CN109990913B - 一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，包括尾翼段、控制段和探针段；尾翼段包括上端盖、位于上端盖外部的尾翼、位于上端盖内部控制尾翼运动的尾翼电机和伸出上端盖顶部的上通信缆；控制段包括密封舱和位于密封舱外部的浮体，密封舱内部设有控制主板、电机驱动板、通信主板和电池组；探针段包括下端盖、伸出下端盖的探针，以及位于探针内部的下通信缆；密封舱的上下两端分别连接上端盖和下端盖，本发明所公开的温度探测装置通过控制尾翼可以有效的矫正探针下沉的姿态，同时可以计算出惯入点位置和整个灌入过程的运动参数，可以更加有效的测得海底更深层次的地热温度梯度。
Description
技术领域
本发明涉及深海探测技术领域，特别涉及一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置。
背景技术
海底热流的调查是海底天然气水合物资源调查的先期工作，通常采用海底热流勘测技术，测定海底温度，计算地热梯度，从而分析天然气水合物成藏条件，反演天然气水合物稳定层底界的深埋。现代海底温度梯度和热流探测通常使用探针技术，该方法精度较高，操作使用方便，是其它探测技术所不能比拟的。
目前比较广泛应用的温度梯度和热流探针技术主要有三种，也是发展的三个阶段性产品，分别是 Bullard 型、Ewing 型和Lister 型，普遍存在体量过大、下沉姿态不可控、贯入点位置不可知等问题。随着技术的发展，海底地热温度探针朝着小型化、高效化、精准化方向发展，这就要求探针的姿态具有很好的抗干扰和自我纠正的能力。目前的探针抗干扰能力不足，不能实现自动姿态纠正，测量数据不精确。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，以达到可以有效的矫正探针下沉的姿态，同时可以计算出惯入点位置和整个灌入过程的运动参数，可以更加有效的测得海底更深层次的地热温度梯度的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，包括尾翼段、控制段和探针段；所述尾翼段包括上端盖、位于上端盖外部的尾翼、位于上端盖内部控制尾翼运动的尾翼电机和伸出上端盖顶部的上通信缆；所述控制段包括密封舱和位于密封舱外部的浮体，所述密封舱内部设有控制主板、电机驱动板、通信主板和电池组；所述探针段包括下端盖、伸出下端盖的探针，以及位于探针内部的下通信缆；所述密封舱的上下两端分别连接上端盖和下端盖，所述控制主板通过电机驱动板连接尾翼电机，所述上通信缆和下通信缆分别连接通信主板，所述通信主板与控制主板信号连接。
上述方案中，所述密封舱包括密封舱壁、上密封盖和下密封盖，所述密封舱壁和上密封盖以及下密封盖之间通过螺栓连接，并且通过密封圈密封，所述浮体通过上密封盖和下密封盖之间的凸台进行固定。
上述方案中，所述上端盖通过螺栓固定在上密封盖上，所述上端盖内设有固定支架，所述固定支架上安装有四个尾翼电机，四个尾翼电机分别通过联轴器与四个尾翼连接。
上述方案中，所述下端盖通过螺栓固定在下密封盖上，所述下端盖内设有配重块。
上述方案中，所述探针外壁排列有温度传感器，所述温度传感器通过探针上的通孔将信号线引入下通信缆，所述温度传感器与探针之间设有隔热层。
上述方案中，所述控制主板上设有姿态传感器和加速度传感器。
上述方案中，所述密封舱内设有支撑柱和支撑板，所述控制主板、电机驱动板、通信主板和电池组分别位于支撑板上。
上述方案中，所述探针上同一高度位置处分布两个温度传感器，且温度传感器通过固定板和固定螺丝等间距固定于探针上，温度传感器位于固定板和隔热层之间。
通过上述技术方案，本发明提供的尾翼可调式海底沉积物温度探测装置可以通过人力借助上通信缆（可承受拉力）放入水中，让其做自由下沉运动。下沉过程中，探针通过控制主板上的姿态传感器检测探针的姿态，在探针姿态产生偏斜情况下，控制主板通过精确计算后向尾翼电机发出调整信号，尾翼电机在电机驱动板的驱动下，调整尾翼的偏向角，尾翼与水流产生相互作用力，对探针在三个方向产生相应的矫正扭矩，进而纠正探针的姿态，使得探针在下沉过程中始终保持着竖直向下、不自旋的状态，以便探针在接触海底过程中顺利的插入海底沉积物中。同时，控制主板也装有加速度传感器，对探针的速度和位置进行积分运算，通过计算可以推断出探针在插入海底沉积物的惯入点、时间点和深度值，并向地面控制中心发出相应的节点信号。在探针插入海底沉积物后，探针中的温度传感器列阵，对相应深度的沉积物进行温度采集，并传入控制模块进行保存数据，待数据稳定并采集足够时间后即完成检测任务，同时向地面控制中心发出收缆的节点信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本装置具有四尾翼控制结构，可以在探针下沉过程中有效的调整探针的姿态，保证探针在竖直和无自旋状态下惯入海底，特别适用于较深海域的地热探测。
（2）控制主板中装有姿态传感器和加速度传感器，可以通过积分运算计算出探针惯入点位置，同时也可根据惯入过程的运动情况推算出温度检测取样的详细过程，使得探针的整个探测过程变得透明可控，为实验数据的真实性和有效性提供了有力的保障。
（3）本装置不仅体量小巧轻便，而且具有流线型结构，流体阻力小，适合深海探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的去掉上端盖后的尾翼段结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的密封舱内部结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的下端盖内部示意图；
图5为温度传感器部分放大示意图。
图中，1、上端盖；2、尾翼；3、尾翼电机；4、上通信缆；5、上密封盖；6、固定支架；7、联轴器；8、浮体；9、密封舱壁；10、下密封盖；11、控制主板；12、电机驱动板；13、通信主板；14、电池组；15、支撑柱；16、支撑板；17、温度传感器；18、线缆水密接口；19、下端盖；20、探针；21、下通信缆；22、配重块；23、固定块；24、固定螺丝；25、隔热层；26、信号线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，如图1所示，该装置可以有效地矫正探针下沉的姿态，同时可以计算出惯入点位置和整个灌入过程的运动参数，可以更加有效地测得海底更深层次的地热温度梯度。
如图1所示的一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，包括尾翼段、控制段和探针段。如图2所示，尾翼段包括上端盖1、位于上端盖1外部的尾翼2、位于上端盖1内部控制尾翼2运动的尾翼电机3和伸出上端盖1顶部的上通信缆4。上端盖1通过螺栓固定在上密封盖5上，上端盖1内设有固定支架6，固定支架6上安装有四个尾翼电机3，四个尾翼电机3分别通过刚性联轴器7与四个尾翼2连接。尾翼电机3的转动可以控制尾翼2的偏向角，尾翼2的偏向角在下沉过程中可以改变水阻力的方向，进而可以得到相应的扭矩来调整探针系统的姿态。
控制段包括密封舱和位于密封舱外部的浮体8，如图3所示，密封舱包括密封舱壁9、上密封盖5和下密封盖10，密封舱壁9和上密封盖5以及下密封盖10之间通过螺栓连接，并且通过密封圈密封，浮体8通过上密封盖5和下密封盖10之间的凸台进行固定。密封舱内部设有控制主板11、电机驱动板12、通信主板13和电池组14；电池组14为控制主板11、电机驱动板12、通信主板13和尾翼电机3提供电能。密封舱内设有支撑柱15和支撑板16，控制主板11、电机驱动板12、通信主板13和电池组14分别位于支撑板16上。控制主板11上设有姿态传感器和加速度传感器，可以实时检测探针的姿态和积分计算出其运动参数（包括位置和速度参数），同时根据检测的姿态情况向电机驱动板12发出控制信号，进而控制尾翼电机3转动来调整尾翼2的偏向角，来矫正探针的姿态，确保下沉过程始终处于竖直和无自旋状态；控制主板11通过检测探针的运动参数，推算出探针系统的下沉、惯入、静止和回收过程，并计算出各个阶段的节点信号，并通过通信主板13和上通信缆4向水面控制中心传送节点信号；通信主板13负责温度传感器17的数据采集取样和传送温度数据到控制主板11，同时可以接收控制主板11的节点信号并与水面控制中心进行通信，为水面控制中心提供节点信号；密封舱内部动力线和信号线通过线缆水密接口18同尾翼电机3、温度传感器17和水面控制中心进行连接。控制主板11通过电机驱动板12连接尾翼电机3。
探针段包括下端盖19、伸出下端盖19的探针20，以及位于探针20内部的下通信缆21；如图4所示，下端盖19通过螺栓固定在下密封盖10上，下端盖19内设有配重块22。如图5所示的拆分结构示意图，温度传感器17通过固定块23和2个固定螺丝24固定在探针20外壁上，二者之间加有隔热层25，温度传感器17位于固定块23和隔热层25之间，减少探针20热传递对温度传感器（PT1000）17的影响；温度传感器17通过探针20上的通孔将信号线26引入下通信缆21中，通过下通信缆21将测得的温度信号传递到通信主板13，通信主板13与控制主板11信号连接，将采集的温度数据传递到控制主板11并保存。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，其特征在于，包括尾翼段、控制段和探针段；所述尾翼段包括上端盖、位于上端盖外部的尾翼、位于上端盖内部控制尾翼运动的尾翼电机和伸出上端盖顶部的上通信缆；所述控制段包括密封舱和位于密封舱外部的浮体，所述密封舱内部设有控制主板、电机驱动板、通信主板和电池组；所述探针段包括下端盖、伸出下端盖的探针，以及位于探针内部的下通信缆；所述密封舱的上下两端分别连接上端盖和下端盖，所述控制主板通过电机驱动板连接尾翼电机，所述上通信缆和下通信缆分别连接通信主板，所述通信主板与控制主板信号连接；所述控制主板上设有姿态传感器和加速度传感器；所述探针外壁排列有温度传感器，所述温度传感器通过探针上的通孔将信号线引入下通信缆，所述温度传感器与探针之间设有隔热层；所述探针上同一高度位置处分布两个温度传感器，且温度传感器通过固定板和固定螺丝等间距固定于探针上，温度传感器位于固定板和隔热层之间；所述密封舱包括密封舱壁、上密封盖和下密封盖，所述密封舱壁和上密封盖以及下密封盖之间通过螺栓连接，并且通过密封圈密封，所述浮体通过上密封盖和下密封盖之间的凸台进行固定；所述上端盖通过螺栓固定在上密封盖上，所述上端盖内设有固定支架，所述固定支架上安装有四个尾翼电机，四个尾翼电机分别通过联轴器与四个尾翼连接；所述密封舱内设有支撑柱和支撑板，所述控制主板、电机驱动板、通信主板和电池组分别位于支撑板上。
2.根据权利要求1所述的一种尾翼可调式海底沉积物温度探测装置，其特征在于，所述下端盖通过螺栓固定在下密封盖上，所述下端盖内设有配重块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.28, Zhejiang Road, Shinan District, Qingdao City, Shandong Province Applicant after: Shandong Ocean Instrument Technology Center Co.,Ltd. Applicant after: INSTITUTE OF OCEANOGRAPHIC INSTRUMENTATION, SHANDONG ACADEMY OF SCIENCES Address before: No. 28, Zhejiang Road, Southern District, Shandong, Qingdao, Shandong Applicant before: SHANDONG PROVINCE OCEANOGRAPHIC INSTRUMENTATION TECHNOLOGY CENTER Applicant before: INSTITUTE OF OCEANOGRAPHIC INSTRUMENTATION, SHANDONG ACADEMY OF SCIENCES |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |