应用于海洋站温盐传感器的缓冲止旋方法

魏玉超 胡轶群 邱文博 孙成龙 闫秦

摘要：为解决温盐传感器在海洋站应用中存在的电缆缠绕和壳体磨损等问题，保障传感器的长期业务化运行，文章提出改进温盐传感器安装方式的缓冲止旋方法。研究结果表明：在实验室环境下，通过以螺旋电缆代替直线电缆和设计缓冲浮子装置二者结合的温盐传感器安装方式，可有效减少电缆缠绕、避免传感器磕碰磨损和减小海流影响，同时安装简单、便于维护和具有广泛应用性。该方法仍须在海洋站实际应用中进一步验证和完善。

关键词：温盐传感器;海洋站;螺旋电缆;浮子装置;海洋观测

中图分类号：P716+3文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）02-0086-03

A Method of Buffering and Stopping Applied to Thermohaline Sensor

WEI Yuchao，HU Yiqun，QIU Wenbo，SUN Chenglong，YAN Qin

（National Ocean Technology Center，Tianjin 300110，China）

Abstract： In order to solve the problems of cable winding and shell wear existing in the application of temperature and salt sensor in ocean station and ensure the longterm operation of the sensor，this paper put forward a method to improve the installation mode of temperature and salt sensor.The results proved that： In the laboratory environment，the installation of screw cable instead of straight line cable and the design of buffer float device can effectively reduce the cable winding，avoid the collision and wear of sensors and reduce the impact of sea current.At the same time，the installation is simple，easy to maintain and has a wide range of applications.This method still needs to be further verified and improved in the actual application of ocean station.

Key words：Temperature and salt sensors，Ocean station，Spiral cable，Float devices，Marine monitoring

0引言

表层海水的温度和盐度是海洋气象观测的重要参数，应用于海洋站的温盐传感器放置在温盐井内测量参数，并采用电缆传输数据。按照《海滨观测规范》（GB/T 14914—2006）的要求，温盐井壁上均匀分布很多消波孔，这些消波孔兼具海水交换功能;温盐传感器被固定在浮子上，置于温盐井内。受海水漩涡的影响，漂浮的传感器易与井内壁磕碰，从而磨损壳体;在潮位升降时，散放在井内的电缆易受扭转力作用，从而缠绕成团甚至挂起，妨碍传感器的正常工作。因此，改进温盐传感器的安装方式是目前海洋站业务化运行中亟待解决的问题。

1温盐传感器的传统安装方法

为保证温盐传感器保持在海面以下05 m的位置，传感器通常被固定在浮子上，置于温盐井内，主要有2种安装方法。

（1）在温盐井井口安装滑轮组，即将电缆散放在井内，钢丝绳通过滑轮组连接传感器和重锤。该方法的优点是传感器和电缆的连接部分不受力;缺点是受潮位和海流的影响，电缆和钢丝绳常发生缠绕，导致传感器挂起（图1）。

（2）在浮子下方安装动滑轮，即将电缆绕过浮子下方，安装动滑轮和重锤。该方法的优点是重锤直接作用于电缆，缓解电缆缠绕的问题;缺点是当井内海水交换剧烈时，电缆会对浮子产生拉力，使浮子重心偏移，传感器靠近电缆一侧受拉力与井内壁磕碰，导致传感器底端磨损（图2）。

2温盐传感器缓冲止旋的方法

對近年来海洋站温盐传感器使用情况的分析和统计表明，电缆缠绕和传感器壳体磨损是影响传感器长期业务化运行的2个主要因素。通过采用螺旋电缆和缓冲浮子装置，可有效缓解问题。

21以螺旋电缆代替直线电缆

螺旋电缆具有良好的拉弹性、抗扭转性和自动回复性。经实验验证，长度为1 m、2 m和3 m的螺旋电缆，其拉伸长度分别为1～3 m、2～7 m和3～9 m。

螺旋电缆在现场布放时，无须如直线电缆一样为最低潮位留出足够冗余，其拉弹性可良好地适应温盐井内的潮位变化，使温盐传感器随海水潮位自由升降;同时，螺旋电缆在水平方向具有较大的自由度，可降低海流对电缆施加的作用力。

目前由国家海洋技术中心研发的螺旋型电缆温盐传感器已在我国海洋站应用，经验证可有效缓解电缆缠绕的问题，减少传感器挂起的情况，取得良好的实际应用效果。

22设计缓冲浮子装置

缓冲浮子装置的工作原理是设计独立的传感器护架和浮子，护架预留浮子安装的间隙，使浮子能以护架为轴心轴向转动，并于护架的接触端面安装滚珠。缓冲浮子装置固定温盐传感器漂浮在水面时，浮子受浮力作用，对护架接触端面和滚珠的压力减小，从而实现缓冲止旋。浮子转动使滚珠旋转产生的动摩擦力，小于浮子直接接触护架端面产生的静摩擦力，可降低浮子转动对护架的影响，进而减小传感器的转动角度。

缓冲浮子装置包括电缆护架、滚珠、浮子和传感器护架4个部分，结构如图3所示。

电缆护架保护电缆与传感器连接的位置免受拉力，浮子提供浮力，传感器护架固定传感器以避免其与井内壁直接磕碰。电缆护架、传感器护架和浮子的各端面存在滚珠，当浮子在海流作用下转动时，滚珠随之旋转，从而减小浮子与电缆护架和传感器护架之间的摩擦力。电缆护架固定安装在传感器护架上方，2个护架之间的距离固定，再安装浮子。滚珠安装在电缆护架端盖，与浮子端面为间隙配合。

23螺旋电缆和缓冲浮子装置的组合安装

螺旋电缆和缓冲浮子装置的组合安装结构为：螺旋电缆固定在温盐井井口的中央位置，与传感器连接部分的电缆盘绕存放在电缆护架，使其不受力;传感器护架固定传感器;浮子为整个装置和传感器提供浮力。该安装方法使整个装置的重心在同一轴线（浮子的轴心），螺旋电缆良好的拉弹性保证传感器随潮位升降上下浮动，传感器护架保护传感器以避免其与井内壁直接磕碰，缓冲海流影响。螺旋电缆和缓冲浮子装置双重作用，保障传感器的正常工作（图4）。

3结语

本研究针对温盐传感器在海洋站现场应用中存在的问题，提出缓冲止旋方法，即设计缓冲浮子装置配合螺旋电缆，安装方式简单且便于维护，应用效果主要包括：①螺旋电缆良好的拉弹性和抗扭转性可使传感器随潮位自由升降，从而减少电缆缠绕打结的情况;②缓冲浮子装置可避免传感器与温盐井内壁直接磕碰，从而保护传感器;③以轴向转动的浮子可抵消海流对传感器和电缆产生的作用力，从而减小海流的影响;④缓冲浮子装置的装夹结构可根据传感器的外形调整尺寸，可广泛应用于大部分原位测量的传感器，从而适应海洋站观测的不同需求。

需要说明的是，在实验室环境下，该方法与传统安装方式相比在一定程度上可缓解相关问题，而现场应用情况相对复杂，仍需较长时间的验证。