一种座底式剖面海流计实时监测仪及其使用方法.pdf

一种座底式剖面海流计实时监测仪，包括水下单元和水上单元；水下单元的耐压密封壳体内安装有检测装置；检测装置包括数据采集模块和电源模块Ⅰ，数据采集模块包括电路板Ⅰ、单片机Ⅰ、数字三轴加速度传感器，水上单元的防泼溅密封壳体内安装有信号接收装置，信号接收装置包括信号接收模块、液晶显示器、电源模块Ⅱ和电池；信号接收模块包括电路板Ⅱ和单片机Ⅱ。一种座底式剖面海流计实时监测仪的使用方法，包括如下步骤：(1)将水下单元安装在座底式剖面海流计；(2)投放座底式剖面海流计，并检查水上单元读数是否正常，回收回头绳；(3)回收回头绳，确认水上单元读数是否正常；(4)回收水下单元。本发明大大提高了投放人员的工作效率。

1.  一种座底式剖面海流计实时监测仪，其特征在于：包括水下单元和水上单元；
所述的水下单元包括耐压密封壳体，所述的耐压密封壳体内安装有检测装置；所述检测装置包括数据采集模块和电源模块Ⅰ，所述电源模块Ⅰ电连接数据采集模块，所述数据采集模块包括电路板Ⅰ、单片机Ⅰ、数字三轴加速度传感器，所述的单片机Ⅰ和数字三轴加速度传感器安装在所述的电路板Ⅰ上；
所述水上单元包括防泼溅密封壳体，所述防泼溅密封壳体内安装有信号接收装置，所述信号接受单元包括信号接收模块、液晶显示器、电源模块Ⅱ和电池；所述的信号接收模块包括电路板Ⅱ和单片机Ⅱ，所述的单片机Ⅱ安装在所述的电路板Ⅱ；所述的信号接收模块通过通讯线连接液晶显示器，所述信号接收模块电连接电源模块Ⅱ，所述的电源模块Ⅱ与电池之间通过导线连接；
所述水上单元中的单片机Ⅱ与水下单元中的单片机Ⅰ上均设置通信端口，所述水上单元中的单片机Ⅱ与水下单元中的单片机Ⅰ的通信端口之间通过通信电缆连接；所述水上单元的电源模块Ⅱ与水下单元的电源模块Ⅰ之间通过电缆连接。

2.  如权利要求1所述的座底式剖面海流计实时监测仪，其特征在于，所述水下单元的电源模块Ⅰ和水上单元的电源模块Ⅱ内均装有降压电路。

3.  如权利要求1所述的座底式剖面海流计实时监测仪，其特征在于，所述耐压密封壳体设置为圆柱形，所述圆柱形的耐压密封壳体选用的材料为聚酰胺工程塑料。

4.  如权利要求1所述的座底式剖面海流计实时监测仪，其特征在于，所述的防泼溅密封壳体选用的材料为ABS塑料。

5.  一种座底式剖面海流计实时监测仪的使用方法，包括如下步骤：
(1)在座底式海流计投放前，将座底式海流计稳固安装于仪器架上，将座底式剖面海流计实时监测仪的水下单元安装基座垂直刚性固定于座底式海流计外壳上，将水下单元放入水下单元安装基座并塞紧，确保其不会在仪器架投放过程中脱落；
(2)安装水上单元电池，检测水上单元数据显示正常后，使用回头绳与回收绳共同投放安装有水下单元的座底式剖面海流计，在安装有座底式剖面海流计实时监测仪的座底式剖面海流计落底后，检查水上单元读数，无误后收回回头绳；
(3)在回头绳完成回收后，再次确认水上单元读数，如显示姿态正常，则完成投放，如显示数据超过正常值，则表示在回头绳回收过程中仪器架被带倒，此时使用回收绳将仪器架回收至船上，重新使用回头绳再次投放，直至确认投放成功；
(4)投放结束后，使用并联于水下单元与水上单元传输电缆上的细绳拉动水下单元，使其克服与安装基座之间的摩擦力自行脱落，随后回收水下单元。

一种座底式剖面海流计实时监测仪及其使用方法
技术领域
本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种在浅水区使用的并可实时获取座底式剖面海流计投放信息的监测仪及其使用方法。
背景技术
剖面海流观测是一种重要的定点海流观测手段，在近海全潮观测中，通常需要按照一定的站位设计，同时布置多个观测点，以同步获取观测区域的剖面海流数据，并以此为基础进行潮流调和分析、工程水文计算等后续工作，这些分析和计算在众多海岸工程建设项目中起到非常重要的作用。
座底式剖面海流观测因在观测过程中不受船只运动及表层海流影响，其数据质量更好，是浅海定点海流观测中首选的观测方式。在进行观测时需要将剖面海流计固定在座底仪器架上，并使用回头绳投放至海底。
根据剖面海流计工作原理，在座底仪器架布放结束后，必须保证海流计垂直向上进行观测，不可倾斜或倒置，否则将无法获取观测数据。但在实际使用回头绳进行座底仪器架投放时，因受海流、船只运动或海底地形的影响，在仪器架落底抽取回头绳的过程中，极易导致其受回头绳牵引而倾倒。但投放人员在投放后是无法获取仪器的投放状态的，仪器的投放状态只能等到观测结束设备回收后，读取保存在其内的数据进行分析后才能获得，故这种倾倒将导致本次定点观测失败，从而对整个区域的同步海流观测产生影响，某些项目甚至不得不对整个区域进行重新观测，浪费大量的人力、物力和财力。
针对此问题，亟需一种新型海流计投放状态检测设备，在仪器架投放过程中对其状态进行实时监测，以确保仪器架投放完毕后，安装于仪器架内海流计垂直向上，以正常获取剖面海流数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种座底式剖面海流计实时监测仪，可以在设备投放过程中获取其实时投放状态信息，以确保其投放后正常工作。
本发明所采用的技术方案是：一种座底式剖面海流计实时监测仪，包括水下单元和水上单元；
所述的水下单元包括耐压密封壳体，所述的耐压密封壳体内安装有检测装置；所述检测装置包括数据采集模块和电源模块Ⅰ，所述电源模块Ⅰ电连接数据采集模块，所述电源模块Ⅰ主要是为水下单元的数据采集模块提供电源。所述检测装置的数据采集模块包括电路板Ⅰ、单片机Ⅰ、数字三轴加速度传感器，所述的单片机Ⅰ和数字三轴加速度传感器安装在所述的电路板Ⅰ上；
所述水上单元包括防泼溅密封壳体，所述防泼溅密封壳体内安装有信号接收装置，所述信号接收装置包括信号接收模块、液晶显示器、电源模块Ⅱ和电池；所述的信号接收模块包括电路板Ⅱ和单片机Ⅱ，所述的单片机Ⅱ安装在所述的电路板Ⅱ；所述的信号接收模块通过通讯线连接液晶显示器，所述信号接收模块电连接电源模块Ⅱ，所述的电源模块Ⅱ与电池之间通过导线连接；
所述水上单元中的单片机Ⅱ与水下单元中的单片机Ⅰ上均设置通信端口，所述水上单元中的单片机Ⅱ与水下单元中的单片机Ⅰ的通信端口之间通过通信电缆连接；所述水上单元的电源模块Ⅱ与水下单元的电源模块Ⅰ之间通过电缆连接。
所述水下单元的电源模块Ⅰ和水上单元的电源模块Ⅱ内均装有降压电路。
所述耐压密封壳体设置为圆柱形，所述圆柱形的耐压密封壳体选用的材料为聚酰胺工程塑料。
所述的防泼溅密封壳体选用的材料为ABS塑料。
一种座底式剖面海流计实时监测仪的使用方法，包括如下步骤：
(1)在座底式海流计投放前，将座底式海流计稳固安装于仪器架上，将座底式剖面海流计实时监测仪的水下单元安装基座垂直刚性固定于座底式海流计外壳上，将水下单元放入水下单元安装基座并塞紧，确保其不会在仪器架投放过程中脱落；
(2)安装水上单元电池，检测水上单元数据显示正常后，使用回头绳与回收绳共同投放安装有水下单元的座底式剖面海流计，在安装有座底式剖面海流计实时监测仪的座底式剖面海流计落底后，检查水上单元读数，无误后收回回头绳；
(3)在回头绳完成回收后，再次确认水上单元读数。如显示姿态正常，则完成投放。如显示数据超过正常值，则表示在回头绳回收过程中仪器架被带倒，此时使用回收绳将仪器架回收至船上，重新使用回头绳再次投放，直至确认投放成功；
(4)投放结束后，使用并联于水下单元与水上单元传输电缆上的细绳拉动水下单元，使其克服与安装基座之间的摩擦力自行脱落，随后回收水下单元。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种座底式剖面海流计实时姿态监测仪，水下单元中的数字三轴加速度传感器所测得的三维实时状态数据，通过有线传输，在水上单元中的液晶器中显示，实时状态数据可作为仪器在投放过程及投放完毕后的实时状态参考，如果投放后系统状态有误，可以现场通过回收绳和回头绳予以纠正，直至仪器正常工作。
(2)本发明实用性强，操作简单方便，投放人员在投放过程中可通过显示器实时获取仪器的投放状态，确保了所投放的海流计数据采集的准确性，提高了投放人员的工作效率，相对之前的投放，节省了大量的人力、物力和 财力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的使用时的示意图；
图中：1-水上单元、11-防泼溅密封壳体、2-水下单元、21-耐压密封壳体、3-信号接收模块、31-电路板Ⅱ、32-单片机Ⅱ、4-液晶显示器、5-电源模块Ⅱ、6-电池、7-检测装置、71-数据采集模块、711-电路板Ⅰ、712-单片机Ⅰ、713-数字三轴加速度传感器、72-电源模块Ⅰ、8-座底式剖面海流计。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
如图1所示，本发明一种座底式剖面海流计实时监测仪，包括水上单元1和水下单元2两部分。
所述水上单元1包括防泼溅密封壳体11，防泼溅密封壳体11本身选用的材料是ABS塑料，具有防泼溅水密性，可以适合在海洋潮湿环境中使用。在所述防泼溅密封壳体11内安装有信号接收模块3、液晶显示器4、电源模块Ⅱ5和电池6，所述信号接收模块3包括电路板Ⅱ31和单片机Ⅱ32，所述单片机Ⅱ32安装在电路板Ⅱ31上，信号接收模块3主要用于接收水下单元传输过来的信号。为了能够实时查看水下单元2传输过来的信号，所述的信号接收模块3通过通讯线连接液晶显示器4，液晶显示器4可以显示信号接收模块3接收到的信号。所述信号接收模块3电连接电源模块Ⅱ5，所述的电源模块Ⅱ5与电池6之间通过导线连接，所述电池6选用劲量9V 6LR61型碱性无汞电池，该电池体积较小，极大增强了水上单元的便携性，它可为整个座底式剖面海流计实时监测仪提供9V电压。在所述的电源模块Ⅱ31中装有降压电路，可将9伏供电电池电压降为5伏供水上单元使用。另外，为了保证水下单元 电源供应，在所述的水上单元1中的电源模块Ⅱ5与水下单元2中的电源模块Ⅰ72之间连接有电缆，这样电源模块Ⅱ31可将未降压的9伏电池电压通过电缆输送至水下单元2中的电源模块Ⅰ32，其中电源模块Ⅰ32内的电压为水上单元1中未降压的电池电压9V，使用过程中会由水下单元2中的电源模块Ⅰ的降压电路进行降压到5伏供水下单元使用。之所以采用未降压传输目的是减少传输过程中的电压损耗，节省了能耗。
所述的水下单元2包括耐压密封壳体21，所述耐压密封壳体21设置为圆柱形，该圆柱形的耐压密封壳体21采用的材料是聚酰胺工程塑料，具有耐压水密性，可根据耐压深度的不同增减壳体的厚度。所述的耐压密封壳体21内安装有检测装置7，所述检测装置包括数据采集模块71和电源模块Ⅰ72，所述检测装置7安装在耐压密封壳体21内部靠近底部的位置处。所述电源模块Ⅰ72电连接数据采集模块71，所述电源模块Ⅰ72主要是为水下单元2的数据采集模块71提供电源。所述电源模块Ⅰ72内安装有降压电路，该降压电路选用7805三端稳压集成电路，其输出电压为5V。
上述所述检测装置7的数据采集模块71包括电路板Ⅰ711、单片机Ⅰ712、数字三轴加速度传感器713，所述的单片机Ⅰ712和数字三轴加速度传感器713安装在所述的电路板Ⅰ711上。所述的检测装置7是整个座底式剖面海流计实时监测仪的核心，主要用于检测采集座底式剖面海流计的投放状态信息，并且将检测到的信息实时传输给水上单元1，这样投放人员便可根据传输过来的投放状态信息准确进行投放。
所述单片机Ⅰ712选用的是STC89C52RC单片机，该单片机体积小、功耗低、性价比高，是一种可工作于低电压的CMOS 8位单片机，自带4k字节FLASH存储器，MCS-51单片机内核，指令系统与MCS-51系列完全兼容。
所述数字三轴加速度传感器713选用的是ADI公司生产的ADXL345型，采用MEMS技术，具有SPI和I2C数字输出功能的三轴加速度计，可同时输 出三轴坐标，轻松判定倾斜状态，同时具有小巧轻薄、超低功耗、可变量程、高分辨率等特点，其外形尺寸为3mm×5mm×1mm，适合于安装于水下空间紧张的耐压壳体中使用，同时可降低系统功耗。
在具体使用过程中，所述水下单元2中的数字三轴加速度传感器713可测得座底式剖面海流计投放过程中的三维实时状态数据，并通过有线传输，在水上单元中的液晶显示器中显示，显示的实时状态数据可作为仪器在投放过程及投放完毕后的实时状态参考，保证座底式剖面海流计正确投放。
另外，为了实现水下单元和水上单元之间的信号通讯，在所述水下单元2中的单片机Ⅰ712与水上单元1中单片机Ⅱ32之间连接有通信电缆，通信电缆的两端分别对应插置在水上单元1的单片机Ⅱ32和水下单元2的单片机Ⅰ712上设置的通信端口上。所述电缆与通信电缆使用同一根五心电缆。
本座底式剖面海流计实时检测仪在具体使用过程中是与座底式剖面海流计8配合使用的，使用时将水下单元2固定于座底式剖面海流计8上，水上单元1置于水面之上进行使用。
如图2所示，本发明一种座底式剖面海流计实时监测仪的使用时的示意图，下面对使用方法作进一步说明：
一种座底式剖面海流计实时监测仪的使用方法，具体包括如下步骤：
(1)在座底式海流计投放前，将座底式剖面海流计稳固安装于座底式剖面海流计仪器架上，将座底式剖面海流计实时监测仪的水下单元安装基座垂直刚性固定于座底式剖面海流计外壳上，将水下单元放入水下单元安装基座并塞紧，确保其不会在座底式剖面海流计仪器架投放过程中脱落；
(2)安装水上单元电池，检测水上单元数据显示正常后，使用回头绳与回收绳共同投放安装有水下单元的座底式剖面海流计，在安装有座底式剖面海流计实时监测仪的座底式剖面海流计落底后，检查水上单元读数，无误后收回回头绳；
(3)在回头绳完成回收后，再次确认水上单元读数。如显示姿态正常，则完成投放。如显示数据超过正常值，则表示在回头绳回收过程中仪器架被带倒，此时使用回收绳将仪器架回收至船上，重新使用回头绳再次投放，直至确认投放成功；
(4)投放结束后，使用并联于水下单元与水上单元传输电缆上的细绳拉动水下单元，使其克服与安装基座之间的摩擦力自行脱落，随后回收水下单元。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。