一种自浮式海底热流长期观测基站

摘要

本发明公开了一种自浮式海底热流长期观测基站，其包括回收单元、抛弃单元(重块)和电缆斩断机构；回收单元设有回收支架，内部盛放有2个声学释放器，声学释放器底部设有可闭合挂钩，回收支架载有浮球；抛弃单元设有抛弃支架，下方固定连接热流探针；回收单元和抛弃单元通过两端连接声学释放器底部可闭合挂钩的钢丝绳固定在一起；电缆斩断机构固定于回收单元的回收支架底部并通过活动挂钩连接钢丝绳；电缆从抛弃单元出发后进入电缆斩断机构，从电缆斩断机构穿出后连接回收单元的浮球；通过钢丝绳从张紧到松弛的变化启动电缆斩断机构斩断电缆。本发明能够自行斩断和/或拔开电缆，实现回收单元与抛弃单元的顺利分离，适用于长期的海底热流观测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底探测设备，具体涉及一种自浮式海底热流长期观测基 站。

背景技术

大地热流是地球内部热过程在海底的直接显示，不仅是了解地球热散失速 率的关键参数，而且是开展地球动力学研究与重建沉积盆地演化、油气与水合 物资源潜力评价的基础数据。因此研发设备开展海底热流测量具有国家战略意 义。

海底热流可以通过钻孔测温和海底热流探针进行测量。由于石油钻孔和大 洋钻探钻孔分布区域有限，而海底热流探针便于船载，作业相对灵活，费用较 低，且可根据实际科学问题和感兴趣海域进行精细测量，因此海底热流探针是 获取海洋热流数据的重要手段。在20世纪50年代，研究学者利用设计的地热 探针在北大西洋海域成功地进行了热流探测，开辟了海底热流调查的时代。随 着热工测量理论的完善及其技术方法的进步，以及计算机技术和大规模集成电 路技术与存储技术的进步和普及应用，经过近半个多世纪的发展，海底热流探 针探测技术也得到迅速发展。当今国际上较成熟且被广泛使用的海底热流探针 可分为Ewing型和Lister型两类。

上述两种现有的探针可用于获取底水温度长期稳定或波动较小海域的海底 地热参数，而且是非常常用且重要的探测设备。但有些海域，其底水温度往往 出现较大的周期性波动，导致海底表层沉积物温度也受到周期性影响，使得同 一站位不同时间测量的地温梯度出现明显变化，无法真正反映该站位的热状态， 因此利用常规的海底热流探针(Ewing型和Lister型探针)在底水温度波动较大的 海域很难获取可靠的海底热流。因此，有必要设计一种结构合理的海底热流长 期观测基站，以便在底水温度波动较大的海域获取更准确、更可靠的海底热流 数据，以满足国家有关开展基础研究和资源调查的战略需求。

发明内容

为了解决上述问题，提供一种结构合理、运行稳定，并且能够实现回收单 元自浮回收的自浮式海底热流长期观测基站，以期能够用于长时间的海底热流 探测。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种自浮式海底热流长期观测基站，其包括回收单元1、抛弃单元2和电缆 斩断机构3；其中，回收单元1设有回收支架，回收支架内部盛放有2个小吨位 的声学释放器13，声学释放器13底部设有可闭合挂钩131，回收支架还载有浮 球14；抛弃单元2设有抛弃支架，抛弃支架下方固定连接热流探针24；回收单 元1和抛弃单元2通过两端连接声学释放器13底部的可闭合挂钩131的钢丝绳 4固定在一起；电缆斩断机构3固定于回收单元1的回收支架底部并通过活动挂 钩连接钢丝绳4，电缆0从抛弃单元2出发后进入电缆斩断机构3，再从电缆斩 断机构3穿出后连接回收单元1的浮球14；通过钢丝绳4从张紧到松弛的变化 启动电缆斩断机构3斩断电缆0；

本发明优选的自浮式海底热流长期观测基站中，所述的回收支架包括纵向 的中心架11，以及围绕中心架11在水平方向分两层设置的水平架12；所述的 中心架11由纵向的四方棱柱体框架111和从四方棱柱体框架内部1/2高度处向 上延伸出来的一垂直立板112构成；所述的垂直立板112与四方棱柱体框架111 之间固定连接；所述的四方棱柱体框架111内部盛放有2个声学释放器13，分 别悬挂于所述的垂直立板112两侧，所述的声学释放器13底部设有可闭合挂钩 131，由声学释放器13内部的步进电机带动其开闭；所述的中心架11周围设有 至少6个浮球14，由所述的两层水平架12支撑；

本发明优选的自浮式海底热流长期观测基站中，所述的抛弃支架包括一顶 部表面为正方形的支撑框架21、处于支撑框架21顶部表面上的连接框架22、 处于支撑框架21顶部表面下方的热流探针固定装置23、以及通过热流探针固定 装置23固定于所述支撑框架21下方的热流探针24；所述的连接框架22与所述 支撑框架21之间固定连接，所述的支撑框架21与热流探针固定装置23之间固 定连接；所述的连接框架22内部设有2个对称平行分布的钢丝绳张紧部件25；

本发明优选的自浮式海底热流长期观测基站中，所述抛弃单元2的连接框 架22顶部表面与所述回收单元1的四方棱柱体框架111底部表面相吻合接触； 所述的钢丝绳4穿过连接框架22内部的两个钢丝绳张紧部件25，两端分别上行 跨过连接框架22和四方棱柱体框架111相接触结构的外边缘，最终呈环状与所 述声学释放器13底部的可闭合挂钩131相钩连。

本发明优选的自浮式海底热流长期观测基站中，所述抛弃单元2的连接框 架22顶部表面四个角的位置设有定位孔221；所述回收单元1的四方棱柱体框 架111底部表面四个角的位置设有定位突起1111；所述的定位孔221与定位突 起1111相吻合接触。

所述的电缆斩断机构3进一步优选以下两种具体结构中的任意一种：

结构A，所述的电缆斩断机构3位于所述抛弃单元2的连接框架22和回收 单元1的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间内，其包括：

电缆压板32A，所述电缆压板32A的下表面开设有一用于与刀片312A配合 的第一凹槽321A和一用于嵌入电缆的第二凹槽322A，所述第一凹槽321A和第 二凹槽322A相互垂直且组成十字形结构，所述第一凹槽321A的深度大于第二 凹槽322A的深度；所述第二凹槽322A贯穿其所在电缆压板32A的两端；

刀片盒31A，所述刀片盒31A的顶部伸入第一凹槽321A内与电缆压板32A 固定连接，并且在该刀片盒31A与第一凹槽321A走向平行的其中一侧面上开 设有一纵向延伸的通孔311A，所述刀片盒31A内设有刀片312A，该刀片312A 的刀刃朝上正对第一凹槽321A，且该刀片其中一侧面上设有凸起的回位装置 3121A，所述回位装置3121A通过通孔311A向刀片盒31A的外部凸出，并可在 通孔311A内上下滑动，所述刀片312A两侧面的下部设有凹陷式卡槽；所述刀 片盒31A内并设有一上方开口的托架314A和压缩弹簧313A，所述压缩弹簧 313A的一端穿过该开口与托架314A固定连接，其另一端与刀片312A固定连接， 该压缩弹簧313A完全释放后足以使刀片312A到达第一凹槽321A内对电缆进 行切割；所述托架314A的下方和外围设有一弹射控制单元；

所述弹射控制单元包括一对转动杆315A、一对支撑板316A以及一扭簧 317A，该一对转动杆对所述托架及其内部的压缩弹簧313A形成包围，每个转 动杆315A均由顶部可嵌入所述凹陷式卡槽内的卡块3151A以及与所述卡块 3151A固定连接的倒L型省力杠杆构成，所述倒L型省力杠杆于折点位置通过 一固定杆固定于刀片盒31A内侧面并以该固定杆为轴作整体转动；该一对支撑 板316A分别固定于扭簧317A的两个末端扭转臂上，并于各自的远端与所述倒 L型省力杠杆底部形成转动连接；

挂钩33A，所述挂钩33A与通过钢丝绳连接扭簧317A的中部。

或者，

结构B，所述的电缆斩断机构3位于所述抛弃单元2的连接框架22和回收 单元1的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间内，其包括：

电缆压板32B，所述电缆压板32B的下表面开设有一用于与刀片312B配合 的第一凹槽321B和一用于嵌入电缆的第二凹槽322B，所述第一凹槽321B和第 二凹槽322B相互垂直且组成十字形结构，所述第一凹槽321B的深度大于第二 凹槽322B的深度；

刀片盒31B，所述刀片盒31B顶部的长度方向与第一凹槽321B平行且与电 缆压板32B固定连接，并且在该刀片盒31B与第一凹槽321B走向平行的其中 一侧面上开设有一纵向延伸的通孔311B，所述刀片盒31B内设有刀片312B， 该刀片312B的刀刃朝上正对第一凹槽321B，且该刀片312B其中一侧面上设有 凸起的回位装置3121B，所述回位装置3121B通过通孔311B向刀片盒31B的外 部凸出，并可在通孔311B内上下滑动，所述刀片312B另一侧面的中部设有一 刀片卡槽3122B；所述刀片312B的下缘固定连接压缩弹簧313B的一端，压缩 弹簧313B的另一端固定于刀片盒31B的内底面，所述压缩弹簧313B完全释放 后足以使刀片312B到达第一凹槽321B内对电缆进行切割；

斩缆机构固定块35B，所述斩缆机构固定块35B固定于刀片盒31B设有通 孔311B的一面下部；

弹射控制盒34B，所述弹射控制盒34B与刀片盒31B相连通且位于远离斩 缆机构固定块35B的一侧；所述弹射控制盒34B上部固定有扳机片341B和刀 片卡锁342B；扳机片341B为整体呈L形的曲板，于近拐点处通过扳机片转动 轴3412B固定在弹射控制盒34B内侧面上并以扳机片转动轴3412B为轴整体转 动，其远轴端水平放置，近轴端向下；刀片卡锁342B是整体呈反Z形的曲板， 于某一拐点处通过刀片卡锁转动轴3422B固定在弹射控制盒34B内侧面上，并 可以刀片卡锁转动轴3422B为轴整体转动，其远轴端可与扳机片341B的近轴端 相扣搭，其近轴端可嵌入刀片312B的刀片卡槽3122B中；扳机片341B和刀片 卡锁342B的远轴端分别通过扳机片固定簧3411B和刀片卡锁固定簧3421B连 接于弹射控制盒34B顶板；

挂钩33B，所述挂钩33B设置于弹射控制盒34B的下侧，其中，挂钩33B 上部穿过弹射控制盒34B底部表面并位于弹射控制盒34B内，并套有挂钩伸缩 弹簧331B，所述挂钩伸缩弹簧331B上端与挂钩33B顶部固定连接，下端与弹 射控制盒34B内底表面固定连接，挂钩33B顶端设有正对扳机片341B远轴端 的撞击柱332B。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，优选的热流长期观测基站 中的刀片、压缩弹簧、扭簧等组件均为钛合金材料制成。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，优选的热流探针固定装置 23为一长度与所述支撑框架21高度相等的圆筒，其下端与海底热流探针24固 定连接；所述的固定装置内部有电缆接头压管26，起始端起始于海底热流探针 24，管体沿轴向贯穿热流探针固定装置23内部，并穿过支撑框架21顶表面的 圆孔进入连接框架22和回收单元1的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间 内，终端位于电缆斩断机构3旁边。

本发明进一步优选的方案中，所述的电缆接头压管26终端设置一上大下小 的塞型螺栓27，电缆通过塞型螺栓27进入电缆接头压管26，最终与海底热流 探针24相连。

本发明优选的方案中，所述的海底热流探针24主要由探针长杆2401和探 针仓体2402构成；所述的探针长杆2401为中空结构的圆柱，其一端与所述的 探针仓体2402通过螺纹连接，其另一端由可拆卸的圆锥状探针头2403封闭； 所述的探针仓体2402内部设有测温电路板2404，外部设有电缆接头出口2405 和导热油灌油口2406；所述的热流探针内部设有至少4个温度传感器2407，其 一端的温度探头2408在所述的探针长杆2401内部空间沿轴向等间距分布(每 两个温度探头2408之间间隔30cm)其另一端深入所述的探针仓体2402内固定 并通过导线与测温电路板2404相连；在所述的探针长杆2401内，每两个所述 的温度探头2408之间设置2个垂直于长杆轴的热对流屏蔽片2409(每两个热对 流屏蔽片2409之间间隔10cm)，所述的热对流屏蔽片2409是聚丙烯纤维以放 射状形式构成的圆片型毛刷；所述的测温电路板2404发出的电缆通过电缆接头 出口2405与外部主控系统相连；所述的导热油灌油口2406通过灌油导管2410 通向所述的探针长杆241内部。在所述的热流探针内部进一步设置一根固定杆 2411，所述的固定杆2411是一端套有中空螺栓的细长杆，其无螺栓部分处于所 述的探针长杆2401内部，贯穿整个探针长杆2401并与所述的探针头2403螺纹 连接，在另一端的螺栓头部围绕细长杆与螺栓头部连接的位置开设3个以上的 通孔2412；所述的中空螺栓与探针长杆和探针仓体相连的结构螺纹连接；所述 的热对流屏蔽片与温度传感器的温度探头均固定在所述的固定杆的细长杆上， 温度传感器的另一端穿过所述通孔进入所述的探针仓体内。所述的各螺纹连接 处、所示的电缆接头出口、导热油灌油口、以及探针长杆内部与探针仓体内部 之间的各种接口处都进行水密处理，例如可以使用橡胶密封圈、强力胶水等进 行水密处理。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的回收单元1的回收 支架上可以安装各种传感器，包括底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态 传感器；所述的回收单元1的浮球14为密封玻璃球，其中一个浮球为数据采集 仓，里面放置了系统的数采系统，另外一个则放置了电池仓；所述的数据采集 仓仓体预留八个水密电缆接头，供外部传感器接进数据采集仓。所述的电池仓 预留四个接口供外部使用。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的声学释放器的电子、 软件、电源供给等各个功能模块完全独立于自浮式海底热流长期观测基站，仅 受船载数据采集控制系统控制；所述的回收单元的回收支架上方还可安装回收 旗和无线电信标。当回收单元漂浮在海面时，回收支架上面的信标露出海面开 始工作，发出信号，科考人员可以通过接收信号打捞到回收单元。并且回收单 元上面有红色的回收旗作为标记，也便于漂浮海面的时候被发现。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站使用前，需要先将需要的传感设备 安装到相应的位置，例如，将底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态传感 器等安装在回收单元的回收支架上；将海底热流探针安装在抛弃单元的支撑框 架下方；将回收单元的数据采集系统与各传感器及热流探针之间通过电缆连接 好，其中，从海底热流探针24出发的电缆0经电缆接头压管26的固定后穿入 电缆斩断机构3的电缆压板，被电缆压板固定拉紧，然后上行与回收单元1的 浮球14的水密电缆接头连接好。

海底热流长期观测实验完成后，观测基站接到船载数据采集控制系统发出 的脱钩命令，固定回收单元和抛弃单元的钢丝绳从张紧状态变为松弛状态，勾 连在钢丝绳上的活动挂钩被放松，启动电缆斩断机构斩断电缆，自浮式海底热 流长期观测基站的回收单元和抛弃单元之间断开连接；最终回收单元利用浮力 向海面上浮，被科考人员发现并回收，而抛弃单元留在海底。

正常情况下，回收单元1和抛弃单元2的分离首先启动上述电缆斩断机构3， 如果斩断成功，回收单元1正常上浮；如果斩断不成功、或者部分斩断时，本 发明优选的方案在电缆接头压管26末段设置了塞型螺栓27，将电缆接头压管 26中电缆的受力位置集中到塞型螺栓27上面，在回收单元1上浮的过程中，回 收单元1和抛弃单元2分离，进而电缆接头压管26随回收单元上浮，压紧的力 消失，此时可利用浮力拔出电缆，保证系统正常上浮。

本发明提供的自浮式海底热流长期观测基站可搭载多种传感检测设备，可 对海底热流进行多参数的综合观测。更重要的是，本发明的观测基站具有电缆 斩断和拔开机构，能够在接到船载系统信号的情况下，自行斩断和/或拔开电缆， 实现回收单元与抛弃单元的顺利分离，回收单元可自行上浮至海面被回收。因 此本发明的自浮式海底热流长期观测基站适用于长期的海底热流观测。此外， 本发明的自浮式海底热流长期观测基站搭载了一种全新结构的海底热流探针， 所述海底热流探针具有独特的传感器分布设计，能够同时测量不同深度沉积物 的温度，而且在探针内部设置了热对流屏蔽片，能够最大程度地避免其两侧导 热油之间的热对流，达到非常高的测量精确度。因此本发明自浮式海底热流长 期观测基站搭载的热流探针能够更加显著地提高热流数据测定的准确性温度。

附图说明

图1是本发明中海底热流探针整体结构示意图。

图2是本发明中探针长杆内部结构示意图。

图3是本发明中探针固定杆结构的示意图。

图4为本发明中固定杆与探针的装配图。

图5是本发明中电缆斩断机构A的总体结构示意图。

图6是本发明中的电缆斩断机构A的另一侧面结构示意图。

图7是本发明中的电缆斩断机构B的总体结构示意图。

图8是本发明中的电缆斩断机构B的另一侧面结构示意图。

图9是本发明中的自浮式海底热流长期观测基站A的总体结构示意图。

图10是本发明中的自浮式海底热流长期观测基站A的回收单元框架结构示 意图。

图11是本发明中的自浮式海底热流长期观测基站抛弃单元结构示意图。

图12是本发明中的自浮式海底热流长期观测基站回收单元、抛弃单元和电 缆斩断机构位置关系示意图。

图13是图12中A部位的仰视图。

图14为图12中B部位的俯视图。

图中标记说明如下：

1、回收单元；11、中心架；111、四方棱柱体框架；1111、定位突起；112、 垂直立板；12、水平架；13、声学释放器；131、可闭合挂钩；14、浮球；2、 抛弃单元；21、支撑框架；22、连接框架；221、定位孔；23、热流探针固定装 置；24、热流探针；2401、探针长杆；2402、探针仓体；2403、探针头；2404、 测温电路板；2405、电缆接头出口；2406、导热油灌油口；2407、温度传感器； 2408、温度探头；2409、热对流屏蔽片；2410、灌油导管；2411、固定杆；25、 钢丝绳张紧部件；26、电缆接头压管；27、塞型螺栓；3、电缆斩断机构；31A、 刀片盒；311A、通孔；312A、刀片；3121A、回位装置；313A、压缩弹簧；314A、 托架；315A、转动杆；3151A、卡块；316A、支撑板；317A、扭簧；32A、电 缆压板；321A、凹槽；322A、凹槽；33A、挂钩；31B、刀片盒；311B、通孔； 312B、刀片；3121B、回位装置；3122B、刀片卡槽；313B、压缩弹簧；32B、 电缆压板；321B、凹槽；322B、凹槽；33B、挂钩；331B、挂钩伸缩弹簧；332B、 撞击柱；34B、弹射控制盒；341B、扳机片；3411B、扳机片固定簧；3412B、 扳机片转动轴；342B、刀片卡锁；3421B、刀片卡锁固定簧；3422B、刀片卡锁 转动轴；35B、斩缆机构固定块；4、钢丝绳；0、电缆。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例 性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了 更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表 实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能 省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发 明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描 述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方 位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性 说明，不能理解为对本专利的限制。

一、海底热流探针结构

本发明自浮式海底热流长期观测基站中的海底热流探针24，如图1所示， 它主要由探针长杆2401和探针仓体2402构成；所述的探针长杆2401为中空结 构的圆柱，其一端与所述的探针仓体2402通过螺纹连接，其另一端由可拆卸的 圆锥状探针头2403封闭；如图1和3所示，所述的探针仓体2402内部设有测 温电路板2404，外部设有电缆接头出口2405和导热油灌油口2406；如图2所 示，所述的热流探针内部设有至少4个温度传感器2407，其一端的温度探头2408 在所述的探针长杆2401内部空间沿轴向等间距分布(每两个温度探头2408之 间间隔30cm)其另一端深入所述的探针仓体2402内固定并通过导线与测温电 路板2404相连(参见图1、3和4)；如图2所示，在所述的探针长杆2401内， 每两个所述的温度探头2408之间设置2个垂直于长杆轴的热对流屏蔽片2409 (每两个热对流屏蔽片2409之间间隔10cm)，所述的热对流屏蔽片2409是聚 丙烯纤维以放射状形式构成的圆片型毛刷；所述的测温电路板2404发出的电缆 通过电缆接头出口2405与外部主控系统相连；所述的导热油灌油口2406通过 灌油导管2410通向所述的探针长杆2401内部。

如图2-4所示，在所述的热流探针内部进一步设置一固定杆2411，所述的 固定杆2411是一端套有中空螺栓的细长杆，其无螺栓部分处于所述的探针长杆 2401内部，贯穿整个探针长杆2401，并与所述的探针头2403螺纹连接(参见 图2)，在另一端的螺栓头部围绕细长杆与螺栓头部连接的位置开设3个以上的 通孔(参见图3和4)；所述的中空螺栓与探针长杆和探针仓体相连的结构螺纹 连接(参见图3和4)；所述的热对流屏蔽片与温度传感器的温度探头均固定在 所述的固定杆的细长杆上，温度传感器的另一端穿过所述通孔进入所述的探针 仓体内(参见图3和4)。

所述的各螺纹连接处、所示的电缆接头出口、导热油灌油口、以及探针长 杆内部与探针仓体内部之间的各种接口处都进行水密处理，例如可以使用橡胶 密封圈、强力胶水等进行水密处理。

二、用于自浮式海底热流长期观测基站的电缆斩断机构A

如图5和6所示，电缆斩断机构主要由刀片盒31A、电缆压板32A和活动 挂钩33A组成；所述的电缆压板32A为厚度在电缆直径2倍以上的水平放置的 长方体，在所述长方体下表面开有相互垂直的十字形凹槽，其中较深的凹槽321A 深度是较浅的凹槽322A深度的1.2-1.5倍，较浅的凹槽322A宽度足以使电缆嵌 入；所述的刀片盒31A顶部伸入较深的凹槽321A内与电缆压板32A固定连接， 并开设通孔保持较浅凹槽322A的贯通，与较深的凹槽321A的走向平行的某个 侧面露出部分的上2/3段设有纵向延伸的通孔311A；所述的刀片盒31A内部设 有刀片312A，所述的刀片312A刀刃朝上正对较深凹槽321A，刀片312A某一 侧面上设有凸起的圆柱形或棱柱形回位装置3121A，回位装置3121A穿过通孔 311A向刀片盒31A外部凸出，并可在通孔311A内上下滑动；所述刀片312A 下缘固定连接强力压缩弹簧313A，强力压缩弹簧313A被完全压缩后刀片312A 上缘处于刀片盒31A内上1/6处，而强力压缩弹簧313A完全释放后足以使刀片 312A到达较深的凹槽321A内，刀片312A两侧面下部均设有凹陷式卡槽；强力 压缩弹簧313A固定于刀片盒31A内中下部的半开放托架314A上，半开放托架 314A下方和外围设有弹射控制单元，弹射控制单元下方连接所述的活动挂钩 33A；所述的弹射控制单元包括一对转动杆315A、一对支撑板316A和一组强力 扭簧317A；一对转动杆315A对所述的半开放托架314A及其内部的强力压缩弹 簧313A形成包围，每个转动杆315A都由顶端可嵌入刀片312A侧面下部卡槽 内的卡块3151A和倒L型省力杠杆构成，所述倒L型省力杠杆于折点位置固定 于刀片盒31A内侧面并能以固定点为轴整体转动；一对支撑板316A分别固定 于强力扭簧317A的两个末端扭转臂上，并于各自的远端与所述的转动杆315A 底部形成转动连接；所述的强力扭簧317A中部通过钢丝绳连接所述的活动挂钩 33A。

所述的刀片、强力压缩弹簧、强力扭簧等组件均为钛合金材料制成。

三、用于自浮式海底热流长期观测基站的电缆斩断机构B

如图7和8所示，电缆斩断机构主要由刀片盒31B、电缆压板32B、弹射控 制盒34B和活动挂钩33B组成；所述的电缆压板32B为厚度在电缆直径2倍以 上的水平放置的长方体，在所述长方体下表面开有相互垂直的十字形凹槽，其 中较深的凹槽321B深度是较浅的凹槽322B深度的1.2-1.5倍，较浅的凹槽322B 宽度足以使电缆嵌入；所述的刀片盒31B顶部与较深的凹槽321B平行并与电缆 压板32B固定连接，刀片盒31B某个与较深的凹槽321B的走向平行的侧面露 出部分的上2/3段设有纵向延伸的通孔311B；所述的刀片盒31B内部设有刀片 312B，所述的刀片312B刀刃朝上正对较深凹槽321B，刀片312B一面上设有 凸起的圆柱形或棱柱形回位装置3121B，回位装置3121B穿过通孔311B向刀片 盒31B外部凸出，并可在通孔311B内上下滑动，刀片312B另一面中部设有一 凹陷式卡槽3122B；所述刀片312B下缘固定连接强力压缩弹簧313B，强力压 缩弹簧313B被完全压缩后刀片312B上缘处于刀片盒31B内上1/6处，而强力 压缩弹簧313B完全释放后足以使刀片312B到达较深的凹槽321B内；强力压 缩弹簧313B下端固定于刀片盒31B内底表面上；刀片盒31B有通孔311B的一 面下部外接一长方体的斩缆机构固定块35B，刀片盒31B另一面与外接的弹射 控制盒34B相连通；弹射控制盒34B内，上部固定有扳机片341B和刀片卡锁 342B；扳机片341B是整体呈“L”形的曲板，于近拐点处固定在弹射控制盒34B 内侧面上，其远轴端接近水平，近轴端向下，并可以固定点为轴整体转动；刀 片卡锁342B是整体近反“Z”形的曲板，于某一拐点处固定在弹射控制盒34B内 侧面上，并可以固定点为轴整体转动，其远轴端可与扳机片341B的近轴端相扣 搭，其近轴端可嵌入刀片312B的凹陷式卡槽3122B中；扳机片341B和刀片卡 锁342B的远轴端分别通过扳机片固定簧3411B和刀片卡锁固定簧3421B连接 于弹射控制盒34B顶板；弹射控制盒34B下方为活动挂钩33B，活动挂钩33B 上部处于弹射控制盒34B内，并套有活动挂钩伸缩弹簧331B，活动挂钩伸缩弹 簧331B上端与活动挂钩顶部固定连接，下端与弹射控制盒34B内底表面固定连 接，活动挂钩33B顶端设有正对扳机片341B远轴端的撞击柱332B。

所述的刀片、强力压缩弹簧、扳机片、刀片卡锁、扳机片固定簧、刀片卡 锁固定簧、活动挂钩、活动挂钩伸缩弹簧、撞击柱等组件均为钛合金材料制成。

四、自浮式海底热流长期观测基站A

一种自浮式海底热流长期观测基站A，如图9所示，它大体上由回收单元1、 抛弃单元2和实施例2所述的电缆斩断机构A构成；

如图10和11所示，所述的回收单元1设有回收支架，所述的回收支架包 括纵向的中心架11，以及围绕中心架11在水平方向分两层设置的水平架12； 所述的中心架11由纵向的四方棱柱体框架111和从四方棱柱体框架内部1/2高 度处向上延伸出来的一垂直立板112构成；所述的垂直立板112与四方棱柱体 框架111之间固定连接；所述的四方棱柱体框架111内部盛放有2个声学释放器 13，分别悬挂于所述的垂直立板112两侧，所述的声学释放器13底部设有可闭 合挂钩结构131，由声学释放器13内部的步进电机带动其开闭；所述的中心架 11周围设有至少6个浮球14，由所述的两层水平架12支撑；

如图9-14所示，所述的抛弃单元2设有抛弃支架，所述的抛弃支架包括一 顶部表面为正方形的支撑框架21、处于支撑框架21顶部表面上的连接框架22、 处于支撑框架21顶部表面下方的热流探针固定装置23、以及通过热流探针固定 装置23固定于所述支撑框架21下方的实施例1所述的热流探针24；所述的连 接框架22与所述支撑框架21之间固定连接，所述的支撑框架21与热流探针固 定装置23之间固定连接；所述的连接框架22内部设有2个对称平行分布的钢 丝绳张紧部件25；

如图12-14所示，所述的回收单元1和抛弃单元2通过钢丝绳4固定在一起； 所述抛弃单元2的连接框架22顶部表面四个角的位置设有定位孔221；所述回 收单元1的四方棱柱体框架111底部表面四个角的位置设有定位突起1111；所 述的定位孔221与定位突起1111相吻合接触。所述的钢丝绳4穿过连接框架22 内部的两个钢丝绳张紧部件25，两端分别上行跨过连接框架22和四方棱柱体框 架111相接触结构的外边缘，最终呈环状与所述声学释放器13底部的可闭合挂 钩131相钩连；

如图12-14所示，实施例2所述的电缆斩断机构A位于所述抛弃单元2的 连接框架21和回收单元1的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间内，固定 在回收单元1的四方棱柱体框架111底部。

如图9-14所示，所述的抛弃单元2中，热流探针固定装置23为一长度与所 述支撑框架21的高度相等的圆筒，其下端与海底热流探针24固定连接；所述 的热流探针固定装置23内部有电缆接头压管26，起始于海底热流探针24，管 体沿轴向贯穿热流探针固定装置23内部，并穿过支撑框架21顶表面的圆孔进 入连接框架22和回收单元1的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间内，终 端位于电缆斩断机构3的旁边。所述的电缆接头压管26终端设置一上大下小的 塞型螺栓27。

电缆0向上连接回收单元1的浮球14，行经电缆斩断机构A时进入电缆压 板32A较浅凹槽322A，再通过塞型螺栓27进入电缆接头压管26，最终与实施 例1所述的海底热流探针24的电缆接头出口2405相连。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的回收单元1的回收 支架上可以安装各种传感器，包括底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态 传感器；所述的回收单元1的浮球14为密封玻璃球，其中一个浮球为数据采集 仓，里面放置了数采系统，另外一个则放置了电池仓；所述的数据采集仓仓体 预留八个水密电缆接头，供外部传感器接进数据采集仓。所述的电池仓预留四 个接口供外部使用。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的声学释放器的电子、 软件、电源供给等各个功能模块完全独立于海底热流长期观测基站，仅受船载 数据采集控制系统控制；所述的回收单元的回收支架上方还可安装回收旗和无 线电信标。当回收单元漂浮在海面时，回收支架上面的信标露出海面开始工作， 发出信号，科考人员可以通过接收信号打捞到回收单元。并且回收单元上面有 红色的回收旗作为标记，也便于漂浮海面的时候被发现。

所述的自浮式海底热流长期观测基站A使用前，先将需要的传感设备安装 到相应的位置，例如，将底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态传感器等 安装在回收单元的回收支架上；将海底热流探针安装在抛弃单元的支撑框架下 方；将回收单元的数据采集系统与各传感器及热流探针之间通过电缆连接好， 其中，从海底热流探针24出发的电缆0经电缆接头压管26的固定后穿入电缆 斩断机构A的电缆压板32A的较浅凹槽322A，被电缆压板32A固定拉紧，然 后上行与回收单元1的浮球14的水密电缆接头连接好；向下拉动刀片312A侧 面的回位装置3121A以压缩刀片盒31A内的压缩弹簧313A，同时，用张紧的钢 丝绳将海底热流长期观测基站的回收单元和抛弃单元固定，将活动挂钩33A勾 在张紧的钢丝绳上，并调节其与扭簧317A之间的细钢丝绳，使活动挂钩33A 保持拉紧状态，使扭簧317A处于张紧状态，一对支撑板316A水平支撑转动杆 315A的末端，使其顶端的卡块3151A嵌入刀片312A侧面下部的卡槽内卡住蓄 势待发的强力压缩弹簧和刀片；

将上述安装好的自浮式海底热流长期观测基站通过船载方式运达指定海域 投放入海，稳定插入海底沉积物中进行数据采集和观测实验。

海底热流长期观测实验完成后，观测基站会接到船载数据采集控制系统发 出的脱钩命令，固定回收单元和抛弃单元的钢丝绳从张紧状态变为松弛状态， 勾连在钢丝绳上的活动挂钩33A被放松，其上方的刀片盒31A内，在强力扭簧 317A作用下两侧支撑板316A的远端发生相对闭合运动，由此带动与之连接的 转动杆315A以其固定点为轴整体转动，使转动杆315A顶端的一对卡块3151A 脱离刀片312A侧面下部的卡槽位置，此时强力压缩弹簧313A回弹，带动上方 的刀片312A向电缆压板32A较深凹槽321A内弹射，将较浅凹槽322A内被压 紧的电缆斩断，海底热流长期观测基站的回收单元和抛弃单元之间断开连接； 最终回收单元利用浮力向海面上浮，被科考人员发现并回收，而抛弃单元留在 海底。

正常情况下，回收单元1和抛弃单元2的分离首先启动上述电缆斩断机构， 如果斩断成功，回收单元1正常上浮；如果斩断不成功、或者部分斩断时，本 发明优选的方案在电缆接头压管26末段设置了塞型螺栓27，将电缆接头压管 26中电缆的受力位置集中到塞型螺栓27上面，在回收单元1上浮的过程中，回 收单元1和抛弃单元2分离，进而电缆接头压管26随回收单元上浮，压紧的力 消失，此时可利用浮力拔出电缆，保证系统正常上浮。

五、自浮式海底热流长期观测基站B

一种自浮式海底热流长期观测基站B，它大体上由回收单元1、抛弃单元2 和实施例3所述的电缆斩断机构B构成，与第四部分所述的自浮式海底热流长 期观测基站A相比，区别特征仅在于使用的电缆斩断机构不同，所述的电缆斩 断机构B通过斩缆机构固定块35B固定于回收单元1的四方棱柱体框架111底 部；自浮式海底热流长期观测基站B的整体结构可参考图8-11。

所述的自浮式海底热流长期观测基站B中，电缆0向上连接回收单元1的 浮球14，行经电缆斩断机构B时进入电缆压板32B较浅凹槽322B，再通过塞 型螺栓27进入电缆接头压管26，最终与实施例1所述的海底热流探针24的电 缆接头出口2405相连。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的回收单元1的回收 支架上可以安装各种传感器，包括底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态 传感器；所述的回收单元1的浮球14为密封玻璃球，其中一个浮球为数据采集 仓，里面放置了数采系统，另外一个则放置了电池仓；所述的数据采集仓仓体 预留八个水密电缆接头，供外部传感器接进数据采集仓。所述的电池仓预留四 个接口供外部使用。

本发明的自浮式海底热流长期观测基站结构中，所述的声学释放器的电子、 软件、电源供给等各个功能模块完全独立于自浮式海底热流长期观测基站，仅 受船载数据采集控制系统控制；所述的回收单元的回收支架上方还可安装回收 旗和无线电信标。当回收单元漂浮在海面时，回收支架上面的信标露出海面开 始工作，发出信号，科考人员可以通过接收信号打捞到回收单元。并且回收单 元上面有红色的回收旗作为标记，也便于漂浮海面的时候被发现。

所述的自浮式海底热流长期观测基站B使用前，先将需要的传感设备安装 到相应的位置，例如，将底水温度传感器、深海压力传感器和/或姿态传感器等 安装在回收单元的回收支架上；将海底热流探针安装在抛弃单元的支撑框架下 方；将回收单元的数据采集系统与各传感器及热流探针之间通过电缆连接好， 其中，从海底热流探针24出发的电缆0经电缆接头压管26的固定后穿入电缆 斩断机构B的电缆压板32B的较浅凹槽322B，被电缆压板32B固定拉紧，然 后上行与回收单元1的浮球14的水密电缆接头连接好；向下拉动刀片312B侧 面的回位装置3121B以压缩刀片盒31B内的压缩弹簧313B，同时，用张紧的钢 丝绳将自浮式海底热流长期观测基站的回收单元和抛弃单元固定，将活动挂钩 33B勾在张紧的钢丝绳上，使活动挂钩33B保持拉紧状态，弹射控制盒34B内 的挂钩伸缩弹簧331B被充分压缩；同时将弹射控制盒34B内的刀片卡锁342B 近轴端嵌入回位的刀片312B的凹陷式卡槽3122B内，卡住蓄势待发的强力压缩 弹簧和刀片，刀片卡锁342B的远轴端压于扳机片341B近轴端下方。

海底热流长期观测实验完成后，观测基站接到船载数据采集控制系统发出 的脱钩命令，固定回收单元和抛弃单元的钢丝绳从张紧状态变为松弛状态，勾 连在钢丝绳上的活动挂钩33B被放松，在挂钩伸缩弹簧331B的弹力作用下，活 动挂钩33B迅速向上弹起，用其顶部的撞击柱332B撞击扳机片341B远轴端， 扳机片整体以扳机片转动轴3412B为轴转动，利用杠杆原理使扳机片341B近轴 端向下转动，带动刀片卡锁342B远轴端向下转动，同样利用杠杆原理使刀片卡 锁342B近轴端发生转动脱离刀片312B的凹陷式卡槽3122B，此时强力压缩弹 簧313B回弹，带动上方的刀片312B向电缆压板32B较深凹槽321B内弹射， 将较浅凹槽322B内被压紧的电缆斩断，自浮式海底热流长期观测基站的回收单 元和抛弃单元之间断开连接；最终回收单元利用浮力向海面上浮，被科考人员 发现并回收，而抛弃单元留在海底。

正常情况下，回收单元1和抛弃单元2的分离首先启动上述电缆斩断机构3， 如果斩断成功，回收单元1正常上浮；如果斩断不成功、或者部分斩断时，本 发明优选的方案在电缆接头压管26末段设置了塞型螺栓27，将电缆接头压管 26中电缆的受力位置集中到塞型螺栓27上面，在回收单元1上浮的过程中，回 收单元1和抛弃单元2分离，进而电缆接头压管26随回收单元上浮，压紧的力 消失，此时可利用浮力拔出电缆，保证系统正常上浮。