本發(fā)明涉及海洋探測設備技術領域，尤其涉及一種電機驅動的纜系海洋剖面儀。

背景技術：

海洋剖面運動設備是人們研究和探測海洋的重要工具。

目前，海洋微結構的測量方式主要有兩種：錨系定點測量和船載垂向剖面測量。

錨系定點測量只能對海洋某一固定位置特定深度處進行測量，可以獲得較好的時間序列觀測，無法獲得海洋微結構的垂向結構特征。

公開號為CN103712605A的中國專利文獻公開了一種水下便攜插針式坐底剖面儀包括：二端分別有上端蓋和下端蓋的密封腔體，上端蓋的外側具有與腔體貫通的缸體并安裝有上導流罩，缸體的頂端有孔，下端蓋的外側安裝有下導流罩，腔體內裝置有貫通式步進電機，貫通式步進電機的中心軸上貫穿有絲杠，絲杠的上端與位于缸體內的活塞相連，活塞與缸體的配合面上設有密封圈，絲杠的下端通過聯(lián)軸器與坐底插針的上端連接，坐底插針的下端穿過下端蓋以及下導流罩，坐底插針與下端蓋的配合面上設有密封圈，下端蓋上有軸向孔，孔內裝置傳感器，傳感器與下端蓋的接觸面上設有密封圈，腔體內安裝控制單元和電池。

船載垂向剖面測量依靠調查船完成由海表至某一深度處的海洋微結構測量，但無法獲得海洋微結構的時間變異特征，且受海況及現(xiàn)場操作復雜等不利因素限制。

對于海洋微結構的研究，時間變異和空間結構是刻畫其特點的重要參量，基于此，發(fā)展同時獲得垂向空間結構及時間變化的海洋微結構觀測儀器亟待解決。

公開號為CN103994757A的中國專利文獻公開了一種往復式海洋微結構剖面儀。它解決了海洋湍動能耗散率長期連續(xù)剖面觀測的問題。該發(fā)明包括第一剖面儀子單元、第二剖面儀子單元及中央立架，兩個剖面儀子單元一左一右固定在中央立架上，第一剖面儀子單元從上至下依次設置有第一浮力驅動部與第一觀測部，第二剖面儀子單元從上至下依次設置有第二浮力驅動部與第二觀測部，第一浮力驅動部、第二浮力驅動部均從上至下依次設置有浮漂艙、驅動艙與耐壓艙，在浮漂艙內設置有上方油囊，在耐壓艙內設置有下方油囊，在驅動艙內設置有驅動泵組件及電磁閥，第一觀測部、第二觀測部均電連接有控制器，控制器電連接驅動泵組件及電磁閥。

而浮力驅動纜系剖面儀運動不靈活，不能對發(fā)出的指令做出快速的反應。而對于電機驅動纜系剖面儀，需要長期持續(xù)在海洋中工作，傳統(tǒng)的電機驅動的剖面儀都采用鋰電池的供電方式，但是由于鋰電池攜帶能量的局限性以及檢測設備與運動系統(tǒng)同時需要鋰電池的供電，這對運動系統(tǒng)的能耗提出了較高的要求。傳統(tǒng)海洋剖面儀剖面儀的動力需要通過一個密封環(huán)輸出，密封環(huán)的作用是保證水不會進入密封腔，但是這需要有足夠大的摩擦力來保證，于是導致能耗損失大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種電機驅動的纜系海洋剖面儀，該海洋剖面儀密封性好，結構緊湊，控制運行可靠，并且能耗較低，可以極大的延長該海洋剖面儀的運行時間。

本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種電機驅動的纜系海洋剖面儀，包括鋼纜和滑動穿設在鋼纜上的剖面儀主體，所述的剖面儀主體包括：

殼體，殼體內部設有密封腔；

步進電機，設在密封腔內；

電源，設在密封腔內，與步進電機電連接；

控制器，設在密封腔內，與電源和步進電機電連接；

導向架，設在殼體的外壁上，供鋼纜穿過；

主動輪，設在殼體的外壁上，與鋼纜相抵壓；

磁耦合聯(lián)軸器，包括設在密封腔內與步進電機連接的內磁體、設在殼體的外壁上與主動輪連接的外磁體；

從動輪，設在殼體的外壁上，與鋼纜相抵壓。

在使用時，將鋼纜縱穿固定于任意海域內，鋼纜底端可以通過錨塊固定，頂端通過浮力件牽引。

作為優(yōu)選，所述鋼纜上設有用于限制剖面儀主體上下滑移距離的上限位件和下限位件。

剖面儀主體滑動地穿套與鋼纜上，其剖面儀主體可沿鋼纜在海水中升降移動。控制器控制用于接收外部控制指令，控制步進電機工作，殼體外部的主動輪通過磁耦合聯(lián)軸器與步進電機聯(lián)動，主動輪與鋼纜壓緊，步進電機工作時可帶動剖面儀主體沿鋼纜滑動上升或下降，實現(xiàn)對海洋剖面相關參數的測量。

作為優(yōu)選，所述的密封腔包括第一密封腔和第二密封腔，所述的電源和控制器位于第一密封腔內，所述的步進電機和內磁體位于第二密封腔內。

磁耦合聯(lián)軸器可用在間隔1cm的距離傳遞1N·m的扭矩，使用磁耦合聯(lián)軸器傳遞扭矩可用獲得最好的密封性能，同時也可以減少密封時的摩擦損耗。

控制器對剖面儀主體的運動狀態(tài)進行控制，剖面儀主體的運動速度為0.2～0.5m/s。

剖面儀主體的運動狀態(tài)包括其上升或下降的距離、往復運動的頻率，控制器同時還接收外部控制指令對剖面儀主體進行控制。本發(fā)明剖面儀主體的運動速度控制在0.2～0.5m/s，若運動速度過低，則從上到下運動時間過長，無法準確測量海洋剖面上下的數據關系；若運動速度過高，則會產生過大的渦流阻力，能耗增加。

作為優(yōu)選，剖面儀主體的運動速度為0.3m/s。

作為優(yōu)選，剖面儀主體上安裝有用于抵消剖面儀主體重力的浮力裝置。

所述的浮力裝置可以為普通的浮子，浮子與剖面儀主體所受浮力的大小應與其重力相等，浮力與重力相互抵消，消除剖面儀主體運動過程中不必要的能量消耗，節(jié)約能源，延長剖面儀的工作時間。

作為優(yōu)選，所述的從動輪包括：

支架，固定在殼體的外壁上；

滾輪，滾輪的輪軸與支架滑動配合；

滾輪推架，一端與滾輪的輪軸相連，另一端通過壓縮彈簧與支架的側壁相抵。

從動輪與鋼纜壓緊，當鋼纜上具有障礙物時，從動輪收縮避開障礙物，防止從動輪卡死，提高剖面儀主體運動的平穩(wěn)性。

作為優(yōu)選，所述的支架上設有限位件，用于限定滾輪相對于支架的滑動距離。

通過限位件可以調節(jié)從動輪對鋼纜的初始壓緊力的大小。

作為優(yōu)選，所述的從動輪有兩個，分別位于主動輪的兩側，兩從動輪和主動輪的連線之間的夾角為160度～170度。最優(yōu)選的，兩從動輪和主動輪的連線之間的夾角為164.4度。

從動輪與主動輪的連線與豎直方向的夾角為5度～10度。最優(yōu)選的，從動輪與主動輪的連線與豎直方向的夾角為7.8度。

當從動輪與主動輪處于合適的位置關系時可用使主動輪與鋼纜之間具有足夠的摩擦力，使剖面儀主體沿鋼纜具有良好的運動狀態(tài)。

作為優(yōu)選，所述殼體遠離主動輪的一側面呈半橢球形。

剖面儀主體的一側設計成流線型，可以使流線型一側自動轉向來流的方向，方便測試儀器工作。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、使用磁耦合聯(lián)軸器傳遞扭矩可用獲得最好的密封性能，同時也可以減少密封時的摩擦損耗；

2、從動輪與鋼纜壓緊，當鋼纜上具有障礙物時，從動輪收縮避開障礙物，防止從動輪卡死，提高剖面儀主體運動的平穩(wěn)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用狀態(tài)結構示意圖；

圖2為剖面儀主體的剖視結構示意圖；

圖3為從動輪結構示意圖。

附圖中：1、鋼纜；2、剖面儀主體；21、殼體；22、密封腔；221、第一密封腔；222、第二密封腔；23、步進電機；24、主動輪；25、磁耦合聯(lián)軸器；251、內磁體；252、外磁體；26、從動輪；261、支架；262、滾輪；263、滾輪推架；264、調節(jié)螺釘；27、導向架；3、錨塊；4、浮力件。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。

如圖1所示，一種電機驅動的纜系海洋剖面儀，包括鋼纜1和滑動穿設在鋼纜上的剖面儀主體2。

在使用時，將鋼纜1縱穿固定于任意海域內，鋼纜1底端可以通過錨塊3固定，頂端通過浮力件4牽引。

鋼纜1上設有用于限制剖面儀主體2上下滑移距離的上限位件(圖中未示出)和下限位件(圖中未示出)。剖面儀主體2滑動地穿套于鋼纜1上，可沿鋼纜1在海水中升降移動。

如圖2所示，剖面儀主體2包括：殼體21和殼體內部的密封腔22，密封腔22兩端蓋上端蓋，端蓋上有密封膠條密封。

剖面儀主體2的殼體為半蛋殼狀，其一側設計成流線型，流線型一側自動轉向來流的方向，方便測試儀器工作。流線型一側相對的一側為平板。

密封腔22包括第一密封腔221和第二密封腔222。第一密封腔221內設有控制系統(tǒng)，第二密封腔222內設有步進電機23以及與步進電機23聯(lián)動的磁耦合聯(lián)軸器25，磁耦合聯(lián)軸器25包括與步進電機23聯(lián)動的、設在第二密封腔222內的內磁體251以及設在密封腔為與內磁體251相配合的外磁體252，內磁體251和外磁體252分別設在平板的兩側。外磁體252與設在密封腔外的主動輪24聯(lián)動，主動輪24壓緊鋼纜1滾動。

磁耦合聯(lián)軸器25可用在間隔1cm的距離傳遞1N·m的扭矩，使用磁耦合聯(lián)軸器傳遞扭矩可以獲得最好的密封性能，同時也可以減少密封時的摩擦損耗。

平板上還設有兩個從動輪26，分別位于主動輪24的側上方和側下方，從動輪壓緊鋼纜。

在平板上還設有導向架27，位于主動輪24的上方，上從動輪的側上方，導向架27上設有供鋼纜1穿過的通孔。

從動輪26與主動輪24的連線與豎直方向的夾角分別為7.8度。鋼纜1依次穿過導向架27上的通孔、上從動輪、主動輪、下從動輪，當從動輪與主動輪處于合適的位置關系時可用使主動輪與鋼纜之間具有足夠的摩擦力，使剖面儀主體2沿鋼纜具有良好的運動狀態(tài)。

如圖3所示，從動輪26包括：固定在密封腔平板一側的外壁上的支架261、與支架滑動配合的滾輪262、一端與滾輪的輪軸相連，另一端通過壓縮彈簧(圖中未示出)與支架261的側壁相抵的滾輪推架263、連接在支架261和滾輪推架263之間的調節(jié)螺釘264。調節(jié)螺釘264用于限定滾輪相對于支架的滑動距離，通過調節(jié)螺釘264可以調節(jié)從動輪對鋼纜的初始壓緊力的大小。

從動輪與鋼纜1壓緊，當鋼纜上具有障礙物時，從動輪收縮避開障礙物，防止從動輪卡死，提高剖面儀主體運動的平穩(wěn)性。

第一密封腔221內的控制系統(tǒng)包括鋰電池、單片機、降壓穩(wěn)壓模塊、步進電機驅動板。控制系統(tǒng)的各個模塊都通過固定件或直接用螺栓固定在承載板上，承載板與內端蓋通過直角固定件連接起來固定在第一密封腔內。鋰電池正負極與步進電機驅動板電源端用導線相連，鋰電池正負極還與降壓穩(wěn)壓模塊輸入端相連，降壓穩(wěn)壓模塊輸出端與單片機電源端相連，單片機輸出信號線與步進電機驅動板相連，步進電機驅動板輸出信號與步進電機相連。

鋰電池電壓為12V，由降壓穩(wěn)壓模塊降壓為5V后給單片機供電，12V電壓為步進電機供電。單片機中有特定的程序，既可以使剖面儀主體自主運動，也可以接收控制信號。

在沒有外界輸入信號的情況下，剖面儀主體2按照預設的程序運行：在初始位置停留一段時間后，即以0.3m/s(水下運行最佳速度)向下運行，每過一段距離將傳感器獲取到的數據輸入到單片機中，并按照“時間/位置-數據”的結構存入存儲器中。下降到預設位置后，停留適當時間。再以0.3m/s的速度上行，回到初始位置，這樣算作一個周期。在主程序運行過程中，可以向單片機發(fā)送信號，更改工作模式?？梢酝瓿啥c不同時間段的數據測量記錄。如果發(fā)現(xiàn)異常數據，可以反轉一定距離回到異常點進行檢測?？梢愿鶕嶋H情況更改速度值。

單片機有對周期數的計量。在超過一定周期數以后，接下來的每個周期結束，都會進行一次電源電量的檢測，在電量低于閾值，會向主機發(fā)送信號，及時回收數據。

剖面儀主體的運動速度為0.3m/s，若運動速度過低，則從上到下運動時間過長，無法準確測量海洋剖面上下的數據關系；若運動速度過高，則會產生過大的渦流阻力，能耗增加。

剖面儀主體2的外部還安裝有用于抵消剖面儀主體重力的浮力裝置。浮力裝置可以為普通的浮子，浮子與剖面儀主體所受浮力的大小應與其重力相等，浮力與重力相互抵消，消除剖面儀主體運動過程中不必要的能量消耗，節(jié)約能源，延長剖面儀的工作時間。

以上所述的實施例對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。