承轴转动连接，所述外圆环的圆心与所述浮球外壳的球心重合；
10.内圆环，所述内圆环套设在所述外圆环内，所述内圆环的两端与所述外圆环之间通过第二支承轴转动连接，所述内圆环的圆心与所述外圆环的圆心及浮球外壳的球心重合，所述第一支承轴和第二支承轴相互垂直；
11.中心半球，所述中心半球为内部空心的封闭式中心半球，所述封闭式中心半球的两端与所述内圆环之间通过第三支承轴转动连接，所述第三支承轴、第二支承轴和第一支承轴两两之间互相垂直；
12.检测机构，所述检测机构安装在所述中心半球上并跟随所述中心半球转动，所述检测机构用于检测波浪信息。
13.进一步地，所述检测机构包括安装在所述中心半球内的空心壳体和支撑机构，所述空心壳体由所述支撑机构固定支撑在所述中心半球内，所述空心壳体内安装有供电模块和检测模块，所述供电模块用于为所述检测模块进行供电，所述检测模块用于检测波浪信息。
14.进一步地，所述空心壳体为长方形壳体，所述支撑机构包括六个支撑架，每两个所述支撑架对称安装在所述中心半球的内壁，每个所述支撑架对应一个所述长方形壳体的一个面，所述检测模块包括六个加速度传感器，每个所述支撑架与对应的一个面之间通过一个所述加速度传感器连接，其中相对的两个加速度传感器互相对称设置，所述加速度传感器用于测量波浪沿x、y和z轴三个方向的加速度。
15.进一步地，所述检测模块还包括定位模块和北斗通信模块，所述定位模块用于获取海上漂流浮标的位置、高度、经纬度信息，所述北斗通信模块用于将获取的漂流浮标的所述位置、高度、经纬度信息以及加速度传感器测量数据通过北斗短报通信传输到接收端。
16.进一步地，所述支撑架上设置有凹槽，所述加速度传感器的一端安装在对应的所述凹槽内，另一端安装在所述长方形壳体的侧壁上。
17.进一步地，所述中心半球的平面上安装有所述定位模块的定位天线和北斗天线，用于北斗短报通信。
18.进一步地，所述浮球外壳为采用塑料制成。
19.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
20.本发明提供的浮标式波浪信息观测装置在浮标遇到强风暴时，浮球外壳在海洋的影响下翻滚，球内有两个环互相垂直而可灵活转动，三轴相互交叉代表三个自由度的旋转，内半球重心偏低，由于惯性作用，可绕三个互相垂直的轴线转动，不论外球如何滚转，内半球总是保持水平状态，起到抗翻滚的功能，提高三轴加速度传感器的监测精度和天线朝向的稳定性，实现海浪信息实时观测装置。
附图说明
21.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
22.在附图中：
23.图1是漂流浮标式的波浪信息观测装置去除浮球外壳的一半和中心半球的内部结构示意图；
24.图2是漂流浮标式的波浪信息观测装置去除浮球外壳的内部结构示意图；
25.图3是中心半球去除顶面平面的内部结构示意图；
26.附图中各标记表示如下：
27.1-浮球外壳、2-外圆环、3-内圆环、4-第一支承轴、5-第二支承轴、6-第三支承轴、7-中心半球、8-空心壳体、9-支撑架、10-加速度传感器、11-定位天线、12-北斗天线。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
29.本发明实施例提供的漂流浮标式的波浪信息观测装置包括一个内部空心的浮球
外壳和位于中心的内部空心的封闭式半球，两球之间有两层同心圆环，封闭式半球在径向两端各由所述支承轴支承在内圆环的两个径向孔内，能自由转动。同样，内圆环支承在外圆环上，外圆环支承在浮球外壳的内壁上。中心半球、内圆环、外圆环和浮球外壳内壁的支承轴线依次互相垂直。在外球受风浪影响下，中心半球仍能实现保持水平状态，起到抗翻滚的功能，提高三轴加速度传感器的监测精度和天线朝向的稳定性，实现海浪信息实时观测装置。
30.实施例1
31.如图1至图3所示，所述漂流浮标式的波浪信息观测装置包括浮球外壳1、外圆环2、内圆环3、中心半球7和检测机构。所述浮球外壳1为空心球形结构。所述外圆环2的两端与所述浮球外壳1的内壁之间通过第一支承轴4转动连接，所述外圆环2的圆心与所述浮球外壳1的球心重合。所述内圆环3套设在所述外圆环2内，所述内圆环3的两端与所述外圆环2之间通过第二支承轴5转动连接，所述内圆环3的圆心与所述外圆环2及浮球外壳1的球心重合，所述第一支承轴4和第二支承轴5相互垂直。所述中心半球7为封闭式中心半球，所述封闭式中心半球为空心结构，所述封闭式中心半球的两端与所述内圆环3之间通过第三支承轴6转动连接，所述第三支承轴6、第二支承轴5和第一支承轴4两两之间互相垂直。所述检测机构安装在所述中心半球上并跟随所述中心半球转动，所述检测机构用于检测波浪信息。
32.所述浮球外壳1在海洋的影响下翻滚，浮球外壳1内的外圆环2和内圆环3互相垂直且可灵活转动，第一支承轴4、第二支承轴5和第三支承轴6相互交叉代表三个自由度的旋转，中心半球7重心偏低，由于惯性作用，可绕三个互相垂直的支承轴的轴心转动，不论浮球外壳1如何滚转，中心半球7总是保持水平状态，起到抗翻滚的功能，提高监测精度和信号的稳定性，实现海浪信息实时观测装置。
33.所述检测机构包括安装在所述中心半球7内的空心壳体8和支撑机构，所述空心壳体8由所述支撑机构固定支撑在所述中心半球6内，所述空心壳体8内安装有供电模块和检测模块(图中未示出)，所述供电模块用于为所述检测模块进行供电，所述检测模块用于检测波浪信息。所述检测模块包括定位模块和北斗通信模块，所述定位模块用于获取海上漂流浮标的位置、高度、经纬度信息，所述北斗通信模块用于将获取的漂流浮标的所述位置、高度、经纬度信息以及加速度传感器测量数据通过北斗短报通信传输到接收端。
34.所述空心壳体8为优选为长方形壳体，所述支撑机构包括六个支撑架9，六个所述支撑架9对称安装在所述中心半球7的内壁，每个所述支撑架9对应一个所述长方形壳体的一个面，所述检测模块还包括六个加速度传感器10，每个所述支撑架9与对应的一个面之间通过一个所述加速度传感器10连接，其中相对的两个加速度传感器10互相对称设置。为了方便安装，每个所述支撑架9上设置有凹槽，所述加速度传感器10的一端安装在对应的所述凹槽内，另一端安装在所述长方形壳体的侧壁上。所述加速度传感器用于测量波浪沿x、y和z轴三个方向的加速度，因此也成为三轴加速度传感器。
35.所述中心半球7的平面上安装有所述定位模块的定位天线11和北斗天线12，所述定位天线11朝向上方实现通信。
36.为了提高实用寿命，所述浮球外壳1为采用塑料制成，优选可采用高强度abs塑料，具有抗冲击性、耐热性、耐低温性等。
37.本发明提供的浮标式波浪信息观测装置在浮标遇到强风暴时，浮球外壳1在海洋
的影响下翻滚，球内有两个环互相垂直而可灵活转动，三轴相互交叉代表三个自由度的旋转，中心半球7重心偏低，由于惯性作用，可绕三个互相垂直的轴线转动，不论外球如何滚转，中心半球7总是保持水平状态，起到抗翻滚的功能，提高加速度传感器的检测精度和天线朝向的稳定性，实现海浪信息实时观测装置。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。