本實(shí)用新型涉及一種海洋生態(tài)浮標(biāo)，特別涉及一種波浪能自供電定位式可升降生態(tài)浮標(biāo)。

背景技術(shù)：

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的的今天，國(guó)家對(duì)海洋資源開發(fā)越來越重視，而浮標(biāo)作為海洋資源開發(fā)的排頭兵，檢測(cè)復(fù)雜海況以及海洋不同地點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境，提供重要的海況數(shù)據(jù)和生態(tài)數(shù)據(jù)，為海洋資源開發(fā)和海洋資源保護(hù)做準(zhǔn)備。浮標(biāo)漂浮在海面上，對(duì)于海平面下幾百米至幾千米的海洋數(shù)據(jù)普通傳感器無法傳輸?shù)礁?biāo)內(nèi)，水下聲學(xué)傳輸技術(shù)容易失真，很難達(dá)到測(cè)量要求，因此要求傳感器自帶大容量的存儲(chǔ)功能且在整個(gè)水域剖切面的數(shù)據(jù)都能測(cè)量并獲取。但現(xiàn)在浮標(biāo)存在一些缺陷：現(xiàn)在浮標(biāo)供電靠攜帶的蓄電池，為了延長(zhǎng)浮標(biāo)的使用時(shí)間，自帶蓄電池多大幾十塊，這樣不僅增加了浮標(biāo)自重，不易安裝和布放，廢棄的電池嚴(yán)重污染海洋環(huán)境，不利于海洋環(huán)境保護(hù)。

我國(guó)海域遼闊，波浪能量巨大，并且我國(guó)對(duì)于波浪能供電的研究是近十年開始的，現(xiàn)如今已技術(shù)成熟，可以應(yīng)用到浮標(biāo)領(lǐng)域。當(dāng)前系泊技術(shù)中，大部 分采用錨系呈松弛狀，在海浪的推動(dòng)下，浮標(biāo)將會(huì)偏離原有的位置，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)有偏差，需要浮標(biāo)具有自定位功能。在惡劣的復(fù)雜海況下能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)，因此該浮標(biāo)必須具備一定程度的深潛技術(shù)，能夠躲避臺(tái)風(fēng)及大浪等惡劣天氣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述問題，提供了一種波浪能自供電定位式可升降生態(tài)浮標(biāo)，使浮標(biāo)能利用波浪能自供電，且具有自定位、升降、檢測(cè)海洋剖切面的部分生態(tài)數(shù)據(jù)的功能。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種波浪能自供電定位式可升降生態(tài)浮標(biāo)，其特征在于，包括浮體、導(dǎo)流罩和升降裝置；

所述浮體為中空結(jié)構(gòu)，在浮體的頂部安裝有衛(wèi)星天線和風(fēng)速傳感器，在浮體的空腔內(nèi)安裝有上下兩層支撐板，浮體的空腔中心垂直安裝有直線發(fā)電裝置，該直線發(fā)電裝置的兩端分別貫穿兩層支撐板，在直線發(fā)電裝置的上方安裝有與衛(wèi)星天線相連的通信模塊，所述上層支撐板上安裝有控制模塊和波浪傳感器，下層支撐板上安裝有與直線發(fā)電裝置相連的蓄電池，在所述下層支撐板的尾端還設(shè)有支撐臺(tái)，在支撐臺(tái)安裝有電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)的主軸水 平伸出浮體，并在主軸的尾端安裝有尾舵和螺旋槳；

所述導(dǎo)流罩的前后兩端呈喇叭狀且相互貫通，貼附在浮體的底部，且導(dǎo)流罩兩端的喇叭口的頂端分別與浮體的首尾兩端相連；

所述升降裝置具有中空的殼體，該殼體安裝在導(dǎo)流罩的下方，殼體內(nèi)安裝有纜繩收放機(jī)構(gòu)，所述纜繩自殼體向下伸出，依次安裝有測(cè)量傳感器、聲學(xué)釋放器及錨。

其中，所述直線發(fā)電裝置包括電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)和正弦推板機(jī)構(gòu)；

所述電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)位于浮體內(nèi)，包括定子鐵芯，在定子鐵芯內(nèi)嵌有環(huán)形繞組，定子鐵芯的中心插有活塞缸，環(huán)形繞組環(huán)繞在活塞缸外，在活塞缸內(nèi)設(shè)有可沿活塞缸的軸向移動(dòng)的活塞桿，在活塞桿上繞有若干永磁體磁極，且永磁體磁極的N極和S極相互交錯(cuò)排列形成回路，在活塞桿伸出活塞缸的端部設(shè)有浮塊，所述浮塊底部穿過浮體的底部伸入導(dǎo)流罩內(nèi)；

所述正弦推板機(jī)構(gòu)位于導(dǎo)流罩內(nèi)，正弦推板機(jī)構(gòu)沿主桿呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在主桿的中心套有浮球，主桿的兩端分別沿垂直于主桿的方向向兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有兩根相互平行且可伸縮的水平桿，位于主桿同側(cè)的兩根水平桿的端部之間分別連有支撐桿和推板，所述推板上布滿了陣列式的通孔，推板和水平桿之間成固定夾角，在支撐桿兩端分別固連有連接桿，所述連接桿用于將正弦推板機(jī)構(gòu)固定于導(dǎo)流罩的頂部，且浮球位于電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中浮塊的正下方。

其中，所述推板和水平桿之間的固定夾角為135度。

其中，所述纜繩收放機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，以及沿水平方向設(shè)置且相互平行的卷軸和輔助軸，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上套有主動(dòng)齒輪，卷軸上套有過渡齒輪，輔助軸的一端套有被動(dòng)齒輪，輔助軸的另一端套有繩輪，所述主動(dòng)齒輪、過渡齒輪和被動(dòng)齒輪依次嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，所述卷軸上還設(shè)有單耳環(huán)，纜繩的一端系在單耳環(huán)上，且纜繩繞過繩輪后伸出殼體。

其中，所述浮體為橢圓形。

其中，所述錨上帶有鋼釬。

本實(shí)用新型的有益效果為：本浮標(biāo)可根據(jù)所處海域的海況條件，通過控制模塊控制升降裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與調(diào)整，并且能利用波浪能實(shí)現(xiàn)自供電。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為正弦推板機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為升降裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種波浪能自供電定位式可升降生態(tài)浮標(biāo)，包括浮體1、導(dǎo)流罩2和升降裝置3。

如圖2所示，浮體1為中空結(jié)構(gòu)，呈橢圓形。為方便安裝，浮體1的頂部設(shè)有開口，開口上蓋有端蓋，端蓋上安裝有衛(wèi)星天線11和風(fēng)速傳感器12，端蓋的下方安裝有通信模塊14，該通信模塊14與衛(wèi)星天線11相連。

在浮體1的空腔內(nèi)安裝有上下兩層支撐板，浮體1的空腔中心垂直安裝有直線發(fā)電裝置13，該直線發(fā)電裝置13位于通信模塊14的下方，直線發(fā)電裝置13的兩端分別貫穿兩層支撐板。

直線發(fā)電裝置13具體包括電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)131和正弦推板機(jī)構(gòu)132。如圖3所示，電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)131位于浮體1內(nèi)，包括定子鐵芯1311，在定子鐵芯1311內(nèi)嵌有環(huán)形繞組1312，定子鐵芯1311的中心插有活塞缸1313，環(huán)形繞組1312環(huán)繞在活塞缸1313外，在活塞缸1313內(nèi)設(shè)有可沿活塞缸1313的軸向移動(dòng)的活塞桿1314，在活塞桿1314上繞有若干永磁體磁極1315，且永磁體磁極1315的N極和S極相互交錯(cuò)排列形成回路，在活塞桿1314伸出活塞缸1313的端部設(shè)有浮塊1316，所述浮塊1316底部穿過浮體1的底部伸入導(dǎo)流罩2內(nèi)。如圖4所示，正弦推板機(jī)構(gòu)132位于導(dǎo)流罩2 內(nèi)，正弦推板機(jī)構(gòu)132沿主桿1321呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在主桿1321的中心套有浮球1322，主桿1321的兩端分別沿垂直于主桿1321的方向向兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有兩根相互平行且可伸縮的水平桿1323，位于主桿1321同側(cè)的兩根水平桿1323的端部之間分別連有支撐桿1324和推板1325，所述推板1325上布滿了陣列式的通孔，推板1325和水平桿1323之間成固定夾角135度，在支撐桿1324兩端分別固連有連接桿1326，所述連接桿1326用于將正弦推板機(jī)構(gòu)132固定于導(dǎo)流罩2的頂部，且浮球1322位于電能轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)131中浮塊1316的正下方。

在上層支撐板上安裝有控制模塊15和波浪傳感器16，分別位于直線發(fā)電裝置13的兩側(cè)。在下層支撐板上安裝有蓄電池17，這里蓄電池17共安裝了兩塊，沿直線發(fā)電裝置13的兩側(cè)對(duì)稱安裝，兩塊蓄電池17分別與自直線發(fā)電裝置13中的環(huán)形繞組1312上對(duì)稱引出的導(dǎo)線相連，且在導(dǎo)線上還裝有電子控制開關(guān)。

在下層支撐板的尾端還設(shè)有支撐臺(tái)，在支撐臺(tái)上安裝有電動(dòng)機(jī)18，所述電動(dòng)機(jī)18的主軸水平伸出浮體1，并在主軸的尾端安裝有尾舵19和螺旋槳10。

結(jié)合圖1和圖2所示，導(dǎo)流罩2的前后兩端呈喇叭狀且相互貫通，貼附在浮體1的底部，且導(dǎo)流罩2兩端的喇叭口的頂端分別與浮體1的首尾兩端 相連；

所述升降裝置3具有中空的殼體30，該殼體30安裝在導(dǎo)流罩2的下方，殼體30內(nèi)安裝有纜繩收放機(jī)構(gòu)31。如圖5所示，纜繩收放機(jī)構(gòu)31具體包括電機(jī)311，以及沿水平方向設(shè)置且相互平行的卷軸312和輔助軸313，所述電機(jī)311的轉(zhuǎn)軸上套有主動(dòng)齒輪314，卷軸312上套有過渡齒輪315，輔助軸313的一端套有被動(dòng)齒輪316，輔助軸313的另一端套有繩輪318，所述主動(dòng)齒輪314、過渡齒輪315和被動(dòng)齒輪316依次嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，所述卷軸312上還設(shè)有單耳環(huán)317，纜繩32的一端系在單耳環(huán)317上，且纜繩32繞過繩輪318自殼體30向下伸出，且在伸出殼體30的纜繩32的端部依次安裝有測(cè)量傳感器35、聲學(xué)釋放器33及錨34，該錨34上還帶有鋼釬。

由于本浮標(biāo)需要在特殊海況下進(jìn)行下潛活動(dòng)，因此各個(gè)連基礎(chǔ)均采用密封措施。

本浮標(biāo)具有以下功能：

1)自供電。當(dāng)浪流進(jìn)入導(dǎo)流罩2內(nèi)，浪流會(huì)加速?zèng)_擊推板1325，使得浪流進(jìn)口處的推板1325向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)浮球1322向上運(yùn)動(dòng)將浮塊1316向上頂；當(dāng)浪流穿過浪流進(jìn)口處的推板1325上的通孔后，會(huì)繼續(xù)沖擊浪流出口處的推板1325，使其向外轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)浮球1322向下運(yùn)動(dòng)，浮塊1316會(huì)自動(dòng)下落，從而實(shí)現(xiàn)活塞桿1314整體沿活塞缸1313上下移動(dòng)，使得活塞 桿1314上的永磁體磁極1315的位置發(fā)生變化引起磁通量變化，在環(huán)形繞組1312內(nèi)形成電流，最后這些電流通過電子控制開關(guān)匯入蓄電池17內(nèi)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。為防止蓄電池17在存儲(chǔ)電流過程中發(fā)生溢出，對(duì)兩塊蓄電池17進(jìn)行輪流儲(chǔ)能，具體由控制模塊15進(jìn)行控制，當(dāng)控制模塊15檢測(cè)到一側(cè)的蓄電池17發(fā)生溢出時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合該側(cè)的電子控制開關(guān)，同時(shí)接通另一側(cè)的電子控制開關(guān)，以使另一側(cè)的蓄電池17實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。

2)自動(dòng)歸位。由于浮標(biāo)在海浪和海風(fēng)的作用下，會(huì)發(fā)生位置偏移。尾舵19的作用是使導(dǎo)流罩2的開口始終迎著浪流方向，獲得良好的水動(dòng)性能。當(dāng)浮標(biāo)需要回復(fù)原有位置時(shí)，控制模塊15會(huì)發(fā)送指令接通電動(dòng)機(jī)18帶動(dòng)螺旋槳10旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)浮標(biāo)按原方向返回。

3)升降功能。浮標(biāo)的升降通過電機(jī)311的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電機(jī)311逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)過濾齒輪315和卷軸312順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而被動(dòng)齒輪316和與其同步的繩輪318則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這時(shí)纜繩32將有序的纏繞在卷軸312上。此時(shí)，如果錨34固定在海底，則浮標(biāo)受到纜繩32向下的拉力而下潛；如果錨34未與海底進(jìn)行固定，那么水下的纜繩32縮短后，浮標(biāo)的自重會(huì)增加，浮標(biāo)在自重增加的作用下進(jìn)行下潛。當(dāng)電機(jī)311順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，與前述正好相反，浮標(biāo)將進(jìn)行上浮。

為在復(fù)雜海況中更好地保護(hù)浮標(biāo)不受損壞，這里浮標(biāo)的升降由控制模塊 15進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)風(fēng)速傳感器12和波浪傳感器16檢測(cè)到異常風(fēng)浪時(shí)，控制模塊15會(huì)指令電機(jī)311逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使浮標(biāo)下潛至水下100m；而當(dāng)風(fēng)浪正常時(shí)，控制模塊15會(huì)指令電機(jī)311順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使浮標(biāo)上浮至水面正常工作。

4)海水溫鹽檢測(cè)。在纜繩32上裝有測(cè)量傳感器35，用于檢測(cè)一定深度的海水的溫度、鹽度、含氧量和污染物等數(shù)據(jù)，該測(cè)量傳感器35具體采用陣列式排布，且自帶存儲(chǔ)功能。在數(shù)據(jù)測(cè)量過程中，纜繩32上的聲學(xué)釋放器33會(huì)鎖住纜繩32，帶測(cè)量完成后，再自動(dòng)解鎖纜繩32，將纜繩32收回。