申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2019-01-30

公开（公告）日：2021-10-12

公开（公告）号：CN109798878B

主分类号：G01C13/00(20060101)

分类号：G01C13/00(20060101);G01M10/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.10.12#授权;2019.06.18#实质审查的生效;2019.05.24#公开

摘要：本发明公开了一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，是一种使用矢量传感器作为监测仪器且漂浮在水体中，实现海洋内波精确监测并及时传输数据的海洋内波监测仪器。本发明包括：铱星通讯模块，数据处理及储存模块，矢量传感器，电源模块和浮力控制仓。仪器通过调整浮力控制仓中的浮力皮囊大小漂浮至待测水深水体中，跟随内波运动进行四通道多分量数据采集，到达设定时间段后，浮力控制仓调整浮力皮囊大小浮出海面，通过铱星通讯模块传输采集数据及仪器坐标，然后沉入水体中进行下一时间段监测，直至回收。本发明布放回收简单，监测结果可靠。

主权项：1.一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于包括铱星通讯模块（1），参数设置水密接口（2），数据处理及储存模块（3），矢量传感器（4），电池组（5）和浮力控制仓（6）；仪器整体由玻璃钢制作成圆柱形形体，所述铱星通讯模块（1），参数设置水密接口（2）和数据处理及储存模块（3）相连，所述数据处理及储存模块（3），矢量传感器（4），电池组（5）和浮力控制仓（6）均用玻璃钢进行密封隔离，矢量传感器（4）玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器（4）通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器（4）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）连接，电池组（5）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）和浮力控制仓（6）相连实现供电；所述浮力控制仓（6）内分为硅油仓（13）和油囊仓（14），硅油仓（13）和油囊仓（14）密封隔离，通过水密输油管（8）相连，浮力控制仓（6）通过调整油囊仓（14）调整浮力。

全文数据：一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪技术领域本发明属于海洋内波监测技术领域，具体涉及一种使用矢量传感器作为监测仪器且漂浮在水体中，实现海洋内波多分量监测并及时传输数据的海洋内波监测仪器。背景技术内波是指发生在密度稳定层化的水体内部，波动频率介于惯性频率和浮力频率之间的波动。海洋内波可以与其他大、中尺度运动过程及不同尺度内波间产生非线性作用，使波形更加陡峭，产生内孤立波，引起强烈的辐聚辐散。海洋内波生成的内波混合对于海洋中的质量、动量、能量输送及全球气候变化，海洋工程发展以及军事方面起着重要的作用。由于海洋内波随时间和空间而随机地变化，传统的锚系观测链，需要在观测链上放置多个温度传感器或流速计，成本高且无法大范围对内波进行观测。吴旌等人的专利（申请号200710187340.X）采用锚系水中可升降漂浮平台实现内波测量，仍只能测量固定点的内波参数。叶瑛等人的专利（申请号201210245017.4）采用浮球式振动波传感器实现内波的监测，但是其传感器需要固定在海底，无法实现动态监测。发明内容本发明的目的是为了克服上述监测困难提供一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，实现海洋内波多分量监测并及时传输数据，本发明海上布放和回收方便，并且可以重复投放使用。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪包括铱星通讯模块，参数设置水密接口，数据处理及储存模块，矢量传感器，电池组和浮力控制仓，储存介质存放口和数据处理及储存模块相连，数据处理及储存模块，矢量传感器，电池组和浮力控制仓均用玻璃钢进行密封隔离，矢量传感器玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器通过水密电缆与数据处理及储存模块连接，电池组通过水密数据处理及储存模块和浮力控制仓相连实现供电。浮力控制仓根据水体的比重调整浮力，调整方式是通过往浮力控制仓加注硅油实现，浮力控制仓包括硅油仓和油囊仓，硅油仓和油囊仓密封隔离，通过水密输油管相连，浮力控制仓通过压力传感器传递信号给数据处理及储存模块，由数据处理及储存模块控制电动油泵调整油囊仓调整浮力，油囊仓对浮力皮囊起保护作用。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪使用水深0-500m，测量仪器到海面的距离。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的使用方法是：布放前通过参数设置水密接口初始化数据处理及储存模块，设置监测时间，根据所需要测量的水体调节浮力控制仓的浮力皮囊调整仪器的浮力，仪器垂直放入水中自动到达设定水深后，浮力控制仓中压力传感器实时检测水压大小，通过电动油泵不断调整浮力皮囊的大小，调整至设定浮力大小，使仪器稳定漂浮于水体中，随着海流上下起伏通过矢量传感器记录四通道多分量数据并将数据传递于数据处理及储存模块，仪器到达预定检测时间间隔后，仪器停止数据记录，并通过电动油泵将硅油储存仓中硅油压入浮力皮囊中产生浮力使仪器上浮至海面，数据和仪器所在地理位置经过铱星通信模块发送至地面或船面控制站，确认数据传递完成后，清空存储介质中的数据，再次调整浮力控制仓浮力沉入待测水体进行下一个时间段的内波监测，待仪器到达设定监测总时间时，仪器通过调整浮力控制仓浮力完成上浮，并通过铱星通信模块发送数据和仪器所在地理位置，以待回收。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪可用于内波多分量监测和研究、海洋湍流和其他海洋状态多分量中长期监测和研究。本发明使用矢量传感器对内波进行多分量中长期监测，并通过浮力控制仓漂浮于待测水体中，监测数据可靠，布放回收便利。附图说明图1是基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的结构示意图；图2是浮力控制仓的结构示意图；图中1是铱星通讯模块，2是参数设置水密接口，3是数据处理及储存模块，4是矢量传感器，5是电池组，6是浮力控制仓，7是硅油储存仓，8是水密输油管，9是电动油泵，10是压力传感器，11是浮力皮囊，12是固定架，13是硅油仓，14是油囊仓。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1和2所示，本发明的基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，包括铱星通讯模块1，参数设置水密接口2，数据处理及储存模块3，矢量传感器4，电池组5和浮力控制仓6。仪器通过浮力控制仓6加注硅油调整至待测水体比重，跟随水体运动进行内波多分量监测，得到精准的监测数据。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪通过压力传感器10调整浮力皮囊11的大小调整仪器浮力。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪整体由玻璃钢制作成圆柱形形体，铱星通讯模块1，参数设置水密接口2和数据处理及储存模块3相连，数据处理及储存模块3，矢量传感器4，电池组5和浮力控制仓6均用玻璃钢进行密封隔离，矢量传感器4玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器4通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器4通过水密电缆与数据处理及储存模块3连接，电池组5通过水密电缆与数据处理及储存模块3和浮力控制仓6相连实现供电。浮力控制仓6包括硅油仓13和油囊仓14，硅油仓13包括硅油储存仓7，电动油泵9和固定架12，硅油储存仓7通过固定架12固定于硅油仓13底，电动油泵9通过水密电缆与电池组5相连，油囊仓14包括压力传感器10和浮力皮囊11，油囊仓14的玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，压力传感器10和浮力皮囊11浸没在海水中，压力传感器10通过水密电缆与数据处理及储存模块3相连。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪使用水深0-500m，测量仪器到海面的距离。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的使用方法是布放前通过参数设置水密接口2初始化数据处理及储存模块3，设置监测时间，根据所需要测量的水体调节浮力控制仓6的浮力皮囊11调整仪器的浮力，仪器垂直放入水中自动到达设定水深后，浮力控制仓6中压力传感器10实时检测水压大小，通过电动油泵9不断调整浮力皮囊11的大小，调整至设定浮力大小，使仪器稳定漂浮于水体中，随着海流上下起伏通过矢量传感器4记录四通道多分量数据并将数据传递于数据处理及储存模块3，仪器到达预定检测时间间隔后，仪器停止数据记录，并通过电动油泵9将硅油储存仓7中硅油压入浮力皮囊3中产生浮力使仪器上浮至海面，数据和仪器所在地理位置经过铱星通信模块1发送至地面或船面控制站，确认数据传递完成后，清空存储介质中的数据，再次调整浮力控制仓6浮力沉入水体进行下一个时间段的内波监测，待仪器到达设定监测总时间时，仪器通过调整浮力控制仓6浮力完成上浮，并通过铱星通信模块1发送数据和仪器所在地理位置，以待回收。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的用途为海洋内波的监测和研究，通过浮力控制仓6设置比重，使仪器漂浮于设定水体中，通过矢量传感器4记录内波多分量数据，并在完成数据记录后上浮至海面及时传递数据。基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪操作方便，可循环多次使用，实现了对内波多分量中长期动态监测的目的，布放回收过程简单。以上对本发明的描述不具有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明权利要求的保护的情况下，做出本发明的其他结构变形和实施方式，均属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于包括铱星通讯模块（1），参数设置水密接口（2），数据处理及储存模块（3），矢量传感器（4），电池组（5）和浮力控制仓（6）。2.根据权利要求1所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于仪器整体由玻璃钢制作成圆柱形形体，所述铱星通讯模块（1），参数设置水密接口（2）和数据处理及储存模块（3）相连，所述数据处理及储存模块（3），矢量传感器（4），电池组（5）和浮力控制仓（6）均用玻璃钢进行密封隔离，矢量传感器（4）玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，矢量传感器（4）通过与海水共振进行四通道多分量内波监测，矢量传感器（4）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）连接，电池组（5）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）和浮力控制仓（6）相连实现供电。3.根据权利要求1所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于所述浮力控制仓（6）内分为硅油仓（13）和油囊仓（14），硅油仓（13）和油囊仓（14）密封隔离，通过水密输油管（8）相连，浮力控制仓（6）通过调整油囊仓（14）调整浮力。4.根据权利要求3所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于所述硅油仓（13）包括硅油储存仓（7），电动油泵（9）和固定架（12），硅油储存仓（7）通过固定架（12）固定于硅油仓（13）底，电动油泵（9）通过水密电缆与电池组（5）相连，电动油泵（9）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）相连，电动油泵（9）外包裹一层隔音棉。5.根据权利要求3所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于所述油囊仓（14）包括压力传感器（10）和浮力皮囊（11），油囊仓（14）的玻璃钢壁上有进水孔若干，使其中充满海水，压力传感器（10）和浮力皮囊（11）浸没在海水中，压力传感器（10）通过水密电缆与数据处理及储存模块（3）相连。6.根据权利要求4或5所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪，其特征在于压力传感器（10）和电动油泵（9）是控制仪器上浮的执行机构，浮力皮囊（11）由高强度尼龙材料制成。7.根据权利要求1-6之一所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的使用方法，其特征在于：布放前通过参数设置水密接口（2）初始化数据处理及储存模块（3），设置监测时间，根据所需要测量的水体调节浮力控制仓（6）的浮力皮囊（11）调整仪器的浮力，仪器垂直放入水中自动到达设定水深后，浮力控制仓（6）中压力传感器（10）实时检测水压大小，通过电动油泵（9）不断调整浮力皮囊（11）的大小，调整至设定浮力大小，使仪器漂浮于水体中，随着海流上下起伏通过矢量传感器（4）记录四通道多分量数据并将数据传递于数据处理及储存模块（3），仪器到达预定检测时间间隔后，仪器停止数据采集并通过电动油泵（9）将硅油储存仓（7）中的硅油压入浮力皮囊（3）中产生浮力使仪器上浮至海面，数据和仪器所在地理位置经过铱星通信模块（1）发送至地面或船面控制站，确认数据传递完成后，清空存储介质中的数据，再次调整浮力控制仓（6）浮力沉入水体中进行下一个时间段的内波监测，待仪器到达设定监测总时间时，仪器通过调整浮力控制仓（6）浮力完成上浮，并通过铱星通信模块（1）发送数据和仪器所在地理位置，以待回收。8.根据权利要求7所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的使用方法，其特征在于：使用水深0-500m，即测量仪器到海面的距离。9.根据权利要求1-6之一所述的一种基于矢量传感器的漂浮式海洋内波监测仪的用途，其特征在于采用矢量传感器且漂浮于设定水体中对内波进行多分量中长期监测。

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