本發明屬于海水檢測技術領域，具體地說，是涉及一種用于投放測量探頭的自動投放裝置。
背景技術：
海洋科研調查中常會用到投棄式測量設備，例如投棄式溫深測量儀、投棄式溫鹽深測量儀等。這類儀器在測量船走航過程中被投放，用于檢測不同深度的海水參數。目前的投棄式測量設備一般包含投棄式探頭、發射槍、甲板單元等部分。其中，探頭放置在發射筒內，由插銷固定，通常由科考人員將發射筒放置在發射槍上，拔出插銷，實現探頭投放，以獲取海水剖面數據。采用人工方式投放的測量設備成本低，靈活性好，但在操作中需要全程甲板作業，不能在惡劣海況下投放，且至少需要兩名專業操作人員，因此，投放作業相對困難。
為了解決人工投放測量設備所存在的上述問題，有必要研制一種能夠完全替代人工操作的投棄式探頭自動投放系統。申請號為201310724390.2和201410267813.7中國專利申請公開了一種能實現投棄式探頭自動投放的裝置，其探頭并列安裝，由電推桿或直線電機等控制擋板開啟，實現探頭自由下落。這類裝置雖然實現了自動投放功能，但是探頭在安裝好后需要人工預先拔去固定插銷，擋板僅能保證探頭不下落，并不能限制其在發射筒內的運動。在搖擺不定的測量船上使用時，探頭會在發射筒內往復竄動，極易損壞探頭或擋板機構，擠傷探頭數據傳輸線。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種投棄式測量探頭自動投放裝置，不僅可以對測量探頭上的固定銷實現自動拔除，而且可以避免因測量船搖擺對測量探頭可能造成的損傷。
為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：
一種投棄式測量探頭自動投放裝置，用于對測量探頭進行投放，所述測量探頭包括發射筒以及設置在發射筒內的數據傳輸線線軸和探頭部，纏繞在所述數據傳輸線線軸上的數據傳輸線連接所述探頭部，所述探頭部與發射筒通過固定銷連接；所述自動投放裝置包括探頭安裝架、主軸電機、拔銷機構、壓盤機構和控制裝置；所述探頭安裝架包括圓柱形本體，在所述圓柱形本體中形成有多個用于安裝所述測量探頭的探頭安裝通道，所述探頭安裝通道貫通圓柱形本體的上、下圓形端面；所述主軸電機通過主軸連接所述探頭安裝架，用于驅動探頭安裝架轉動；所述拔銷機構包括拔銷電機和銷插拔部，所述拔銷電機驅動所述銷插拔部勾住到達投放位置的測量探頭上的固定銷，并將所述固定銷拉出，使測量探頭的探頭部與發射筒分離，分離后的探頭部從所述探頭安裝通道中釋放，實現投放；所述壓盤機構包括壓盤電機、傳動機構和壓盤，所述壓盤電機通過傳動機構驅動壓盤與到達投放位置的測量探頭的數據傳輸線線軸接觸；所述控制裝置通過數據線連接所述壓盤，通過壓盤連通測量探頭的數據傳輸線，以接收測量探頭回傳的測量數據。
為了便于拔銷機構在所述探頭安裝架上的安裝固定，在所述圓柱形本體的中間形成有空腔，所述拔銷電機和銷插拔部位于所述空腔內，所述多個探頭安裝通道圍繞所述空腔等間距圓周分布；
在所述空腔內設置有接近開關，用于感應到達投放位置的測量探頭；當某一測量探頭到達投放位置時，測量探頭上的固定銷觸發所述接近開關，生成感應信號發送至所述控制裝置；當所述拔銷電機驅動銷插拔部拉出所述測量探頭上的固定銷后，感應信號消失，此時控制裝置可以判定探頭部已被投放。
進一步的，在所述自動投放裝置中還設置有底座，所述底座至少部分地從所述圓柱形本體的底部伸入到所述空腔內，所述主軸電機安裝在所述底座中，所述主軸與所述圓柱形本體同軸，且從所述主軸電機延伸固定至所述圓柱形本體的上圓形端面。
優選的，所述底座為中空的圓柱體，所述主軸電機安裝在所述圓柱體的中空腔體內；所述拔銷電機、銷插拔部和接近開關安裝在所述圓柱體的頂面。
為了提高所述自動投放裝置適應海水作業環境的能力，在所述自動投放裝置中還設置有外部箱體，所述探頭安裝架、主軸電機、拔銷機構、壓盤機構和控制裝置均位于所述外部箱體內，在所述外部箱體的底板上開設有投放口，所述投放口與到達投放位置的探頭安裝通道正對，使安裝在所述到達投放位置的探頭安裝通道內的測量探頭經由所述投放口脫離所述外部箱體。
為了確保測量探頭能夠準確地投入到待測海域，在所述外部箱體的底板的外側還設置有垂直于所述底板向外延伸的導筒，所述導筒的入口與所述投放口正對，到達投放位置的測量探頭通過所述投放口經由所述導筒投放。
為了使所述自動投放裝置能夠穩固地固定在測量船的甲板上，本發明在所述自動投放裝置中還設置有直角三角形固定架，所述固定架的直角邊用于固定在測量船上，斜邊固定所述外部箱體。
作為所述拔銷機構的一種優選結構設計，所述拔銷電機優選采用直線電機，所述銷插拔部安裝在所述直線電機的往復傳動軸上；所述銷插拔部包括支撐桿、拉簧和擺桿，所述支撐桿安裝在往復傳動軸上，且通過拉簧連接擺桿的末端；擺桿通過銷軸活動連接在所述支撐桿上，且擺桿的前端向下傾斜，用于勾住到達投放位置的測量探頭上的固定銷。
為了對安裝在探頭安裝通道內的測量探頭的類型實現自動識別，在每一個所述的探頭安裝通道上至少安裝有兩對光電對射傳感器，每一對光電對射傳感器在探頭安裝通道上的安裝高度不同，用于檢測探頭安裝通道中裝入的測量探頭的長度，并將檢測信號發送至所述控制裝置，所述控制裝置根據測量探頭的長度判別測量探頭的類型。
為了使自動投放裝置能夠自動地連續投放多枚測量探頭，在本發明的自動投放裝置中還設置有切線機構，其位于所述探頭安裝架的下方，到達投放位置的測量探頭在其探頭部投放出去并到達指定的測量深度后，與所述投放部連接的數據傳輸線跟隨探頭安裝架轉動，并經過所述切線機構，被所述切線機構切斷。
與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明的投棄式測量探頭自動投放裝置可一次性安裝多枚投棄式測量探頭，可以根據控制指令自動執行探頭選擇、固定銷拔除、探頭投放等一系列動作，實現了投棄式測量探頭的自動投放。本發明中多枚測量探頭共用一套投放裝置，結構簡單，可靠性高，在需要投放指定探頭時才拔除該測量探頭的固定銷，由此可完全避免在預先拔除固定銷后因測量船搖擺而可能發生的探頭撞擊損傷等問題，同時也避免了因擋板機構失靈而發生的誤投現象。
結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述后，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。
附圖說明
圖1是本發明所提出的投棄式測量探頭自動投放裝置的一種實施例的結構示意圖；
圖2是圖1的局部剖視示意圖；
圖3是拔銷機構的一種實施例的結構示意圖；
圖4是圖3中的銷插拔部的一種實施例的結構示意圖；
圖5是圖2中的切線機構的一種實施例的結構示意圖；
圖6是本發明所提出的投棄式測量探頭自動投放裝置的一種實施例的電路原理框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細地描述。
如圖1、圖2所示，本實施例的投棄式測量探頭自動投放裝置主要包括外部箱體10、壓盤機構20、探頭安裝架30、拔銷機構40、主軸電機60、控制裝置80等組成部分。其中，壓盤機構20、探頭安裝架30、拔銷機構40、主軸電機60和控制裝置80可以內置于外部箱體10中，利用外部箱體10起到支撐和保護作用。
所述探頭安裝架30用于承載投棄式的測量探頭50，包括圓柱形本體31以及形成在圓柱形本體31中的探頭安裝通道32，如圖2所示。為了使多枚測量探頭可以共用一套投放裝置，本實施例優選在所述圓柱形本體31中形成多個探頭安裝通道32，每一個探頭安裝通道32用于安裝一枚測量探頭50，以便于根據用戶的需要選擇適合的測量探頭50進行投放。在本實施例中，將每一個探頭安裝通道32貫通圓柱形本體31，即，從圓柱形本體31的上圓形端面33延伸至下圓形端面34，形成貫穿通道。將多個探頭安裝通道32按圓周分布的方式形成在圓柱形本體31中，優選呈等間距圓周分布狀態，以便于旋轉定位。此外，在所述圓柱形本體31的中間區域可以形成一個空腔35，優選形成與所述圓柱形本體31同軸的圓柱形空腔，以便于拔銷機構40和主軸電機60在外部箱體10內的安裝和布設。將所述的多個探頭安裝通道32分布在空腔35的外周，且圍繞所述空腔35等間距圓周分布，每一個探頭安裝通道32的橫截面均可設計成圓形，以適配測量探頭50的外形輪廓。
對于目前的絕大多數投棄式測量探頭50來說，通常包括圓柱狀的發射筒55，如圖2所示，在所述發射筒55內設置有數據傳輸線線軸51和探頭部52。其中，探頭部52用于投入待測海域，測量海水剖面參數；數據傳輸線線軸51與發射筒55保持固定狀態，在探頭部52被投放前，連接探頭部52的數據傳輸線便纏繞在所述數據傳輸線線軸51上。所述探頭部52在被投放前通過固定銷53固定在發射筒55內，且固定銷53的長度方向垂直于發射筒55的長度方向。為了便于測量探頭50安裝到探頭安裝通道32內，本實施例在每一個探頭安裝通道32上沿探頭安裝通道32的直徑方向分別形成兩條插縫36，如圖1所示，且其中一條插縫36從探頭安裝通道32延伸并貫穿圓柱形本體31的外圓周側面，另一條插縫36從探頭安裝通道32延伸至所述空腔35。在安裝測量探頭50時，將測量探頭50從圓柱形本體31的上圓形端面33插入探頭安裝通道32，固定銷53插入插縫36，其中固定銷53上的拉環部分531伸入到空腔35內，以便于拔銷機構40執行拔銷作業。設計探頭安裝通道32的直徑小于數據傳輸線線軸51的后端蓋54的直徑，以避免測量探頭50從探頭安裝通道32滑落。在所述后端蓋54上布設有連接所述數據傳輸線的數據接口，通過數據接口與外部設備連接，以用于傳送測量數據。
由于不同類型的測量探頭50，其長度不盡相同，為了對插入到每一個探頭安裝通道32中的測量探頭50的類型實現自動識別，本實施例在每一個探頭安裝通道32中分別開設有多對用于安裝光電對射傳感器的安裝孔14，如圖1、圖2所示。每一對光電對射傳感器在探頭安裝通道32上的安裝高度不同，根據探頭安裝通道32上每一對光電對射傳感器的觸發狀態，即可判斷出該探頭安裝通道32中安裝的測量探頭50的長度，進而識別出該測量探頭50的類型。
將主軸電機60通過主軸61連接至探頭安裝架30，以用于驅動探頭安裝架30旋轉。在本實施例中，為了減小投放裝置的整體尺寸，優選將所述主軸電機60和主軸61布設在探頭安裝架30內部所形成的空腔35內，如圖2所示。主軸電機60可以固定在外部箱體10的底板12上，輸出軸朝上連接主軸61，設置主軸61的軸線與探頭安裝架30的軸線重合，并向上延伸固定到探頭安裝架30的上圓形端面33上，由此通過主軸電機60驅動主軸61旋轉，即可帶動探頭安裝架30隨之轉動，調整各探頭安裝通道32的位置。
為了便于拔銷機構40在空腔35內的安裝布設，本實施例優選將主軸電機60安裝在一個空心的圓柱形底座62中，如圖2所示。可以將所述底座62完全布設在外部箱體10內，或者部分地安裝在外部箱體10內，并與外部箱體10的底板12固定安裝。主軸61可以穿過底座62的頂面與底座62中的主軸電機60連接，也可以將主軸電機60的輸出軸穿出底座62的頂面與位于底座62外部的主軸61連接。采用這種底座62設計后，可以將拔銷機構40安裝在所述底座62的頂面，對測量探頭50上的固定銷53執行拔銷操作。
在本實施例中，所述拔銷機構40包括拔銷電機41和銷插拔部42兩部分，通過拔銷電機41驅動銷插拔部42勾住測量探頭50上的固定銷53，并將固定銷53拉出，從而實現測量探頭50的探頭部52與發射筒55分離，繼而使分離后的探頭部52從探頭安裝通道32中釋放，落入待測海域，實現探頭投放。
作為所述拔銷機構40的一種具體結構設計，如圖3所示，其中，拔銷電機41優選采用直線電機，包括電機部分411和與所述電機部分411連接的往復傳動軸412。所述往復傳動軸412可以采用螺桿形式，其上安裝螺母413，通過電機411驅動往復傳動軸412旋轉，進而帶動螺母413直線運動。將銷插拔部42安裝在所述螺母413上，通過螺母413帶動其前進或后退。
在本實施例的銷插拔部42中設置有支撐桿421、拉簧422、軸銷423、擺桿424和限位塊425，如圖4所示。其中，支撐桿421呈倒L型，豎直部分豎立在螺母413上，水平部分在上且外側端部開設有插裝槽426。將擺桿424穿過所述插裝槽426，并通過軸銷423與支撐桿421的水平部分活動連接。將擺桿424的末端通過拉簧422連接至擺桿424；前端開放，以用于勾住固定銷53的拉環部分531。將限位塊425安裝在支撐桿421的水平部分的外側端部，以對擺桿424的向外擺動幅度進行限制。
在外部箱體10的底板12上開設一個投放口13，如圖3所示，所述投放口13的軸線位置即為投放位置。在底座62的頂面鄰近所述投放位置處，可以布設一個接近開關43，用于對轉動到投放位置的測量探頭50上的固定銷53進行感測。
將壓盤機構20安裝在外部箱體10的頂板11的內側，如圖1、圖2所示，包括壓盤電機21、傳動機構22和壓盤23。其中，傳動機構22可以包括與壓盤電機21的輸出軸連接的凸輪221以及與凸輪221連接的連桿222。將壓盤23安裝在連桿222的底部，通過壓盤電機21驅動凸輪221旋轉，進而帶動連桿222上下運動，連桿222的上下運動帶動壓盤23上下運動，以用于控制壓盤23與測量探頭50的數據傳輸線線軸51相接觸或者與所述數據傳輸線線軸51相分離。
在本實施例中，所述壓盤23位于投放位置處，優選設計成三尖壓盤，即，在圓形底盤的底部設置三個金屬尖部，利用三個金屬尖部與轉動到投放位置處的測量探頭50的數據傳輸線線軸51接觸，并連通數據傳輸線線軸51上的數據接口。
將控制裝置80安裝在外部箱體10的頂板11的內側，通過數據線連接所述壓盤23，通過壓盤23連通測量探頭50的數據接口，以接收測量探頭50回傳的測量數據。
在本實施例的控制裝置80中主要設置有測量數據采集處理電路、控制器（例如，PLC）、人機接口（例如，觸摸顯示屏）、定位模塊（例如，GPS模塊）、壓盤電機驅動器、主軸電機驅動器和拔銷電機驅動器等，如圖6所示。其中，測量數據采集處理電路通過數據線連接壓盤23，通過壓盤23連通測量探頭50的數據接口，以接收測量探頭50回傳的測量數據，并對接收到的測量數據進行前期處理后，輸出至所述的控制器。人機接口連接所述控制器，接收用戶的操作指令，并傳送至所述控制器，以響應用戶操作。控制器可以將處理后的測量數據通過人機接口顯示出來，供用戶查看；也可以采用總線通信的方式（例如通過RS485總線）外傳到主控計算機，以提供給測量船的船艙內的技術人員觀測。當然，也可以在控制裝置80中設置無線通信模塊，采用無線通信的方式與船艙內的主控計算機或者岸邊的主控中心通信，實現測量數據的遠程傳遞。
對于待測海域的地理坐標，可以利用控制裝置80中的GPS模塊進行定位，以生成地理坐標數據，以有線或者無線通信的方式結合測量探頭50檢測到的測量數據一并發送至主控計算機。
為了對投放裝置中各執行部件的工作時序進行準確、有序地控制，在控制裝置80中設置分別與控制器連接的壓盤電機驅動器、主軸電機驅動器和拔銷電機驅動器。控制器通過控制壓盤電機驅動器運行，以對壓盤電機21進行啟停控制；通過控制主軸電機驅動器運行，以控制主軸電機60的轉動角度；通過控制拔銷電機驅動器運行，以控制拔銷電機41正反轉。具體控制流程將在后面的工作原理中詳細闡述。
本實施例在外部箱體10的底板12的內側還可以設置切線機構90，如圖2所示，用于切斷測量探頭50中連接探頭部52與數據傳輸線線軸51之間的數據傳輸線。所述切線機構90優選布設在投放口13的前方，所述前方根據探頭安裝架30的轉動方向定義，即，轉過投放口13繼續轉動的方向。
作為本實施例的一種優選設計方案，所述切線機構90主要包括刀刃91、刀面92、壓簧93和固定座94，如圖5所示。將所述固定座94固定安裝在外部箱體10的底板12上，壓簧93豎直安裝在固定座94中，壓簧93頂面安裝刀刃91，利用壓簧93的彈性恢復力上頂刀刃91，使刀刃91與探頭安裝架30的下圓形端面34相接觸。設計所述刀刃91的長度略大于探頭安裝通道32的直徑，從而使探頭安裝通道32在經過所述切線機構90時，刀刃91可以橫跨探頭安裝通道32底部開口的相對兩側，如圖2所示。
在外部箱體10的底部還可以進一步安裝導筒70，如圖1、圖2所示。所述導筒70垂直于外部箱體10的底板12并向外側延伸，導筒70的入口與底板12上開設的投放口13正對，使到達投放位置的測量探頭能夠通過所述投放口13經由導筒70投放出去。
為了便于將所述投放裝置固定在測量船上，本實施例在外部箱體10的底部還安裝有直角三角形固定架15，如圖1、圖2所示。優選將外部箱體10的底部固定在直角三角形固定架15的斜邊上，且導筒70位于斜邊傾斜向上并接近頂端的位置處。直角三角形固定架15的兩個直角邊則可以通過螺栓固定在測量船上，例如測量船的甲板上，以確保投放裝置不會因船體的劇烈搖晃而傾倒。
工業實用性
下面結合圖1-圖6，對本實施例的投棄式測量探頭自動投放裝置的工作原理進行詳細闡述。
將不同類型的測量探頭50裝入不同的探頭安裝通道32，將三角架15固定在測量船上，并使導筒70探出船外。
通過人機接口啟動控制裝置80運行。控制器在運行后，首先啟動光電對射傳感器檢測每一個探頭安裝通道32中安裝的測量探頭50的長度，根據測量探頭50的長度識別出每一個探頭安裝通道32中安裝的測量探頭50的類型。根據用戶選擇投放的測量探頭50的類型，選擇探頭安裝架30中裝入的與之適配的測量探頭50，并將其作為目標探頭。
根據目標探頭所在的探頭安裝通道32，確定主軸電機60的轉動角度。控制器控制主軸電機驅動器驅動主軸電機60旋轉，繼而帶動探頭安裝架30轉動，將目標探頭輸送到投放位置。此時，目標探頭所在的探頭安裝通道32的底部開口與投放口13正對，頂部開口與壓盤23正對，如圖2所示的位置。目標探頭的固定銷53到達接近開關43所在的位置，觸發接近開關43發出感應信號至控制器，由此控制器便可識別出目標探頭已運動到位，準備投放。
控制器控制壓盤電機驅動器驅動壓盤電機21旋轉，下放壓盤23到極限位置。此時，壓盤23的三個金屬尖部與目標探頭的數據傳輸線線軸51上的數據接口接觸，連通目標探頭與控制裝置80的信號傳輸通路。
而后，控制器控制拔銷電機驅動器驅動拔銷電機41旋轉，帶動銷插拔部42前進，使銷插拔部42中的擺桿424與目標探頭的固定銷53接觸。固定銷53頂住擺桿424，迫使其以軸銷423為轉動中心擺動，直到擺桿424的前端插入到固定銷53的拉環部分531中，從而勾住固定銷53。然后，控制器通過拔銷電機驅動器控制拔銷電機41反向旋轉，驅動銷插拔部42后退，從而使擺桿424將固定銷53從目標探頭中拉出。設計擺桿424的前端向下傾斜，優選與水平面形成-15度夾角，以使固定銷53被拉出后，在其重力的作用下從擺桿424上滑落，以便于擺桿424在后續的工作中能夠繼續執行固定銷53的拔除作業。
固定銷53被拉出后，一方面，接近開關43停止輸出感應信號，通知控制器固定銷53已準確拔出；另一方面，由于固定銷53被拔出，目標探頭的探頭部52和數據傳輸線線軸51分離，在重力的作用下，探頭部52滑出探頭安裝通道32，經由投放口13進入導筒70，通過導筒70被投放到被測海域。
目標探頭的探頭部52被投放到海水中后，在下沉的過程中實時采集海水的各剖面參數，生成測量數據通過數據傳輸線、壓盤23和數據線上傳至控制裝置80，通過控制裝置80處理后，發送至主控計算機，實現用戶對被測海域的監測。
當探頭部52到達指定的測量深度后，控制器控制主軸電機驅動器驅動主軸電機轉動，使目標探頭所在的探頭安裝通道經過切線機構90。此時，連接在探頭部52與數據傳輸線線軸51之間的數據傳輸線經過切線機構90的刀刃91，被刀刃91切斷，探頭部52投棄在海水中，完成本次測量任務。
當然，以上所述僅是本發明的一種優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。