一種多殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標的制作方法

本發明涉及海洋觀測設備裝置領域，具體地說，特別涉及到一種多殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標。

背景技術：

海洋資料浮標是一種現代觀測工具，可安置在海洋指定位置，或隨波逐流，可對海洋進行環境變化、海水物質和溫度等變化的數據進行實時收集和監測。與衛星、調查船、潛水器等探測設備一起組成了此案帶海洋環境主體檢監測系統。通過浮標對海洋數據的觀測信息是了解全球變暖、大氣和海洋污染、厄爾尼諾現象的重要依據，與人類生活息息相關，因此完善海洋浮標結構，建立一個關于海洋信息資料的大數據，是極其必要的。

海洋資料浮標的電源技術一直是一個需重要攻關的技術難題。因浮標所處海洋環境的惡劣，在浮標設計時就需嚴格的采用低功耗原則，雖然浮標采用短波通訊方式，但其耗電量依舊十分可觀，常規使用的鎘鎳堿性電池重量大，且對電池配液、充電、安裝的工程巨大，投資費用較高，另浮標布放后，還需要對蓄電池重新充電，再布放，這樣便造成了維護費用和管理上的難題。

近些年來，太陽能加蓄電池供電的方式在浮標上應用較為廣泛，因太陽能蓄電池性能穩定、壽命長、成本較可鎘鎳堿性電池低，因此得到了浮標行業的廣泛認可和利用。但因海洋環境天氣的不可預測性，尤其是在惡劣海域，連續幾個月陰雨天氣對太陽能光伏的利用產生了較大挑戰，也就強烈的限制了浮標的全天候、長時間持續觀測的可能性。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種多殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標，以解決現有技術中存在的問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種多殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標，包括浮標本體，以及設置于所述浮標本體上的風光發電系統、浪流發電系統、信息采集傳輸系統；

所述浮標本體包括浮標端蓋、浮標內殼、浮標上殼、圖標下托盤、浮子及防撞層和浮標外殼；浮標內殼具有安裝腔體，在浮標內殼的頂部設有浮標上殼和浮標端蓋，在浮標內殼的外部設有浮標外殼，浮標內殼的底部設有浮標下托盤，所述浮標端蓋、浮標內殼、浮標上殼和浮標外殼通過嵌套固定結構構成密閉空腔；

所述風光發電系統包括風葉空心軸、風葉、風機轉子、風機定子、太陽能電池板和風光互補控制器；所述風葉空心軸的主體穿出浮標本體的頂部，在風葉空心軸上安裝有若干風葉，風葉空心軸的底部與安裝于浮標本體內的風機轉子聯動，在風機轉子的外部設有風機定子，在所述浮標本體的頂部還安裝有太陽能電池板，太陽能電池板的電源輸出端與安裝于浮標本體內的風光互補控制器連接，風機轉子切割風機定子的磁感線產生的電流流經風光互補控制器后存儲于蓄電池中；

所述浪流發電系統包括浪流葉片、浪流轉子、浪流定子和逆變整流器；所述流浪葉片固定安裝于可相對浮標內殼和浮標下托盤旋轉的浮標外殼上，在外表外殼的內部開設有圓柱形通孔，在圓柱形通孔上安裝有浪流轉子，在浪流轉子外部的浮標內殼和浮標下托盤上安裝有流浪定子，浪流轉子切割浪流定子的磁感線產生的電流流經逆變整流器后存儲于蓄電池中；

所述信息采集傳輸系統包括風向儀、信號發射器、風速儀、天臺、支撐空心軸、天臺桁架、流速流向儀、水溫傳感器和信號采集處理裝置；天臺桁架安裝于浮標本體的頂部，在天臺桁架的頂端設有支撐空心架，所述支撐空心架的上方設有天臺，在天臺上分別安裝有風向儀、信號發射器和風速儀，在浮標本體的底部安裝有流速流向儀和水溫傳感器，所述風向儀、信號發射器、風速儀、流速流向儀和水溫傳感器均與位于浮標本體內部的信號采集處理裝置連接。

進一步的，所述浮標內殼為雙層酒罐形狀，底部設有凸出的空心通孔，所述浮標上殼為中空傘形薄殼透明結構，所述浮標外殼為上端大開口的圓柱形殼體結構，其底部設有凸出的圓柱形通孔，在浮標外殼底部焊接有浪流葉片，所述浮標下托盤為倒T結構，所述浮子及防撞層為耐腐蝕柔性材料的圓環形結構。

進一步的，所述浮標上殼的上端開口處與浮標內殼的上端以及浮標端蓋通過螺釘固定連接，浮標下托盤凸出空心軸通過花型聯軸器與浮標內殼固定連接，所述浮標外殼與浮標上殼、浮標內殼和浮標下托盤的連接面設有類軸承式軌道環，在類軸承式軌道環內設有滾珠，用于實現相互的旋轉運動，所述浮子及防撞層包裹在浮標外殼。

進一步的，所述浮標本體的底部設有圓形小托盤，在圓形小托盤的底面連接有外向節，所述外向節與浮標錨鏈的一端連接，浮標錨鏈的另一端連接有重錨。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

結構簡單，設計巧妙，實現了浮標海上風能、太陽能以及浪流能與蓄電池集成結合的方式對浮標所搭載儀器傳感設備供電，解決了常規浮標供電維護成本高昂、電源持續續航的難題。本浮標結構設計緊湊，便于海上浮標結構的保護、安裝和搬運。

附圖說明

圖1為殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標的外部結構示意圖。

圖2為殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標的剖視圖。

圖3a為圖1中浮標內殼的結構示意圖。

圖3b為圖1中浮標內殼的結構示意圖。

圖4a為圖1中浮標外殼的結構示意圖。

圖4b為圖1中浮標外殼的結構示意圖。

圖5a為圖1中浮標上殼的結構示意圖。

圖5b為圖1中浮標上殼的結構示意圖。

圖6a為圖1中浮標下托盤的結構示意圖。

圖6b為圖1中浮標下托盤的結構示意圖。

圖7a為圖1中花型聯軸器機構的示意圖。

圖7b為圖1中花型聯軸器機構的示意圖。

圖7c為圖1中花型聯軸器機構的示意圖。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

參見圖1和圖2，本發明所述的殼體嵌套式風浪光集成自供電資料浮標，可分為浮標本體、風光發電系統、浪流發電系統和信息采集發射系統。

所述浮標本體由浮標端蓋9，浮標內殼10，浮標上殼11，浮標外殼13，浮子及防撞層12和浮標下托盤15構成。

參見圖3a和圖3b，所述浮標內殼10為雙層酒罐形狀，浮標內殼10被圓環形隔板10-4隔成上下兩層，所述圓環形隔板10-4通過焊接的方式與浮標內殼10內側壁固定連接，并通過均布焊接6根立桿10-7與浮標內殼10底部固定，在圓環形隔板10-4上焊接安裝圓環形風機定子支架10-5，在浮標內殼10底部焊接安裝浪流定子支架10-7，在浮標內殼10的上部環形均布4個太陽能支架版10-1。所述浮標內殼10的主要特征是在其外斜上表面、外側圓柱表面、外側底面設計有凸起類軸承式軌道環10-2,10-3,10-6。其中類軸承式軌道環10-2在其上側和內側設有圓形滾珠槽，而10-3，10-6都設有單側圓形滾珠槽。

參見圖4a和圖4b，所述浮標外殼13為上端大開口的圓柱形殼體結構，其底部設有凸出的圓柱形通孔13-5，在其底部外側斜面上均布焊接5片浪流葉片14，所述的浮標外殼13的關鍵特征在于其殼體內側設計有凸起類軸承式軌道環13-1,13-2,13-4，在其外側上斜面設計有凸起類軸承式軌道環13-6,在其底部殼體外側設有6條凸形的環形軌道13-7；其中在類軸承式軌道環13-1的上側和外側分別設有半圓形滾珠槽，將于浮標內殼10中的類軸承式軌道環10-2中的兩槽配合，兩槽內將布置滾珠，則13-1與10-2將形成類似軸承的內、外環結構，同樣，在類軸承式軌道環13-2，13-4的上側設有單側圓形滾珠槽，分別與浮標內殼10中的10-3,10-6配合并在槽中布置滾珠，形成類似軸承結構。這樣的布置設計的有益效果是使浮標外殼13能夠與浮標內殼10形成轉動。

參見圖5a和圖5b，所述浮標上殼11為帶有一定弧度的、上端圓形開口的傘形透明殼體結構，可為有機玻璃材料，其中在浮標上殼11上端通過螺釘與浮標內殼10上端、浮標端蓋9固定連接，所述浮標上殼11上打有四個方形孔，與浮標內殼10的太陽能板支撐架相配合，所述浮標上殼11的主要特征在于其內壁底部設計有凸起類軸承式軌道環11-1，其上設計有單側半圓形槽，將于浮標外殼13中的13-7相配形成類似軸承結構的內、外環結構，配合后所形成的圓形槽中安裝滾珠。該設計的有益效果是，其一可實現浮標本體系統的表面流線性，避免雨水在浮標表面的集聚，其二可支撐和穩定浮標外殼的旋轉運動。

參見圖6a、圖6b、圖7a、圖7b和圖7c，所述浮標下托盤15為倒T形結構，其中浮標下托盤15的中空軸15-1上端與花型聯軸器25螺釘固定連接，所述花型聯軸器25通過螺栓與浮標內殼隔板10-4固定連接，在浮標下托盤15的圓形盤上設計有6條凹形的環形軌槽15-2，該環形軌槽15-2將于浮標外殼13的環形軌道相互配合，該設計可實現浮標下托盤15與浮標內殼10的一體式結構，也可給浮標外殼13底部支撐，加固浮標外殼13繞浮標本體中心的旋轉運動。在所述浮標下托盤15的下端均布焊接4根立桿15-3,4根立桿錐形擺放，在立桿15-3上可搭載浮標所需傳感器，諸如水溫傳感器19以及流速流向儀16等。所述立桿的下端焊接在一個圓形小托盤上，小托盤下面鏈接萬向節17，所述萬向節17與浮標錨鏈18鏈接。倒錐形立桿的設計有益效果是避免錨鏈的纏繞且可可最優化的搭載多個傳感器。

所述浮子及防撞層12為防腐塑性材料，固定包裹在浮標外殼的外側面，根據浮標的設計提供浮力支撐以及防止浮標的碰撞破壞。

本發明通過上述浮標端蓋9，浮標上殼11，浮標內殼10浮標外殼13分別嵌套固定的方式形成密閉空腔，浮標內部通過浮標的的功能特點結構分別放置風光互補器24，風機定子23，風機轉子22，信息處理和發射器30，蓄電池29，浪流轉子28，浪流定子27，逆變整理器26，花型聯軸器25。

本浮標的風光供電系統包含風葉空心軸7，風葉8，風機轉子22，風機定子23，太陽能電池板21，風光互補控制器24，蓄電池29。所述風葉空心軸7的一端通過軸承連接在花型聯軸器25的一側，所述花型聯軸器25(如附圖6所示)通過螺栓與浮標內殼隔板10-4連接，風葉8固定安裝在風葉空心軸7的上端，于此同時風機轉子22也固定安裝在風葉空心軸7的底端，風機定子23通過螺栓連接在浮標內殼10的風機定子支架10-5上；所述太陽能電池板通過螺栓連接在浮標內殼10的太陽能電池板支架10-1上。

本浮標風光供電系統實現自供電的過程：風推動風葉8轉動，從而帶動風葉空心軸7轉動，從而帶動風葉空心軸7底部的風機轉子轉動，以此與風機定子23切割磁感線運動產生電流，光照照射太陽能電池板21產生的電流統一經過風光互補控制器24，對電流進行分配，再將電源存儲于蓄電池29中，進而對本浮標搭載的傳感測量儀器設備以及信息采集發射設備供電。

本浮標浪流發電系統包含浮標外殼13，浪流葉片14，浪流轉子28，浪流定子27，逆變整流器26，蓄電池29，其中所述浪流葉片14固定焊接在浮標外殼13的底部，所述浪流轉子28固定安裝在浮標外殼13的圓形軸孔13-5上，浪流定子27通過螺栓連接在浮標內殼10的浪流定子支架10-8上。

本浮標浪流發電系統實現自供電的過程：根據前述浮標內、外殼的結構設計，在本浮標浪流發電系統中，浮標內殼10與浮標下托盤15是固定一體結構，浪流葉片與浮標外殼是一體結構，當浪流推動葉片14，從而帶動與葉片一體的浮標外殼繞著與浮標內殼和浮標下托盤旋轉，進而促使固定在浮標外殼圓柱形通孔13-5上的浪流轉子28轉動，進而與浪流定子27之間切割磁感線運動產生電流，電流經過逆變整流器26后將平穩的電流輸入至蓄電池29中，進而對本浮標搭載的傳感測量儀器設備以及信息采集發射設備供電。

本浮標的信息收集和傳輸部分包括風向儀1，信號發射器2，風速儀3，天臺4，支撐空心軸5，天臺桁架6，流速流向儀16，水溫傳感器19，信號采集處理裝置30。其中風向儀1，信號發射器2，風速儀3安裝在浮標天臺4上，天臺4通過天臺桁架6支撐，所述天臺桁架6通過螺栓連接的方式固定在浮標端蓋9上，其中所述支撐空心軸5嵌套安裝通過葉片空心軸7，花型聯軸器25，下托盤空心軸15-連接天臺4和浮標下托盤空心軸15-1，并在下托盤底部托盤凸出軸上通過軸承連接固定，本支撐空心軸5連接天臺4和浮標下托盤15，促使浮標結構的整體性，也保證浮標中信號、電源線路的走向。

本發明實現信息傳輸過程：浮標所搭載的傳感儀器設備收集各項資料數據，并將資料數據傳輸給信號采集處理裝置30，經信號采集處理裝置30整理后，在將信息數據發送給信號發射器2，以便完成數據的采集和發射。

由于該浮標為在海洋環境中工作，各零部件首選防腐材料，以及各部件之間的鏈接出采取密封措施。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。