[发明专利]一种跟踪预警半潜油的水下溢油跟踪探测浮标系统

摘要

一种跟踪预警半潜油的水下溢油跟踪探测浮标系统，它包括入水部分和非入水部分；入水部分含浮标终端和水下延伸装置，非入水部分含监控平台和外部数据链；该外部数据链借助卫星、基站实现入水部分浮标终端与非入水部分监控平台之间的无线传输链接通道。在入水部分投放到受溢油污染水域后，与半潜油一道跟随近表层水流漂流，将水中溢油探测信息获取后由溢油传感器传送至检测电路模块，再通过通信模块借助通信卫星系统及地面基站传输到监控平台，了解和控制其各工作模块状态参数，从而实现远程监控浮标终端及水下半潜油跟踪探测信息；本发明能实时监控水下半潜油的位移和扩散情况，构思新颖，操作方便，为应急救援部门提供了重要的技术手段。

主权项

一种跟踪预警半潜油的水下溢油跟踪探测浮标系统，其特征在于：它包括入水部分和非入水部分；所述入水部分包括浮标终端和与之柔性紧固连接的水下延伸装置，所述浮标终端包括水中浮标外壳、内置设备和溢油探测传感器；所述水下延伸装置包括柔性连接缆线、中空连接橡胶球、亲水帆布笼和溢油探测传感器；所述非入水部分包括监控平台和外部数据链；该监控平台包括计算机、通信网络和监控软件，该外部数据链为浮标终端内置设备所依托的定位卫星、通信卫星及基站在浮标终端和监控平台之间搭建的数据连接通道；它们相互之间的关系是：入水部分在投放到发现或形成半潜油的受溢油污染水域后，与半潜油一起跟随近表层水流漂流，其漂流动态信息由内置于浮标终端的定位模块从外部数据链中的卫星定位系统获取，其水中溢油探测信息由所携带的溢油探测传感器按规律传送至内置于浮标终端的检测电路模块，再通过内置于浮标终端的通信模块借助外部数据链中的通信卫星系统及地面基站传输到监控平台，该监控平台借助外部数据链向内置于浮标终端的控制模块发出指令，了解和控制其各工作模块状态参数，从而实现远程监控浮标终端及其水下半潜油跟踪探测信息；入水部分预先系留在溢油风险区和环境敏感区附近的水域，一旦探测到水下溢油，迅即通过外部数据链向监控平台发出警报，实现及时发现和快速预警水下溢油；所述浮标外壳由玻璃钢、塑料和橡胶料硬质材料制作的具有厚度的两个半 球形壳咬合粘接在一起而形成中空壳体球状物，其中球形壳下半壳的底部开了一个圆口，供与柔性连接缆线紧固连接之用的连接螺钉穿过，球形壳上半壳靠近中间处开两个小槽及一个小孔，用于安装外设电源开关和充电接线插口并与内置电源模块相连接，以及与溢油探测传感器连接的密封电路线通过；在将球形壳上半壳和球形壳下半壳咬合粘接之前，先通过螺栓和垫片将内置设备固定在它们之间，并将中心带有穿孔的连接螺钉穿过球形壳下半壳的底部，采用防渗垫片和紧固件紧固，柔性连接缆线内置的多根密封电路线通过该连接螺钉的中心穿孔与内置于浮标终端的检测电路模块连接，拧紧带有柔性连接缆线的连接螺帽及缠绕密封胶带，再采用强力粘接剂将球形壳上半壳和球形壳下半壳牢固粘接，即组合构成一个密封的、与水下延伸装置柔性紧固连接的、带有内置设备及外设电源开关、充电接线插口、溢油探测传感器的球状物浮标终端；所述浮标终端内置设备是由检测电路模块、通信控制定位装置、圆形基板和电源模块组成；所述圆形基板为双面超薄线路板，双面都有覆铜和走线，并且通过过水开孔来导通两层之间的线路，使之形成所需要的网络连接，检测电路模块、通信控制定位装置安装在圆形基板上方；所述电源模块为可充电干电池或蓄电池，通过螺钉固定在圆形基板的下表面；所述通信控制定位装置为小体积、高度集成的功能模块，集成有通信模块、控制模块、定位模块；它们的连接关系是：通信模块、定位模块、检测电路模块分别与控制模块相连，电源模块分别给通信模块、定位模块、检测电路模块及控制模块供电；以上模块组完成水下半潜油漂移动态及探测信息的采集和检测，通过外部数据链将相关数据传送到监控平台，同时接受监控平台的控制命令；该通信模块通过海事卫星或铱星或GSM移动通讯与监控平台进行数据传输和指令传送；该定位模块是 GPS或北斗卫星定位系统的用户定位模块，完成接收卫星所发出的信号，利用信号计算出浮标终端所处位置的经纬度，再将其转变成信号通过通信模块传输到监控平台；所述溢油探测传感器为接触式电导率传感器或其他感知溢油的传感器，固定在浮标外壳靠近粘接处以及柔性连接缆线不同深度位置的接触水体一侧，通过穿过浮标外壳和柔性连接缆线的密封电路线与检测电路模块相连；所述检测电路模块完成水下半潜油信息的检测，并行地检测不同垂向深度溢油探测传感器的探测信息，根据水与溢油的电导率或其他物理化学特性的不同发出检测信息；该溢油探测传感器探头是双环形非晶材料磁芯，与海水构成耦合磁芯线圈单匝回路，因初级线圈加有激励信号而在海水回路中感应出电流，又在次级线圈上感应电动势，其大小依赖于海水电导率的大小，在接触到溢油时电导率亦会发生显著变化；该检测电路模块采用超低功率微处理器输出交流信号及电导率数据的采集和输出，采用ADC芯片将模拟信号转化为数字信号，处理高频率交流信号的精密整流电路使交流信号无失真地转成脉动直流，选择精密运算放大器作为整流双运算放大，提高增益和灵敏度，采用负反馈接收电路补偿水温变化测量误差；所述柔性连接缆线其外侧为密封绝缘耐腐蚀的橡胶材料，内侧有多根以不同颜色单独密封的电路线，通过在柔性连接缆线外侧适当位置开设小孔将电路线抽出并与溢油探测传感器连接，柔性连接缆线一侧端头的橡胶材料紧绷在圆锥形连接螺帽的尾端，该连接螺帽中心带有多根单独密封的电路线，先将这些电路线穿入固定在浮标外壳下半球底部的连接螺钉中心穿孔内，再将连接螺帽拧紧后缠绕密封胶；柔性连接缆线另一侧端头的橡胶材料与中空连接橡胶球两侧突出端的任意一端紧绷连接后缠绕密封胶带，中空连接橡胶球另一突出端与 同亲水帆布笼紧固连接的柔性连接缆线的另一侧端头紧绷连接后缠绕密封胶带，由此实现浮标终端与柔性连接缆线和亲水帆布笼的坚固柔性连接，采用中空连接橡胶球连接柔性连接缆线的目的是保持整个入水部分在水体中具有漂浮力；所述亲水帆布笼从顶端到底端带有五个圆形固定圈；将亲水型帆布或其它结实亲水编织物缝制成圆筒状，中间均匀的挖出一些过水开孔，亲水帆布笼含有圆形固定圈，即帆布圆筒两端结实地固定在2个圆形固定圈上，帆布圆筒中间均匀分为四段，每段的内侧各固定1个圆形固定圈，将5个固定着亲水帆布圆筒的圆形固定圈合龙摞在一起，即将亲水帆布笼折叠，用宽纸条将5个摞在一起的固定圈缠绕固定，既便于运输，又不妨碍其入水后自动张开；该亲水帆布笼一侧端部的圆形固定圈上结实地捆绑了用于与柔性连接缆线连接的连接绳固定盘中的连接绳索，所述连接绳固定盘为直径大于柔性连接缆线连接螺帽的圆形，通过连接绳接头结实地固定了连接绳索的另一端，其上方紧固安装了柔性连接缆线连接螺钉，供与中空连接橡胶球连接的柔性连接缆线另一端头连接螺帽拧入，经拧紧后缠绕密封胶带，即实现浮标终端、柔性连接缆线、中空连接橡胶球和亲水帆布笼之间的柔性坚固连接，在将由这些组件构成的入水部分投入水中后，半潜油随着近水面海流漂流，并能够自水面向水下深度延伸，其所携带的垂向均匀分布多个溢油探测传感器在接触到溢油时将向浮标终端内置检测电路模块发出传感特性变化信息，并经内置通信模块和外部数据链传送至监控平台，及时发现和跟踪水下半潜油；所述外部数据链是借助卫星、基站实现入水部分浮标终端与非入水部分监控平台之间的定位探测控制信息的无线传输链接通道，其与浮标终端的通信控制定位装置以及监控平台通信显示装置相匹配，具备能够在监控预警水域提供 及时、便捷、高效的定位和通信服务的功能；所述通信控制定位装置选择定位和通信服务商提供的相应产品、自制或定制由第三方提供的产品；所述监控平台是用来远程监控和管理入水部分及浮标终端的控制系统，由计算机、通信网络和监控软件组成，并带有手机或平板电脑便携式监控终端，所述监控软件能够对浮标终端的内置设备进行实时监控和管理，对浮标终端动态及溢油探测报警信息进行及时记录、存储和处理，带有关心区域的数字地图、溢油风险源和环境敏感资源数据库，具备在数字地图上叠加溢油风险源和环境敏感资源分布和浮标漂移轨迹的功能，以及放大、缩小、漫游、回放数字地图显示控制功能，能识别浮标终端发出溢油探测报警的区域、水下深度及溢油探测性质，在处理报警后恢复正常。