一種海況測量浮標(biāo)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海況測量浮標(biāo)，采用圓柱形浮標(biāo)本體使浮標(biāo)對波浪的運動有良好的響應(yīng)，且具有較強(qiáng)的抗水平流作用和隨波性能，以及較小的波浪激勵影響，并將現(xiàn)有的測量部分由加速度計和機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)替換為單純的核心電路結(jié)構(gòu)，使浮標(biāo)可以承受落水過程中較大的沖擊和震動，滿足測量需求。
【專利說明】一種海況測量浮標(biāo)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海況測量領(lǐng)域，尤其涉及一種海況測量浮標(biāo)。
【背景技術(shù)】
[0002]水上飛機(jī)不僅應(yīng)具有普通飛機(jī)的動力特性，還要保證在水面起飛，降落和水面航行的水動特性。海浪是影響水上飛機(jī)起降的主要因素。如何確保飛機(jī)在允許的海浪范圍內(nèi)起降，這就需要對海況進(jìn)行測量。
[0003]目前海況測量方法有多種，常用的技術(shù)包括X波段航海雷達(dá)海況探測技術(shù)、合成孔徑海況探測技術(shù)及結(jié)構(gòu)光三維視覺海況探測技術(shù)。
[0004]其中，X波段航海雷達(dá)對于測量局部海域幾海里范圍的海浪具有明顯優(yōu)勢，因此雷達(dá)可以獲得幾海里范圍的空間實時信息，但是該技術(shù)由于對探測器的工作入射角和監(jiān)測平臺相對位置有一定的要求，目前主要應(yīng)用于船載監(jiān)測設(shè)備，飛機(jī)上安裝的類似系統(tǒng)由于精度不夠，現(xiàn)主要就用于海面海藻、溢油、浮冰等情況的監(jiān)測，并且該探測器的安裝使用可能會對飛機(jī)自身帶來一定的影響。
[0005]利用合成孔徑海況探測技術(shù)是利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線孔徑雷達(dá)，也稱綜合孔徑雷達(dá)，它一般安裝在移動的載體上對相對靜止的止標(biāo)成像。但是，合成孔徑雷達(dá)體積大、重量大、成本不菲，機(jī)載使用還存在一系列需要克服的因素，測量海浪方面其精度還有待于提高，因此也不適用于水上飛機(jī)對海況的探測。
[0006]結(jié)構(gòu)光三維視覺海況探測技術(shù)是基于光學(xué)的三角形測量原理。光學(xué)投射器將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于物體表面，在表面形成由被測物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的攝像機(jī)攝取，從面獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取決于光學(xué)投射器與攝像機(jī)之間的相對位置和物體表面形廓。但是該技術(shù)對測量環(huán)境相對苛刻，機(jī)載使用仍面臨陽光影響問題，以及如何確定被測海面、機(jī)載光源和攝像機(jī)之間相對位置等問題，因此，上述三種探測技術(shù)并不適用于水上飛機(jī)進(jìn)行機(jī)載探測。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中還采用波浪儀浮標(biāo)利用測量水質(zhì)點運動的加速度的原理來實現(xiàn)波浪參數(shù)的觀測。波浪儀浮標(biāo)內(nèi)裝有加速度傳感器，浮標(biāo)隨水面波浪上下作圓周運動，加速度傳感器所產(chǎn)生的信號經(jīng)數(shù)字積分得到波高信號，其水平加速度經(jīng)合成后得到波向信號。傳統(tǒng)的波浪儀浮標(biāo)需要使用機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳感器隨浮標(biāo)傾斜或搖擺時，該平衡結(jié)構(gòu)始終使加速度計的姿態(tài)保持在鉛直方向上，但是，為了避免機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)與波浪頻率發(fā)生共振，而將波浪儀浮標(biāo)的體積和重量制作的較大較沉；機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)不適應(yīng)在隨波升沉過程中出現(xiàn)的高頻、大傾角搖晃，在短周期波浪的作用下，加速度計的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，受到“沖擊”，記錄出現(xiàn)“零漂”現(xiàn)象；再者，自平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不能承受較大的沖擊與震動，容易發(fā)生機(jī)械性故障，而對于機(jī)載浮標(biāo)需要投擲布置的需求，現(xiàn)有的波浪儀浮標(biāo)無法承受落水過程中的大的沖擊與震動。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種海況測量浮標(biāo)。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種海況測量浮標(biāo)，包括浮標(biāo)本體和扣合在所述浮標(biāo)本體的底端的蓋體；
[0010]其中，所述浮標(biāo)本體包括圓柱狀周面?zhèn)缺?、頂壁、底壁，以及由所述圓柱狀周面?zhèn)缺?、頂壁和底壁圍成的浮?biāo)腔體；一水密倉殼體設(shè)置于所述浮標(biāo)本體底端的內(nèi)表面,并由所述水密倉殼體和部分浮標(biāo)本體底端的內(nèi)表面圍成水密倉,所述水密倉內(nèi)封裝有承載核心電路的電路板；所述水密倉殼體外表面和部分浮標(biāo)本體底端內(nèi)表面、圓柱狀周面?zhèn)缺趦?nèi)表面以及頂壁內(nèi)表面構(gòu)成自毀注水腔；
[0011]所述浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有射頻天線，所述射頻天線與所述電路板中的核心電路電連接；
[0012]所述蓋體呈外凸球面狀，并與所述浮標(biāo)本體的底端外表面圍成配重倉，所述配重倉內(nèi)設(shè)置有配重體；所述蓋體開設(shè)有至少一個進(jìn)水孔；所述浮標(biāo)本體底端開設(shè)有連通配重倉與所述自毀注水腔的通孔，所述通孔中設(shè)置有海水可溶塞；所述浮標(biāo)本體的底端外表面設(shè)置有與所述核心電路電連接的水浸傳感器。
[0013]進(jìn)一步，所述核心電路包括電源、處理器，以及與所述處理器連接的三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀模塊、三軸磁阻模塊、射頻模塊，所述水浸傳感器與所述處理器相連，所述射頻天線與所述射頻模塊連接。
[0014]進(jìn)一步，浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有與所述處理器電連接的信道選擇開關(guān)和運行指示燈。
[0015]進(jìn)一步，所述浮標(biāo)本體的底端外表面設(shè)置有與所述核心電路電連接的溫度傳感器。
[0016]進(jìn)一步，所述浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有圍繞所述射頻電線、信道選擇開關(guān)和運行指示燈的防撞保護(hù)沿。
[0017]進(jìn)一步，所述防撞保護(hù)沿底端設(shè)置有泄水孔。
[0018]本發(fā)明所提供的海況測量浮標(biāo)，采用圓柱形浮標(biāo)本體使浮標(biāo)對波浪的運動有良好的響應(yīng)，且具有較強(qiáng)的抗水平流作用和隨波性能，以及較小的波浪激勵影響，并將現(xiàn)有的測量部分由加速度計和機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)替換為單純的核心電路結(jié)構(gòu)，使浮標(biāo)可以承受落水過程中較大的沖擊和震動，滿足測量需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明一種海況測量浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明海況測量浮標(biāo)的核心電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為幾種典型直徑球形浮標(biāo)的理論波浪響應(yīng)曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0023]本發(fā)明是基于以下考慮實現(xiàn)的:[0024]首先，浮標(biāo)的形狀選擇:由于浮標(biāo)在波浪的作用下起伏運動，其形狀對波浪的響應(yīng)情況直接影響測波的效果。不同直徑的浮標(biāo)對波浪的響應(yīng)存在巨大差異，圖3為幾種典型直徑球形浮標(biāo)的理論波浪響應(yīng)曲線，可以看出，浮標(biāo)的直徑越小，對于短周期波浪的響應(yīng)越好，因此在短周期波浪測量中基本不需要對浮標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)修正。
[0025]由于小型浮標(biāo)的體積小、重量輕,所以它對小波動的反應(yīng)很靈敏，這一丨生能對擴(kuò)大浮標(biāo)的頻響范圍是有利的。但是，小型浮標(biāo)易受:小波動海浪的干擾，發(fā)生聞頻搖晃現(xiàn)象，對加速度計的工作產(chǎn)生不利影響。另外，浮標(biāo)還應(yīng)具有良好的隨波性，要有足夠的抗傾覆能力，以適應(yīng)惡劣的海況條件。浮標(biāo)的體積不宜過大，以便于布放。應(yīng)有較強(qiáng)的抗水平流作用的能力，以保持浮標(biāo)的正浮姿態(tài)，減少傾角的測量誤差。
[0026]薄圓餅形浮標(biāo)的隨波性能較好，但是在浮標(biāo)尺度較小時，浮標(biāo)容易發(fā)生傾覆。球形浮標(biāo)的穩(wěn)定性較好，而隨波面傾斜的性能差。采用在浮標(biāo)底部單點系留方式錨碇浮標(biāo)，受水平流速的作用，浮標(biāo)體會發(fā)生傾斜現(xiàn)象，影響對波面傾角的測量。因此工程中常多采用扁橢球體形浮標(biāo)，浮標(biāo)體下方垂直懸掛一條尼龍索帶相連的系留體。浮標(biāo)吃水線正好通過浮體中部，這樣使浮標(biāo)體是一個垂直穩(wěn)定的平臺，可使浮標(biāo)的縱搖、橫搖和偏轉(zhuǎn)運動減至最小，而且能夠使浮標(biāo)跟隨波浪的軌跡運動。
[0027]圓柱形浮標(biāo)與上述兩種形體的浮標(biāo)相比，該形體受波浪激勵的影響最小，對于跨海洋無線傳輸是最佳的平臺。1977年美國伍茲霍爾海洋研究所首先研究分析了圓柱性浮標(biāo)的運動特性。2003年美國麻省理工學(xué)院將圓柱形浮標(biāo)技術(shù)與聲學(xué)系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，使用戶將浮標(biāo)在3極海況下實現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)接入。2005年美國羅德島大學(xué)利用圓柱形浮標(biāo)的深沉運動特性設(shè)計了帶有波浪發(fā)電裝置的海洋環(huán)境監(jiān)測浮標(biāo)。我國在該方面的研究較少，中科院海洋研究所采用該類型浮標(biāo)的設(shè)計、分析方法，設(shè)計研制了淺海水下視頻浮標(biāo)和具有波浪發(fā)電功能的錨泊浮標(biāo)。
[0028]從上述描述可以看出，圓餅形、球形、圓柱形浮標(biāo)在使用可以說是各有千秋，如果要使測量效果最佳，橢球體帶系留體(錨系)是一種較好的方式，但針對機(jī)載投擲應(yīng)用，利用圓柱形浮標(biāo)受波浪激勵的影響最小的特點，在設(shè)計機(jī)載海況浮標(biāo)時，可以省略下端系留體，使浮標(biāo)在犧牲某些方面性能的基礎(chǔ)上使總體設(shè)計達(dá)到最佳。
[0029]其次，浮標(biāo)的測量:現(xiàn)有的波浪儀浮標(biāo)內(nèi)設(shè)置有機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)和加速度傳感器，通過加速度傳感器所產(chǎn)生的信號經(jīng)數(shù)字積分得到波高信號，其水平加速度經(jīng)合成后得到波向信號，由此進(jìn)行海況測量，但是如前所述，由于機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)并不能滿足海況的測量需要，因此需要對此進(jìn)行改進(jìn)。
[0030]基于上述考慮，本發(fā)明提供了一種海況測量浮標(biāo)，如圖1所示，包括浮標(biāo)本體I和扣合在浮標(biāo)本體I的底端的蓋體2 ；
[0031]其中，浮標(biāo)本體I包括圓柱狀周面?zhèn)缺?、頂壁4、底壁5，以及由圓柱狀周面?zhèn)缺?br> 3、頂壁4和底壁5圍成的浮標(biāo)腔體；一水密倉殼體6設(shè)置于浮標(biāo)本體底壁5的內(nèi)表面,并由水密倉殼體6和部分浮標(biāo)本體底壁5的內(nèi)表面圍成水密倉A，水密倉A內(nèi)封裝有承載核心電路的電路板7 ;水密倉殼體6外表面和部分浮標(biāo)本體底壁5內(nèi)表面、圓柱狀周面?zhèn)缺?內(nèi)表面以及頂壁4內(nèi)表面構(gòu)成自毀注水腔B ;
[0032]浮標(biāo)本體I的頂壁4外表面設(shè)置有射頻天線8、信道選擇開關(guān)9和運行指示燈10，射頻天線8與電路板7中的核心電路電連接；[0033]蓋體2呈外凸球面狀，并與浮標(biāo)本體I的底壁外表面圍成配重倉C，配重倉C內(nèi)設(shè)置有配重體11，為了保證浮標(biāo)具有良好的測量效果，配重體11的重量優(yōu)選使浮標(biāo)拋入水中后，浮標(biāo)水下部分體積為水上部分體積的兩倍；蓋體2開設(shè)有至少一個進(jìn)水孔12 ;浮標(biāo)本體I底壁5開設(shè)有連通配重倉C與自毀注水腔B的通孔(未示出)，通孔中設(shè)置有海水可溶塞13 ;浮標(biāo)本體I的底壁5外表面設(shè)置有與核心電路電連接的水浸傳感器14和溫度傳感器15。
[0034]為了保護(hù)設(shè)置于頂壁4外表面的射頻天線8、信道選擇開關(guān)9和運行指示燈10，優(yōu)選在頂壁4外表面設(shè)置有圍繞射頻電線8、信道選擇開關(guān)9和運行指示燈10的防撞保護(hù)沿15，進(jìn)一步，為了防止海水進(jìn)入防撞保護(hù)沿15，對射頻電線8、信道選擇開關(guān)9和運行指示燈10浸泡，在防撞保護(hù)沿15底端設(shè)置有泄水孔16。
[0035]如圖2所示的本申請電路原理結(jié)構(gòu)示意圖，核心電路包括用于供電的電源(未示出)、處理器，以及與處理器連接的三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀模塊、三軸磁阻模塊、射頻模塊；水浸傳感器、溫度傳感器與處理器相連，射頻天線與射頻模塊連接，信道選擇開關(guān)和運行指示燈也與處理器相連。
[0036]以下結(jié)合海況測量浮標(biāo)的結(jié)合和電路對本發(fā)明海況測量浮標(biāo)的工作原理進(jìn)行說明:
[0037]海況測量浮標(biāo)電源開啟并拋入水中后，海水通過進(jìn)水孔進(jìn)入配重倉，位于配重倉的水浸傳感器檢測到海水后，核心電路處于運行狀態(tài)，在工作到指定時間后，底部的海水可溶塞被海水融化，海水進(jìn)入注水自毀倉，浮標(biāo)沉海自毀。
[0038]在本發(fā)明中利用上述構(gòu)造的核心電路替代了傳統(tǒng)浪高儀中的傳感器和機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)，其中，基于捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)，由三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀模塊、三軸磁阻模塊分別采集的數(shù)據(jù)，通過處理器進(jìn)行計算可得到海浪的水平運動情況和垂直運動情況。
[0039]綜上所述，本發(fā)明提供的海況測量浮標(biāo)，采用圓柱形浮標(biāo)本體使浮標(biāo)對波浪的運動有良好的響應(yīng)，且具有較強(qiáng)的抗水平流作用和隨波性能，以及較小的波浪激勵影響，并將現(xiàn)有的測量部分由加速度計和機(jī)械平衡結(jié)構(gòu)替換為單純的核心電路結(jié)構(gòu)，使浮標(biāo)可以承受落水過程中較大的沖擊和震動，滿足測量需求。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海況測量浮標(biāo)，其特征在于，包括浮標(biāo)本體和扣合在所述浮標(biāo)本體的底端的蓋體； 其中，所述浮標(biāo)本體包括圓柱狀周面?zhèn)缺凇㈨敱?、底壁，以及由所述圓柱狀周面?zhèn)缺?、頂壁和底壁圍成的浮?biāo)腔體；一水密倉殼體設(shè)置于所述浮標(biāo)本體底端的內(nèi)表面，并由所述水密倉殼體和部分浮標(biāo)本體底端的內(nèi)表面圍成水密倉,所述水密倉內(nèi)封裝有承載核心電路的電路板；所述水密倉殼體外表面和部分浮標(biāo)本體底端內(nèi)表面、圓柱狀周面?zhèn)缺趦?nèi)表面以及頂壁內(nèi)表面構(gòu)成自毀注水腔； 所述浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有射頻天線，所述射頻天線與所述電路板中的核心電路電連接； 所述蓋體呈外凸球面狀，并與所述浮標(biāo)本體的底端外表面圍成配重倉，所述配重倉內(nèi)設(shè)置有配重體；所述蓋體開設(shè)有至少一個進(jìn)水孔；所述浮標(biāo)本體底端開設(shè)有連通配重倉與所述自毀注水腔的通孔，所述通孔中設(shè)置有海水可溶塞；所述浮標(biāo)本體的底端外表面設(shè)置有與所述核心電路電連接的水浸傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海況測量浮標(biāo)，其特征在于，所述核心電路包括供電源、處理器，以及與所述處理器連接的三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀模塊、三軸磁阻模塊、射頻模塊，所述水浸傳感器與所述處理器相連，所述射頻天線與所述射頻模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海況測量浮標(biāo)，其特征在于，浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有與所述處理器電連接的信道選擇開關(guān)和運行指示燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海況測量浮標(biāo)，其特征在于，所述浮標(biāo)本體的底端外表面設(shè)置有與所述核心電路電連接的溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海況測量浮標(biāo)，其特征在于，所述浮標(biāo)本體的頂壁外表面設(shè)置有圍繞所述射頻電線、信道選擇開關(guān)和運行指示燈的防撞保護(hù)沿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海況測量浮標(biāo)，其特征在于，所述防撞保護(hù)沿底端設(shè)置有泄水孔。
【文檔編號】B63B22/24GK103754327SQ201410041493
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】唐智斌 申請人:北京必創(chuàng)科技有限公司