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专利名称：坠体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水体测量技术领域，特别涉及一种坠体装置。
背景技术：
当前，随着科学技术日新月异的进步，人类对水体(包括海洋、江河、湖泊)资源的 开发、利用和保护也突飞猛进的发展。要开发和利用水体资源必须先了解水体，对水体进行 水文测量就是了解水体的一种方式。 例如，在物理海洋学中，随着不同深度的水层温度和含盐量的变化，声速也随之改 变，获得特定海域的上述水体参数可以用于声纳测速、测距等海洋测绘；又如，测量海水的 温度、盐度(含盐量)等水体参数可以用于海底暗流、大洋环流以及潮汐的研究。在环境海 洋学里，测量水体的化学成分含量，可以用于监测和防控蓝藻、赤潮等灾害。
总之，获取水体中各种物理和化学参数比如温度、盐度、深度、溶解氧浓度、ra值、
浊度、营养盐含量、叶绿素含量、BOD、COD、氮磷含量、C(^含量等随着深度变化的垂直剖面图 是水体水文和环境测量的重要测量方法。 温盐深垂直剖面测量为 一 种重要的水体测量技术，适用于海洋、江河、湖面等 水体的测量。由于盐度可以通过测量海水的导电性(Conductivity)而获得，因此温度 (Temperature)、盐度随着深度(D印th)变化的垂直剖面图通常简称为CTD垂直剖面图。
CTD垂直剖面图在军事和民用方面都具有很重要的意义。例如，温度、盐度会影 响海水的密度，进而导致声音在不同的温度和/或盐度的海水中的传播速度产生差异。通 常将海水密度跃变的水层叫做密跃层，声音在密跃层中传播就像声音在管道中(又称作声 道)传播一样，能量损耗最�。�在同样的声能情况下声音可以传播得更远；当声音穿透密跃 层时，就好像光线从空气传入玻璃两种不同介质的界面时会发生折射现象一样。海水这样 的特性在军事上已经被广泛应用，潜艇的声纳可以利用密跃层发现遥远处的目标，也可以 利用声道与遥远处的我方潜艇进行通讯，还可以利用密跃层对声波的折射和反射来躲避敌 方的搜索。而通过CTD垂直剖面图就能探测到海水中密跃层的分布情况，类似于为潜艇绘 制了一张海水地形图。 又例如，通过水体CTD垂直剖面图可以发现不同海区、不同深度的暖水团和冷水 团，这些都是探寻渔业资源的重要信息，也可以通过CTD垂直剖面图了解海底热量、湍流和 电荷等的输运情况，用于水体气候学的研究。 由于季节变化及二十四小时内日照的变化，CTD垂直剖面图随着时间和海域的不 同也是相应变化的。但是在一定的海区，CTD垂直剖面图的变化具有一定的规律。为了摸清 CTD垂直剖面图的变化规律，测量工作者需要经常出海进行水文测量。以往的测量方法是 船舶在海上定点抛锚，停船状态下投放CTD测量仪进行垂直剖面测量。如果要进行某一海 区测量，先在航海图上设定若干个测量点，船舶航行到上述测量点时停船抛锚，向海底投放 CTD测量仪进行垂直剖面测量，下坠到海底特定深度并测量完毕后回收CTD测量仪，然后， 船舶继续航行到下一测量点进行下一次测量，最后由多个测量点的测量结果综合获得整个海区的CTD垂直剖面图。船舶不断的航航停停，测量一片海区往往要花费相当长的时间，测 量的工作量也相当大，例如，测量深度为3-4km，需要5-6小时，这种定点测量的方法既费时
又费工。 为了提高测量效率，人们提出了一种走航式CTD垂直剖面测量方法，也就是在船 舶行进过程中重复抛投、回收探测坠体，进行连续的CTD垂直剖面测量，不需要�：脚淄叮� 而且全部作业都是自动进行。 以下结合图1说明上述测量方法的工作原理。如图1所示，装有CTD测量仪的坠 体1通过绞车2吊杆上的挂轮投放入水中，而绞车2固定于船舶3的甲板上。具体说来，绞 车2处于自由转动状态，拖拽缆4盘绕在绞车2的巻筒上，其末端与坠体1连接，绞车2可 以在坠体1的自重和水流阻力的拉力作用下，或者在带有动力的挂轮助力下将拖拽缆4释 放，进而将坠体1沉放到水下预定的深度。 坠体1在下坠的过程中，装在其内部的CTD测量仪不断地进行实时数据测量，这些 数据通过连接在坠体1尾部的拖拽缆4传回到船上的检测仪(图中未示出)，检测仪用于记 录和储存坠体1每次下坠的测试结果。坠体1被投放到预定深度后，绞车2开始回收拖拽 缆4，从而将坠体1由水下回收；当坠体l回收到距离水面的设定深度时即停止回收，绞车 2再次开始自动释放拖拽缆4，坠体1再次被投向海底深处，船舶3沿方向D航行，图1中曲 线A示出了坠体1在水中的运动轨迹。如此周而复始进行投放和回收作业，船舶始终在以 一定的速度航行，于是节省了船舶�：�、再启动的大量时间，提高了测量效率，大大节省了 在某一海区测量的作业时间，提高了费效比。而且，由于作业速度快，测量点更密集，提高了 水文测量精度，而且有可能捕捉到瞬间即逝的一些水文变化。但是这种方法的测量深度和 船速有关，不同的船速，坠体的下坠深度也不同，船速越高，坠体能到达的深度就越小。
目前还有另外一种走航式CTD垂直剖面测量方法，这种方法将拖拽缆预先缠绕成 一个有规则的线团，抛投装有CTD测量仪的坠体时，连同线团一起抛向海底，坠体在沉降过 程中，所述线团自动将拖拽缆放出，使坠体能下坠到预定的深度；测量完成后，设置于船舶 上的绞车将坠体收回。CTD测量仪回收到船甲板上后，通过蓝牙接口技术下载测量数据。此 时，需要将回收的拖拽缆利用专用设备重新绕制线团，或者预先准备好另外一个新的拖拽 缆线团以便进行下一次的抛投作业。这种方法的优点是测量深度与船速无关，由于拖拽缆 以线团的形式在水中释放，因此坠体下落的垂直度好，坠体向前漂移量极小。但是这种测量 方法并不是全自动的，必须要有人员操作投放、回收和绕制线团等处理，无法做到自动连续 然而问题在于，无论上述何种测量方法，现有的CTD垂直剖面测量系统，在水流情 况复杂的海区测量的准确性有待提高，而且当船舶高速航行时测量准确性受到的影响更为 明显。

发明内容
本发明解决的问题是提供一种探测坠体装置，能够提高水文垂直剖面测量的准确 性。 为解决上述问题，本发明提供一种坠体装置，其内部设置有直通水道，使得水流在 坠体内部流过，测量探头既可以设在坠体内部也可以设在坠体外部，将测量探头设在坠体内部可以利用坠体外壳保护测量探头，防止其受到外部撞击而损害；另外，所述坠体装置采
用�？榛�组合式的内部结构，固定支架与壳体以可拆装方式连接，则只需更换支架和调整
配重体的数量和位置，就可以在坠体内安装其他的测量�？橛糜谄渌�测量项目，能够大大
提高坠体装置的使用灵活性。 所述坠体装置包括 壳体， 所述壳体内形成的空腔， 前开口 ，位于所述壳体的头部， 后开口，位于所述壳体的尾部， 测量探头，位于所述空腔内并朝向所述前开口 。 优选的，所述壳体的表面流线型由头部到尾部逐渐收縮。 优选的，所述后开口围绕所述壳体的中心线对称分布。 所述空腔内还具有支架，所述测量探头通过所述支架被固定在空腔内。 所述的坠体装置还包括测量�？椋�通过所述支架被固定在空腔内。 所述的坠体装置还包括前置综合数据采集�？椋�通过所述支架被固定在空腔内。 所述的坠体装置还包括至少一个配重体，通过所述支架被固定在空腔内，用于平
衡整个坠体装置的重心。 优选的，所述支架与壳体以可拆装方式连接。 优选的，所述测量探头包括多个传感器，分别用于获取不同的类型数据参数。
所述的坠体装置还包括尾翼，与壳体的尾部连接，以稳定坠体装置在水中的运动 姿态。 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点 所述坠体装置的测量探头位于所述空腔并朝向所述前开口，这样一来，由于在坠 体装置下坠过程中，头部朝向水底，水流最先由前开口流入空腔，经由所述通道畅通无阻的 穿过坠体装置，因此测量探头可以第一时间接触到新鲜水，不会受到扰流现象的影响，提高 了测量数据的准确性和实时性。 而且，下坠过程中，坠体装置的头部是高压区，而到了尾部由于线型向壳体中心线 方向收縮，此处的水流流速加快，形成低压区，所以，在所述高压区和低压区形成的压力差 的作用下，水流可以很顺畅地从头部的前开口进入，再从尾部的后开口流出，基本不会造成 水流在通道内的滞留现象，因此可以确保测量探头附近不会形成滞留水，提高测量的准确 性。 此外，所述后开口以所述壳体的中心线对称分布，这样，水流均匀的从壳体尾部分 支流出，不会产生不均衡力，避免对坠体装置的运动姿态的影响。 本发明的坠体装置中，测量探头不仅装有CTD传感器，还可以包括多种类型的传 感器，分别用于获取不同的数据参数。这样，所述坠体装置不限于CTD测量系统，还可在各 种水体水文垂直剖面调查行为中同时得到多种类型数据。


通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例縮放绘制附图，重点在于示 出本发明的主旨。 图1为走航式CTD测量方法的工作原理示意图；
图2为传统探测坠体的结构示意图；
图3为本发明实施例中坠体装置的立体结构图；
图4为本发明实施例中坠体装置的立体结构剖视图；
图5为本发明实施例中坠体装置的侧视剖面图；
图6为本发明实施例中坠体装置的俯视剖面图；
图7为本发明实施例中坠体装置的主视图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限 制。 其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表 示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应 限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸，以 下结合附图进行说明。 正如背景技术所述，现有的CTD垂直剖面测量系统，在水流情况复杂的海区测量 的准确性有待提高，而且当船舶高速航行时测量准确性受到的影响更为明显。发明人对该 问题进行了深入的分析，发现现有测量系统中的坠体结构有可能导致测量准确性不高。
图2为传统探测坠体的结构示意图。如图所示，鱼形坠体31的尾部34布置有探 头32和CTD测量仪33，抛投下坠过程中，坠体31的头部35朝下，水流绕经坠体31的外表 面由头部流向尾部34(参见图中箭头所示)，装有CTD传感器的探头32在坠体31的尾部 34位置向外突出，以便测量流经此处水流的温度、导电率(盐度)和深度(水压)的原始 数据。但是，由于坠体31外表面流线型的原因，水流经过尾部34时会形成扰流，特别在船 舶高速航行或者水下紊流复杂时，这种扰流现象更加严重，导致部分水流在探头32附近滞 留，也就是说，探头32附近可能不全是由坠体头部35流来的新鲜水，这样，探头32就不能 及时采集到准确的温度、导电率和深度数据，从而影响到CTD垂直剖面测量的精确性。
由此可见，用于在水下进行探测的坠体的结构及其中CTD探头的设置状况是影响 测量准确性的本质原因之一，基于此，本发明提供一种坠体装置，以提高水文垂直剖面测量 的准确性。下文中所述的水体包括海洋、江河、湖泊。 以下结合附图详细说明所述坠体装置的一个具体实施例。为突出本发明的特点， 附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分，例如，绞车、船和拖拽缆。
图3为本实施例中坠体装置的立体结构图；图4为图3中坠体装置的立体结构剖 视图；图5为本发明实施例中坠体装置的侧视剖面图；图6为本发明实施例中坠体装置的 俯视剖面图；图7为本发明实施例中坠体装置的主视图。
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如图所示，坠体装置包括
壳f本10 ; 所述壳体10内形成的空腔11 ; 前开口 12，位于所述壳体10的头部101 ; 后开口 13，位于所述壳体10的尾部102 ; 测量探头14，位于所述空腔11内并朝向所述前开口 12。 其中，所述壳体10的表面流线型由头部101到尾部102逐渐收縮。在坠体装置抛 投下坠过程中，所述壳体10的头部101基本朝向水底，尾部102基本朝向水面。也就是说， 头部101在下坠时处于坠体装置的最前端。 所述前开口 12、空腔11和后开口 13形成贯穿所述壳体10内的直通水道15，该直 通水道15基本平行于水流方向C(参见图5和6中的箭头，图中所示坠体装置处于下坠状 态)，水流可以通过该直通水道15由坠体装置的内部穿过。 本实施例中，测量探头14位于所述空腔11并朝向所述前开口 12，对准前开口 12， 这样一来，由于在坠体装置下坠过程中，头部101朝向水底，水流最先由前开口 12流入空腔 ll，经由所述直通水道15畅通无阻的穿过坠体装置，因此测量探头14可以第一时间接触到 新鲜水，不会受到扰流现象的影响，提高了测量数据的准确性和实时性。
而且，下坠过程中，坠体装置的头部IOI是高压区，而到了尾部由于线型向壳体中 心线方向收縮，此处的水流流速加快，形成低压区，所以，在所述高压区和低压区形成的压 力差的作用下，水流可以很顺畅地从头部101的前开口 12进入，再从尾部102的后开口 13 流出，基本不会造成水流在直通水道15内的滞留现象，因此可以确保测量探头14附近不会 形成滞留水，提高测量的准确性。 优选的，所述后开口 13以所述壳体10的中心线B-B对称分布，这样，水流均匀的 从壳体IO尾部分支流出，不会产生不均衡力，避免对坠体装置运动姿态的影响。例如，参见 图6，后开口 13a和13b分别位于所述壳体10的尾部102的左右两侧，水流可以分别由该两 个后开口 13a、13b流出。本发明的其他实施例中，后开口还可以设有两个以上，都围绕壳体 的中心线对称分布。 此外，所述空腔11中还具有支架16，所述测量探头14通过所述支架16被固定在 空腔11中。坠体装置还可以包括测量�？�17，所述测量探头14即为该测量�？�17的一 部分，例如，测量�？�17为CTD测量仪，测量探头14为安装于CTD测量仪上的CTD测量探 头，装有用于采集CTD参数的传感器。所述测量模块17也通过所述支架16被固定在空腔 11中。 更为优选的技术方案中，所述测量探头14不仅装有CTD传感器，还包括多种类型 的传感器，分别用于获取不同的数据参数。这样，所述坠体装置不限于CTD测量系统，还可 在各种水体水文垂直剖面调查行为中同时得到多种类型数据，例如物理水体学中CTD、溶解 氧、PH、浊度等参数，水体生物学中营养盐、叶绿素等参数，水体环境保护领域中生物耗氧量 (BOD) 、C0D、氮磷含量等参数，水体化学中氨氮、C02等含量参数，因此具有广阔的应用范围。
优选的，所述坠体装置还包括前置综合数据采集�？�18，该前置综合数据采集模 块18用于采集测量�？�17获得的各种类型的数据，并将数据信号放大、编码后通过电缆发 送回船上，也可以用于向所述测量�？�17提供电能，这样能够提高数据传输速率和传输距
7离，也可以用于更大深度的垂直剖面的水文测量。该前置综合数据采集�？�18也通过所述
支架16固定在空腔11内，位于测量�？�18的下方(参见图5和图4)。 另外，如果由于受到前置综合数据采集�？�18和测量�？�17重量和分布位置的
影响，导致坠体装置的重心偏离平衡位置，则所述坠体装置还包括至少一个配重体，也通过
所述支架16固定在空腔11内，例如设置于测量探头14下方的腔室19(参见图5和图3)，
用于稳定整个坠体装置的重心，以保证坠体装置在水中的运动姿态稳定。 在优选的技术方案中，所述支架16与壳体10以可拆装方式连接。例如，所述支架
16通过螺栓固定在壳体10内壁，则只需更换支架和调整配重体的数量和位置，就可以在空
腔11内安装其他的测量�？橛糜谄渌�测量项目，能够大大提高坠体装置的使用灵活性。 本实施例中，所述坠体装置还具有尾翼20和悬吊装置24(参见图3和图6)，其中
尾翼20与壳体10的尾部102连接，以平衡坠体装置在水中的运动姿态。 所述悬吊装置24包括把杆21和翼板22。其中，所述把杆21基本为U形，以中
心线B-B为轴对称，其重心也位于该中心线B-B上。把杆21—端开口而另一端封闭，U形
的开口端211与壳体10转动连接，而U形的封闭端212连接有牵引部，用来与拖拽缆(图
中未示出)连接。 所述翼板22位于把杆的封闭端212围成的平面内，该翼板22填充于所述把杆封 闭端212围成的平面内，并与把杆封闭端212固定连接。参照图6所示，由把杆21形成的 框体结构，实际上基本包围出一个平面空心区域，翼板22将该平面空心区域靠近把杆封闭 端212的一部分面积封闭，剩余的另一部分面积用于给坠体装置提供转动的空间。
利用下坠过程中水流对翼板产生逆向航向的阻力，可以削弱甚至消除坠体装置受 到的部分水平分力，使得把杆对探测坠体拉力的水平分力减�。�从而能够减小探测坠体的 横向位移，使探测坠体的下坠过程更接近于自由落体运动，进而提高水文垂直剖面图测量 的准确性。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。本 发明提供的坠体装置，可在各种水体水文垂直剖面调查行为中用于投放或回收探测坠体而 得到多种类型数据，例如物理水体海洋学中CTD、溶解氧、PH、浊度等参数，水体生物学中营 养盐、叶绿素等参数，水体环境保护领域中生物耗氧量(B0D) 、COD、氮磷含量等参数，海洋水 体化学中氨氮丄02等含量参数，因此具有广阔的应用范围。在物理海洋学中，随着不同深度 的水层温度和含盐量的变化，声速也随之改变，获得特定水域的上述水体参数可以用于声 纳测速、测距等海洋测绘；又如，测量海水的温度、盐度(含盐量)等水体参数可以用于海底 暗流、大洋环流以及潮汐的研究。在环境保护领域，测量水体的化学成分含量，可以用于监 测和防控江河湖泊的蓝藻、赤潮等灾害。 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领 域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内 容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种坠体装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内形成的空腔，前开口，位于所述壳体的头部，后开口，位于所述壳体的尾部，测量探头，位于所述空腔内并朝向所述前开口。
2. 根据权利要求1所述的坠体装置，其特征在于，所述壳体的表面流线型由头部到尾 部逐渐收縮。
3. 根据权利要求1所述的坠体装置，其特征在于，所述后开口围绕所述壳体的中心线 对称分布。
4. 根据权利要求1所述的坠体装置，其特征在于，所述空腔内还具有支架，所述测量探 头通过所述支架被固定在空腔内。
5. 根据权利要求4所述的坠体装置，其特征在于，还包括测量�？椋�通过所述支架被固 定在空腔内。
6. 根据权利要求5所述的坠体装置，其特征在于，还包括前置综合数据采集�？椋�通过 所述支架被固定在空腔内。
7. 根据权利要求4、5或6所述的坠体装置，其特征在于，还包括至少一个配重体，通过 所述支架被固定在空腔内，用于平衡整个坠体装置的重心。
8. 根据权利要求4所述的坠体装置，其特征在于，所述支架与壳体以可拆装方式连接。
9. 根据权利要求1所述的坠体装置，其特征在于，所述测量探头包括多个传感器，分别 用于获取不同的类型数据参数。
10. 根据权利要求1所述的坠体装置，其特征在于，还包括尾翼，与壳体的尾部连接，以 稳定坠体装置在水中的运动姿态。
全文摘要
本发明提供一种坠体装置，包括壳体，所述壳体内形成的空腔，前开口，位于所述壳体的头部，后开口，位于所述壳体的尾部，测量探头，位于所述空腔内并朝向所述前开口。优选的，所述壳体的表面流线型由头部到尾部逐渐收缩，所述后开口围绕所述壳体的中心线对称分布。此外，所述测量探头包括多个传感器，分别用于获取不同的类型数据参数。水流最先由前开口流入空腔，经由所述通道畅通无阻地穿过坠体装置，因此测量探头可以第一时间接触到新鲜水，不会受到扰流现象的影响，提高了测量数据的准确性和实时性。
文档编号G01N27/00GK101793519SQ20101012754
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者方励, 蒋金良 申请人:北京南风科创应用技术有限公司