一种系缆式水下直升机剖面测量系统及方法

技术特征：
1.一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，包括：岸站系统(10)以及与其通信的水下剖面测量系统；所述水下剖面测量系统，包括：水上浮球(1)、水下直升机(8)、运行通道缆(2)、充电上阻尼块(7)、下阻尼块(9)以及锚定系统；所述充电上阻尼块(7)和下阻尼块(9)分别固定在运行通道缆(2)上，在充电上阻尼块(7)和下阻尼块(9)之间的运行通道缆(2)部分滑动设有水下直升机(8)；所述运行通道缆(2)一端与水上浮球(1)连接，另一端与锚定系统连接；在所述运行通道缆(2)上依次经充电上阻尼块(7)、水下直升机(8)和下阻尼块(9)；所述充电上阻尼块(7)还通过充电线(6)与水上浮球(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述水上浮球(1)包括：充电接口a(104)、球壳(101)以及设于球壳(101)内的电池(102)、耦合连接器(105)、耦合模块(107)以及通讯模块(109)；所述球壳(101)为高分子聚氨酯材料壳体或pe材质壳体；所述通讯模块(109)通过通讯线(108)与耦合模块(107)连接，用于获得水下直升机(8)的测量数据，并将测量数据发送回岸站系统(10)，同时接收岸站系统(10)的预先设定的参数，并通过通讯线(108)发送给耦合模块(107)；所述耦合模块(107)通过耦合线(106)与耦合连接器(105)连接，所述耦合连接器(105)套设在水上浮球(1)底部的运行通道缆(2)外；所述耦合模块(107)，用于与水下直升机(8)通讯；所述球壳(101)外表面安装有充电接口a(104)，所述球壳(101)内的电池(102)通过充电线(6)与充电接口a(104)连接；所述充电接口(104)通过充电线(6)与充电上阻尼块(7)连接。3.根据权利要求1所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述充电上阻尼块(7)内设有无线充电模块(703)；所述充电上阻尼块(7)中心开设有位置固定孔(701)，所述位置固定孔(701)固设于运行通道缆(2)上；所述充电上阻尼块(7)顶部设有充电接口b(704)，充电接口a(104)经充电接口b(704)与所述无线充电模块(703)连接；所述无线充电模块(703)设于水下直升机(8)上方，用于将接收水上浮球(1)内电池(102)的电流转化为电磁，以供水下直升机充电。4.根据权利要求1所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述水下直升机(8)，包括：设于机壳(815)内的控制系统、以及设于机壳(815)上的无线充电接收模块(801)、固定杆(802)、连接固定器(803)、螺旋桨(804)、测量装置、控制系统以及水下耦合模块(812)；所述机壳(815)侧壁水平平行设有多个连接板，所述连接板上设有限位孔，所述限位孔套设在运行通道缆(2)上，以实现沿运行通道缆(2)竖直运动；在任意一个所述连接板上设有水下耦合模块(812)，所述水下耦合模块(812)与控制系统连接；所述机壳(815)顶部设有测量装置，用于测量水下剖面的测量数据；所述测量装置与控制系统连接；
所述机壳(815)顶部还设有无线充电接口(808)，所述无线充电接收模块(801)通过无线充电接口(808)与控制系统连接；所述机壳(815)侧壁上还设有多个水平平行的连接固定器(803)，所述机壳(815)通过连接固定器(803)与固定杆(802)连接；所述固定杆(802)的顶端设有无线充电接收模块(801)，固定杆(802)的底端设有螺旋桨(804)；所述螺旋桨(804)通过连接固定器(803)固设于机壳(815)下方，且螺旋桨(804)通过螺旋桨连接线(806)与控制系统连接；所述无线充电接收模块(801)设于机壳(815)上方，且与充电上阻尼块(7)相对应。5.根据权利要求4所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述控制系统设于机壳(815)内，包括：控制器(811)和充电电池(814)；所述测量装置包括水温传感器(809)和水深传感器(810)；所述控制器(811)分别与水温传感器(809)、水深传感器(810)和水下耦合模块(812)连接；用于接收水下剖面的水温数据和水深数据，并发送至水下耦合模块(812)；所述无线充电接收模块(801)通过无线充电接口(808)与充电电池(814)连接。6.根据权利要求4所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述螺旋桨(804)为三叶螺旋桨，桨叶长度为3cm～4cm。7.根据权利要求4所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述无线充电接收模块(801)中心开设有通孔，所述无线充电接收模块(801)套设在运行通道缆(2)上，以实现沿运行通道缆(2)竖直运动；所述无线充电接收模块(801)水平平行设于连接板上方；所述连接板的限位孔与无线充电接收模块(801)的通孔相对应，且限位孔的孔径与通孔的孔径相等。8.根据权利要求1所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统，其特征在于，所述锚定系统，包括：张紧锤(3)和锚定(5)；所述张紧锤(3)一端通过系留缆(4)与锚定(5)连接，另一端与运行通道缆(2)连接。9.根据权利要求1～8所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过配重将水下直升机(8)调节为正浮力状态；2)剖面测量时，水下直升机(8)根据预先设定的参数控制螺旋桨(804)转动，形成向下作用力，带动水下直升机(8)沿着运行通道缆(2)向下运动，根据预先设定的参数和测量数据，控制螺旋桨(804)转速和转向以满足定深悬浮、不同下降速度要求；3)完成指定海底深度的数据测量时，螺旋桨(804)停止工作，在正浮力的作用下，水下直升机(8)沿着运行通道缆(2)上浮至充电上阻尼块(7)处；充电上阻尼块(7)与无线充电接收模块(801)相抵，水下直升机(8)通过无线充电接收模块(801)和无线充电模块(703)进行电磁式无线充电，通过耦合模块(107)和水下耦合模块(812)将测量数据传输到通讯模块(109)；以使通讯模块(109)通过卫星将测量数据发送回岸站系统(10)，完成一次循环的剖面测量。10.根据权利要求9所述的一种系缆式水下直升机剖面测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：
通过控制占空比来控制螺旋桨转速和转向，为水下直升机剖面测量系统提供动力；不同场景下的螺旋桨控制：1)向下剖面测量：通过控制螺旋桨转向，提供向下的驱动力，控制转速为一个固定值，以一个固定的驱动力向下剖面运动，向下剖面测量过程中测量温度和深度，当到达设置的深度时，控制螺旋桨停止工作；2)向上剖面测量：系统通过正浮力向上沿缆移动，移动过程中测量温度和深度，当检测到深度异常变化时，启动螺旋桨，控制转向和转速，提供系统向上的驱动力；所述深度异常变化为：当海流流速超过2m/s时、水下直升机(8)的深度在设定时间内保持不变或深度增大任意一种情况；3)悬停测量：当需要测量水下某固定剖面的深度发生连续变化时，到达指定深度后，若深度持续变大，控制螺旋桨(804)转速降低，实现向上驱动力，如果深度变小，控制螺旋桨(804)转速增加，实现向上驱动力，保证在该固定深度悬停。

技术总结
本发明属于海洋仪器技术领域，具体说是一种系缆式水下直升机剖面测量系统及方法。包括：岸站系统以及与其通信的水下剖面测量系统；水下剖面测量系统，包括：水上浮球、水下直升机、运行通道缆、充电上阻尼块、下阻尼块以及锚定系统；充电上阻尼块和下阻尼块分别固定在运行通道缆上，在充电上阻尼块和下阻尼块之间的运行通道缆部分滑动设有水下直升机；运行通道缆一端与水上浮球连接，另一端与锚定系统连接；在运行通道缆上依次经充电上阻尼块、水下直升机和下阻尼块；充电上阻尼块还通过充电线与水上浮球连接。本发明的有益效果在于：解决了剖面自动测量的问题，通过水下直升机的上下剖面运动，实现剖面自动测量，螺旋桨作为动力，成本低且耐用。成本低且耐用。成本低且耐用。


技术研发人员：姜斌 陈永华
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2021.06.08
技术公布日：2022/6/10