1.本实用新型涉及一种海上多功能组合式浮标，能够实现海面和水体同时、同一站位观测。


背景技术：

2.目前，组合式的浮标在主舱体结构和浮力材料固定形式上存在不足，如在受外力影响容易使主舱体与龙骨连接处产生形变和断裂，甚至出现撕裂主舱体壁板的情况，造成主舱体进水；受金属疲劳和海水腐蚀的影响，容易发生浮力材料和主标体解体的情况，在拖带作业时无法保证浮标的拖航姿态，布局不合理等。传统的仪器舱水密舱盖采用螺丝紧固或楔形把手紧固的方式存在很多缺点，如紧固螺丝数量大，造成维护拆卸困难；在adcp声学多普勒剖面海流仪的安装方式也存在不足，如adcp直接与海水接触，换能器表面容易滋生附着生物，腐蚀换能器并影响波束能量；与浮标体硬连接，受浮标姿态影响较大，难以保证acdp姿态，影响数据质量；维护困难等；还有浮标体与系留分离的技术方式是直接套住浮标系留上某个位置，并牵引至作业船舶上进行割断，但该位置不可控，增加了海上回收作业强度、难度及不确定性等。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种海上多功能组合式浮标，以解决现有技术中存在的问题。
4.海上多功能组合式浮标，其特征是包括位于浮标中部的主仪器舱、设置在主仪器舱上方的气象观测平台、浮力模块和锚系；
5.主仪器舱包括圆柱形主舱体，主舱体外侧设有多层环形加强筋、和与各环形加强筋相互垂直连接的多道轴向加强筋；
6.并有多个龙骨构件通过连接板和螺栓沿径向连接在主舱体外侧的轴向加强筋上，所述龙骨构件中部开有上下贯通的仪器安装井，向外的一端则设有横向的系缆桩；
7.相邻两个龙骨构件之间均安装有浮力模块，所述浮力模块包括一个浮体，还有一对夹板经固定螺栓而安装在浮体的上下表面；
8.所述的锚系上端连接于其中一个龙骨构件的系缆桩上。
9.因转移了锚系的位置，故可实现将adcp观测装置安装到原先锚系所在的位置即浮标体底部中央，所述主舱体底部设有竖直的导流片，主舱体底部中央还设有adcp观测装置。
10.一种海上多功能组合式浮标，该浮标具有浮标体-锚系快捷释放功能，其特征是包括位于浮标中部的主仪器舱、设置在主仪器舱上方的气象观测平台、浮力模块和浮标体-锚系分离系统；
11.主仪器舱包括圆柱形主舱体，主舱体外侧设有多层环形加强筋、和与各环形加强筋相互垂直连接的多道轴向加强筋；
12.并有多个龙骨构件通过连接板和螺栓沿径向连接在主舱体外侧的轴向加强筋上，
所述龙骨构件中部开有上下贯通的仪器安装井，向外的一端则设有横向的系缆桩；
13.相邻两个龙骨构件之间均安装有浮力模块，所述浮力模块包括一个浮体，还有一对夹板经固定螺栓而安装在浮体的上下表面；
14.所述浮标体-锚系分离系统包括牵引缆、锚系、顶端带的手轮的丝杆、被丝杆上下驱动的滑块、与滑块联动的释放块、以及脱钩；所述丝杆及顶端的手轮位于其中一个仪器安装井内；
15.牵引缆一端系在该仪器安装井所属的龙骨构件的系缆桩上，另一端与锚系的侧面相连；
16.所述脱钩位于该仪器安装井下端口附近，且前述导流片与该脱钩分列于adcp观测装置两侧，脱钩靠近adcp观测舱的一端通过转轴而连接在浮标底部，另一端为自由端；所述脱钩用于钩住所述锚系的上端；
17.在该仪器安装井下端口附近与所述脱钩相对的一侧设有旋转轴，释放块的一端绕该旋转轴进行旋转；
18.转动手轮通过丝杆驱动滑块，受滑块的联动作用，当释放块随滑块向上转至水平时得以将脱钩的自由端向上托起，使得脱钩钩紧锚系的上端，当释放块随滑块向下旋转时脱钩因自由端失去支撑而向下摆动，使得锚系上端从脱钩中滑出。
19.与前一种海上多功能组合式浮标的情况相同，该浮标也可将adcp观测装置安装到原先锚系所在的位置即浮标体底部中央，所述主舱体底部设有竖直的导流片，主舱体底部中央还设有adcp观测装置。
20.所述adcp观测舱包括一个自底部通入主仪器舱的adcp仪器舱，adcp仪器舱顶部设有密封舱盖、底部设有透声板；
21.adcp首先安装在自平衡装置上，自平衡装置两侧的轴承基座通过螺栓固定在adcp安装框架上，adcp安装框架通过设置在adcp仪器舱内壁的卡槽而固定于adcp仪器舱内，adcp通过该轴承基座保持姿态；adcp的通讯电缆穿过密封舱盖上的水密电缆孔连接位于主仪器舱内的数据采集设备。
22.所述主仪器舱内在高于水线的位置设有预先注入纯净水的压力平衡水箱；所述adcp仪器舱设有进水管、排水管和进、排水阀门，向adcp仪器舱通过进、排水以保持内外压力平衡。
23.使用时，注入纯净水前同时打开进、排水阀门，注水直至水从排水管流出，关闭进、排水阀门中的排水阀门，保压完成； adcp完全与海水隔绝，既不影响正常工作，更没有附着生物生长，换能器表面不会受到附着生物的腐蚀，避免影响观测数据质量；由于使用了自平衡装置， adcp34原来的垂直方向超出其允许倾角如15
°
扩大到了30
°
，也就是说adcp可以在浮标摇摆30
°
范围内的情况下保持稳定状态；同时adcp处于主仪器舱内，所有维护工作都在浮标仪器舱内进行，不受海浪、盐雾、天气等自然条件的影响，很好地保护了adcp，延长使用寿命。
24.所述主仪器舱顶部还设有防盗水密舱门；其包括控制盒，控制盒经控制电缆、与驱动模块和两个限位开关相连；其中一个限位开关与驱动丝杆上的滑块相连，滑块经联动结构与防盗水密舱门四周的定位销与联动锁舌相连。
25.开启工作时，控制盒接收到开启或关闭指令后，驱动模块旋转驱动丝杆驱动滑块
滑动，滑块带动联动锁舌及联动结构进行舱门锁紧动作。当舱门锁紧时，驱动模块触动限位开关，促使驱动模块、驱动丝杆、滑块停止工作，至此舱门锁紧工作完成。
26.所述龙骨构件包括两块相互平行的倒直角梯形钢板，所述的仪器安装井和系缆桩位于两块钢板之间。
27.所述龙骨构件内设有两个系缆桩，两个系缆桩均内置于龙骨结构件内，系缆桩采用加强隐藏式设计，具有回收水下锚系、浮标拖带和起吊作用。
28.对所述的海上多功能组合式浮标进行系泊的方法，其特征是包括以下步骤：
29.将牵引缆的下端连接于锚系的侧面，上端系在系缆桩上；
30.用脱钩钩住锚系的上端，同时旋转手轮使释放块向上旋转，直至释放块托起并压住脱钩的自由端。
31.对所述的海上多功能组合式浮标进行浮标体-锚系分离的方法，其特征是包括以下步骤：
32.将作业船上的拖缆牵引到浮标上与牵引缆中段连接，再将牵引缆的上端自系缆桩上解开；
33.然后通过转动安装在仪器安装井内的释放手轮驱动释放丝杆驱动滑块，使释放块以旋转轴作为中心向下旋转，当释放块运动到与脱钩分离时，锚系依靠自身重力向下滑落，从而实现锚系与浮标的快速分离，提高了分离的可靠性和安全性，降低了作业人员及设备的风险，同时提高了作业效率节省了作业时间。
34.发明优点
35.本实用新型的主仪器舱的设计与以往不同，其包含了环形加强筋和轴向加强筋，且增加了龙骨构件，提高了浮标的强度；将浮标系留系固点设计在浮标的侧面而不是传统的浮标底部，同时改进了浮标体与锚系的分离方式；并且改进了adcp仪器舱和防盗水密舱门的设计。
36.本实用新型设计突破传统浮标系留系固点在浮标正中心底部的设计，采用偏置系留系固点设计，设置在距浮标中心线约1/2处的1个龙骨构件中的仪器安装井内底部，与adcp及导流片处于同一个经过浮标中心的垂面上；锚系与adcp保持一定的距离，与adcp形成夹角；同时，受到设置在与其反向的导流片的导流和平衡作用，使浮标在受到风、浪、流共同作用的情况下保持稳定方向；同时导流片使得浮标在海水中的底面积增大，减小了浮标的摇摆幅度；稳定的浮标姿态使得锚系与adcp始终保持最大的距离，同时配合自平衡装置可以保证adcp不会出现任何一波束发射到系留上，造成adcp数据缺失及坏数据的情况出现。
37.本实用新型解决了目前广泛使用的碟型浮标，标体舱室容易遭人为破坏、被盗、浮标标体与系留分离和连接困难、adcp容易受海洋生物附着及波束角影响、浮标功能单一、经济效益与社会效益底的问题，提高了海上作业效率，降低了人员海上浮标作业的风险，提高了海上浮标的安全性，降低了浮标标体与系留或水下潜标的海上回收难度。
38.本实用新型可用于海面等各种水体，同时可搭配各种潜标组成综合立体观测系统；可作为各类海上牧场监控平台，实时监控海上牧场状态及水文气象要素；配备必要的救生设备，可作为海上临时救援点使用。
附图说明
39.图1本实用新型的总体结构示意图。
40.图2本实用新型的分解图。
41.图3本实用新型的主仪器舱结构示意图。
42.图4本实用新型的龙骨构件结构示意图（以互成90
°
的四组龙骨构件为例）。
43.图5本实用新型的浮标体-锚系分离系统结构示意图之一。
44.图6本实用新型的浮标体-锚系分离系统结构示意图之二。
45.图7本实用新型的浮标体-锚系分离系统开始释放脱钩时的示意图。
46.图8本实用新型的浮标体-锚系分离系统完全释放脱钩时的示意图。
47.图9本实用新型的adcp仪器舱结构示意图。
48.图10本实用新型的adcp仪器舱部分结构示意图.
49.图11本实用新型的adcp安装过程图，其中，图11a：adcp单体，图11b：adcp安装于自平衡装置，图11c：自平衡装置的轴承基座经螺栓固定在adcp安装框架，图11d：adcp及自平衡装置完成至adcp安装框架的安装，图11e：adcp安装框架通过卡槽进行安装，图11f：adcp安装框架及其上的adcp、自平衡装置最终固定adcp仪器舱内。
50.图12本实用新型的浮力模块结构示意图。
51.图13本实用新型的防盗水密舱门结构示意图。
52.其中，1、气象观测平台，2、主仪器舱，3、龙骨构件，4、浮力模块，5、浮标体-锚系分离系统，6、adcp观测装置，7、防盗水密舱门；
53.8、钢板，9、系缆桩，10、仪器安装井，11、连接板，12、盖板；
54.13、浮体，14、固定螺栓，15、上、下固定夹板；
55.16、释放手轮，17、牵引缆，18、旋转轴，19、滑块，20、释放块，21、丝杆，22、脱钩，23、锚系；
56.24、压力平衡水箱，25、进水管，26、排水管，27、密封舱盖，28、进、排水阀门，29、水密电缆孔，30、adcp仪器舱，31、adcp固定装置，32、轴承基座，33、自平衡装置，34、adcp，35、透声板；
57.36、控制盒，37、控制电缆，38、驱动模块，39、限位开关，40、驱动滑块，41、驱动丝杆，42、联动机构，43、定位销，44、联动锁舌。
58.45、主舱体，46、导流片，47、环形加强筋，48、轴向加强筋。
具体实施方式
59.如图1-13，一种海上多功能组合式浮标，包括位于浮标中部的主仪器舱2、设置在主仪器舱2上方的气象观测平台1、浮力模块4和浮标体-锚系分离系统5；
60.主仪器舱2包括圆柱形主舱体45，主舱体45外侧设有多层环形加强筋47、和与各环形加强筋47相互垂直连接的多道轴向加强筋48；
61.并有多个龙骨构件3通过连接板11和螺栓沿径向连接在主舱体45外侧的轴向加强筋48上，所述龙骨构件3中部开有上下贯通的仪器安装井10，向外的一端则设有横向的系缆桩9；
62.主舱体45底部设有竖直的导流片46，主舱体45底部中央还设有adcp观测装置6；
63.相邻两个龙骨构件3之间均安装有浮力模块4，所述浮力模块4包括一个浮体（13），还有一对夹板15经固定螺栓14而安装在浮体13的上下表面；
64.所述浮标体-锚系分离系统5包括牵引缆17、锚系23、顶端带的手轮16的丝杆21、被丝杆21上下驱动的滑块19、与滑块19联动的释放块20、以及脱钩22；所述丝杆21及顶端的手轮16位于其中一个仪器安装井10内；
65.牵引缆17一端系在该仪器安装井10所属的龙骨构件3的系缆桩9上，另一端与锚系23的侧面相连；
66.所述脱钩22位于该仪器安装井10下端口附近，且前述导流片46与该脱钩22分列于adcp观测装置6两侧，脱钩22靠近adcp观测舱6的一端通过转轴而连接在浮标底部，另一端为自由端；所述脱钩22用于钩住所述锚系23的上端；
67.在该仪器安装井10下端口附近与所述脱钩22相对的一侧设有旋转轴18，释放块20的一端绕该旋转轴18进行旋转；
68.转动手轮16通过丝杆驱动滑块19，受滑块20的联动作用，当释放块20随滑块（20）向上转至水平时得以将脱钩22的自由端向上托起，使得脱钩22钩紧锚系23的上端，当释放块20随滑块20向下旋转时脱钩22因自由端失去支撑而向下摆动，使得锚系23上端从脱钩22中滑出。
69.下面比照现有技术并结合附图对本实用新型做进一步说明。
70.一、主舱体设计
71.目前，组合式的浮标主舱体采用的加强结构设置在内部，外部光滑平顺，缺点是外部壁板对龙骨支撑能力弱，受外力影响容易使主舱体与龙骨连接处产生形变和断裂，甚至出现撕裂主舱体壁板的情况，造成主舱体进水；加强结构设置在内部占用大量的内部空间，使有限的内部空间得不到有效的利用，制约仪器设备的合理布置。
72.本实用新型所述主舱体45采用加强结构外置设计，兼具提供主浮力作用。所有加强结构被外置在舱壁外部，龙骨模块3通过连接板11及螺栓直接与主舱体45加强结构连接，增强了浮标整体的结构强度和抗冲击性能，有效降低破舱的机率。同时，增加了舱内有效使用空间，使得舱内空间更为简洁，方便各类仪器的布置和安装。见附图3。附图12。
73.二、龙骨结构模块设计
74.目前，组合式的浮标采用浮力材料固定在主标体上或固定在单薄的龙骨上的形式，受金属疲劳和海水腐蚀的影响，容易发生浮力材料和主标体解体的情况。而且无法设置仪器安装井安装水下仪器设备，仪器安装井只能布置在主仪器舱内部，占用了主仪器舱的空间。另外，由于浮力材料上不能设置系缆桩和浮标起吊点，所以只能设置在主浮标体上，浮标拖带作业时无法保证浮标的拖航姿态。浮标起吊作业时，起吊点靠近浮标中心点，起吊锁具容易对气象平台及仪器造成破坏。
75.本实用新型所述龙骨构件3可设有多个，采用独特的设计形式，并进行加强、集成和优化，增强了抗冲击能力。同时集成了系缆桩9、和仪器安装井10、的功能，每个龙骨结构件3可设置至少1组系缆桩9和至少1个仪器安装井10。系缆桩9采用加强隐藏式设计，附图4、5所述的龙骨构件3采用了内置2个系缆桩9的结构，具有回收水下锚系、浮标拖带和起吊作用。系缆桩9位置较低的设计，可很好地保证浮标在拖带作业过程中的浮标姿态，提高浮标拖带安全性，同时使锚系的回收更安全、可靠、节省海上作业时间，提高工作效率。如图1、2
所述的实例中则以4个龙骨构件3为例。
76.相邻两个龙骨构件3之间均安装有浮力模块4，所述浮力模块4包括一个浮体13，还有一对夹板15经固定螺栓14而安装在浮体13的上下表面；如图12所示。
77.三、浮标体与系留分离装置设计
78.目前已有实现浮标标体与系留分离的技术方式是直接套住浮标系留上某个位置，并牵引至作业船舶上进行割断，但该位置不可控，完全凭借作业人员的海上工作经验。该位置是否合适直接影响着回收过程中浮标标体、系留强度，作业安全系数及工作量，增加了海上回收作业强度、难度及不确定性。
79.本实用新型所述浮标体-锚系分离系统5设计很好地解决了上述问题。该系统设置在若干个龙骨结构件3其中1个的仪器安装井10内底部，位于约浮标半径1/2处。可通过远程控制（加驱动电机情况下）或手动控制方式进行23、锚系的锁紧（系固锚链）及释放（解脱锚链），使用安全可靠，操纵方便。作业时只需将船上的拖缆牵引到浮标上与牵引缆17连接，然后通过转动安装在仪器安装井10内的释放手轮16驱动释放丝杆21使释放滑块19向下滑动，并带动释放块20以旋转轴18作为圆点向下做曲线运动，当释放块20运动到与脱钩22分离，锚系23依靠自身重力向下滑落，实现锚系23与浮标的快速分离，从而提高分离的可靠性和安全性，降低了作业人员及设备的风险，同时提高了作业效率节省了作业时间。其具体结构和工作原理如附图5、6、7、8所示。
80.四、adcp观测模块设计
81.目前adcp声学多普勒剖面海流仪被广泛在浮标上使用，以获取所在站点的剖面海流资料数据。adcp声学多普勒剖面海流仪在浮标上的安装方式都是直接将其安装在浮标底部进行海流观测。该安装方式存在以下缺点：1.adcp直接与海水接触，换能器表面容易滋生附着生物，腐蚀换能器并影响波束能量；2.adcp与浮标标体硬连接，受浮标姿态影响较大，难以保证acdp姿态，特别在恶劣海况下，一旦adcp垂直方向超出其允许倾角（如15
°
），观测的数据为无效数据；3.受浮标底部末端锚链位置影响，acdp声学波束很容易发射到末端锚链上，造成数据缺失，影响数据质量；4.adcp是在浮标面上将仪器放入仪器井底部固定的，完全处于开放状态，非常容易被人为破坏；5.adcp与海水直接接触，仪器及其固定机构受海水腐蚀、锈死，造成设备无法取出的情况。
82.本实用新型所述adcp观测装置6很好地解决了上述存在的缺点。该观测装置位于主仪器舱2底部中心，并凸出于底部，垂直水平面。adcp 34安装在自平衡装置33上，通过轴承基座32保持adcp 34姿态，32、轴承基座通过螺栓固定在adcp固定装置31上。adcp固定装置31通过卡槽固定于adcp仪器舱30，通讯电缆通过密封舱盖27上的水密电缆孔29连接adcp 34与数据采集设备，保证仪器舱内的水密性能。仪器舱底部安装透声板35，保证内外隔绝；同时仪器舱安装有进水管25、排水管26，通过安装在主仪器舱2内的、高于水线位置的压力平衡水箱24内预先注入的纯净水保持内外压力平衡。注入纯净水前同时打开进、排水阀门28，注水直至水从排水管流出，关闭进、排水阀门28，保压完成。adcp 34完全与海水隔绝，既不影响正常工作，更没有附着生物生长，换能器表面不会受到附着生物的腐蚀，避免影响观测数据质量。由于使用了自平衡装置33， adcp 34原来的垂直方向超出其允许倾角如15
°
扩大到了30
°
，也就是说adcp 34可以在浮标摇摆30
°
范围内的情况下保持稳定状态。同时adcp 34处于主仪器舱2内，所有维护工作都在浮标仪器舱内进行，不受海浪、盐雾、天气等自然条
件的影响，很好地保护了adcp 34，延长使用寿命。其具体结构和组装原理如附图9、10、11所示。
83.五、浮标系留系固点设计
84.传统浮标系留系固点设置在浮标正中心底部。由于受风、浪、流等自然条件及没有导流片的影响，浮标始终围绕系固点及系留做不规则的自由运动，无法保持稳定方向和状态，对水下调查设备造成很大影响，特别是adcp。传统的adcp安装在浮标中心的仪器井内，受此影响adcp工作时的4个波束经常会发射到系留上，造成数据缺失及坏数据。
85.本实用新型的设计突破传统浮标系留系固点在浮标正中心底部的设计，采用偏置系留系固点设计，设置在距浮标中心线约1/2处的1个龙骨结构件3中的仪器安装井10内底部，与adcp 34及导流片46处于浮标中心水平线上。锚系23与adcp 34保持一定的距离，与adcp 34的换能器形成45度水平夹角。同时，受到设置在与其反向的导流片46的导流和平衡作用，使浮标在受到风、浪、流共同作用的情况下保持稳定方向；同时导流片46使得浮标在海水中的底面积增大，减小了浮标的摇摆幅度。稳定的浮标姿态使得锚系23与adcp 34始终保持最大的距离，同时配合自平衡装置33可以保证adcp 34不会出现任何一波束发射到系留上，造成adcp 34数据缺失及坏数据的情况出现。如附图1、2、5、6、7、8、9所示。
86.六、防盗水密舱门模块设计
87.浮标上传统的仪器舱水密舱盖采用螺丝紧固或楔形把手紧固的方式，上述两种方式存在很多缺点。螺丝紧固紧固方式，往往需要数十个螺丝才能将水密舱盖固定，打开时又需要将所有螺丝取下。浮标上的工作环境和条件十分恶劣，作业人员在浮标上的体力消耗非常快，上紧或松开所有的螺丝需要浪费大量的作业时间和体力，另外由于海水、盐雾等腐蚀影响，容易螺丝锈死、锈烂，失去应有作用，螺丝的外露也容易遭到人为破坏；楔形把手紧固的方式虽然可以解决螺丝紧固方式的缺点，但为防止人为破坏，外露在舱盖上的开启点在完成关闭盖板后需要用填料函进行封堵，再下次开启盖板时仍需要浪费大量的作业时间和人员体力敲开填料函进行舱盖的开启。
88.本实用新型所述的防盗水密舱门7很好就解决了上述缺点。防盗水密舱门7模块包括：控制盒36、控制电缆37、驱动模块38、限位开关39、驱动滑块40、驱动丝杆41、联动机构42、定位销43、联动锁舌44。防盗水密舱门外部没有任何用于关闭或开启舱门的固定螺丝及开启设备，使用电子钥匙进行关闭或开启工作。开启时，控制盒36接收到开启或关闭指令后，驱动模块38旋转驱动丝杆41驱使驱动滑块40滑动，驱动滑块40的滑动带动了联动锁舌44及联动机构42进行舱门锁紧动作。当舱门锁紧时，驱动模块38触动限位开关39，促使驱动模块38、驱动丝杆41、驱动滑块40停止工作，至此舱门锁紧工作完成。舱门开启则反向进行。如遇电子钥匙失效的情况，可通过应急装置进行舱盖的开启关闭。该应急装置放置在隐蔽之处，并设置保险机构，即使找到应急装置，不懂其构造原理及没有特制工具也无法打开。
89.本实用新型打破了传统浮标系留系固点设置在浮标正中心底部的固有设计，使得本实用新型的这种系留点具有更加稳定的效果，避免了浮标随波逐流做不规则运动的问题。而为了实现浮标锚系系留位置的转移，就需要对浮标标体的结构和强度进行改进，为此本实用新型引入了龙骨模块，而为了结合龙骨模块3，本实用新型又重新定义了具有更高强度的主舱体2，从而以一系列相互配合的改进实现了这一效果。因锚系的转移，使得浮标标体底部空出了宝贵的空间，得以从此将adcp安装在标体底部正中央，占据了以往锚系的位
置，而该位置是更适合发挥adcp的最大功用的。同时因锚系的转移，使得在acdp舱的相对于锚系的侧面可以设置导流片，产生更加稳定的效果。而将锚系转移至标体侧面的龙骨构件3上才更有利于实现简易快捷的释放。因此本实用新型转移锚系的系留点产生了一系列良好效果，对浮标行业的发展起到了极大的促进作用。