專利名稱：浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋浮標(biāo)與水下傳感器之間電能供給與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，屬于信息技術(shù)及自動(dòng)化領(lǐng)域。具體講，涉及浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置。
背景技術(shù)：
海洋浮標(biāo)系統(tǒng)是一種全天候、全自動(dòng)、長(zhǎng)期運(yùn)行的大型自動(dòng)化海洋儀器設(shè)備，要求能夠不間斷常年在海上穩(wěn)定的運(yùn)行。浮標(biāo)用于監(jiān)測(cè)海洋信息的傳感系統(tǒng)分為兩部分，一部分為水上傳感器系統(tǒng)，一部分為水下傳感器系統(tǒng)。水上傳感器可以將搜集到的信息方便的通過水上的數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)發(fā)射給地面接收站，而水下傳感器不僅需要解決長(zhǎng)時(shí)間供電的問題，同時(shí)還需要能夠與水上機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定可靠的通信，所以水下傳感器系統(tǒng)的連續(xù)工作能力以及其與水上系統(tǒng)通信的可靠性決定了浮標(biāo)系統(tǒng)的性能。目前，浮標(biāo)系統(tǒng)對(duì)水下傳感器供電方法有兩種第一種是自容式供電，即用水下傳感器自身攜帶的電池來為自己供電；第二種是接觸式導(dǎo)線供電，即水面上的浮標(biāo)通過導(dǎo)線把電能傳輸給水下傳感器。采用自容式供電方式的浮標(biāo)系統(tǒng)需要定期打撈水下傳感器系統(tǒng)，給水下傳感器系統(tǒng)更換電池，這是一項(xiàng)耗費(fèi)巨大的工程。導(dǎo)線傳輸方法有線路接頭容易腐蝕、海水沖力會(huì)導(dǎo)致接頭松動(dòng)或脫離、導(dǎo)線強(qiáng)度低，在海水的長(zhǎng)期作用下會(huì)發(fā)生斷裂等缺點(diǎn)。浮標(biāo)系統(tǒng)的水下傳感器與浮標(biāo)之間的數(shù)據(jù)傳輸方法有導(dǎo)線傳輸、聲納傳輸以及基于電磁耦合原理的非接觸傳輸方法，導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù)有著和導(dǎo)線傳輸電能相同的缺點(diǎn)，聲納傳輸方法有著如下缺點(diǎn)每個(gè)傳感器都配置聲納導(dǎo)致造價(jià)昂貴；耗能大，水聲是發(fā)散性傳播，要求聲納有較大的發(fā)射功率；通信距離受限，傳感器部署深度受到限制。迄今為止，浮標(biāo)系統(tǒng)的水下傳感器基本上都是自容式供電的，美國(guó)威斯康辛大學(xué)研制了基于電磁耦合原理實(shí)現(xiàn)了非接觸工頻(50Hz)交流電傳輸，由于采用了工頻交流電， 所以電磁耦合器的體積和質(zhì)量很大。我國(guó)生產(chǎn)的浮標(biāo)沒有水下電能補(bǔ)給的功能，水下傳感系統(tǒng)的電能來自自身攜帶的電池。采用電磁耦合原理實(shí)現(xiàn)非接觸高頻交流電傳輸?shù)姆绞浇o水下傳感器系統(tǒng)供電的研究還很少見，但從水下傳感系統(tǒng)供電的發(fā)展趨勢(shì)上看，非接觸電磁感應(yīng)方式具有相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)，是該領(lǐng)域的研究方向。同時(shí)，基于電磁耦合原理的非接觸傳輸方法因具有很多的適宜于深海數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，已成為該領(lǐng)域的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)， 國(guó)際上鮮有成熟技術(shù)的報(bào)道，而我國(guó)在這方面的研究才剛剛開始。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足傳統(tǒng)浮標(biāo)系統(tǒng)中水下傳感器供電與數(shù)據(jù)傳輸方面的需求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置，構(gòu)成為水上系統(tǒng)102和水上系統(tǒng)電磁耦合器103安裝在浮標(biāo)體101內(nèi)部，水上系統(tǒng)電磁耦合器103的輸出端纏繞鋼纜環(huán)106，鋼纜環(huán)106的其余部分置于水下，連接到用于固定浮標(biāo)體 101的錨系108上，水上系統(tǒng)102的逆變電路202的輸出端就是水上系統(tǒng)電磁耦合器103的初級(jí)，鋼纜環(huán)106就是水上系統(tǒng)電磁耦合器103的次級(jí)，在水下安裝傳感器端的位置安裝水下系統(tǒng)電磁耦合器105，水下系統(tǒng)電磁耦合器105的輸出端連接水下傳感器系統(tǒng)107的輸入端，鋼纜環(huán)106即為水下系統(tǒng)電磁耦合器105的初級(jí)，水下傳感器系統(tǒng)107的輸入端即為水下系統(tǒng)電磁耦合器105的次級(jí)，反饋磁環(huán)104的初級(jí)連到鋼纜環(huán)106，次級(jí)連到水上系統(tǒng) 102采樣電路205的輸入端，以獲取鋼纜上逆變電壓的幅值。所述的水上系統(tǒng)102包括主控中心201、逆變電路202、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1、隔離電路 1、采樣電路205，其中主控中心201分別與逆變電路202和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1互聯(lián)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1和隔離電路1互聯(lián)，采樣電路205輸出端連接主控中心201的輸入端。所述的逆變電路202由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路301、全橋推免變換器302、過電流保護(hù)電路303組成，其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路301輸出端連接全橋推免變換器302輸入端，過電流保護(hù)電路303用于保護(hù)全橋推免變換器302，逆變電路202實(shí)現(xiàn)直流到交流方波的轉(zhuǎn)變。所述的水上系統(tǒng)102結(jié)合反饋磁環(huán)104實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纜環(huán)106上傳輸?shù)碾娔艿拈]環(huán)反饋。所述的水上系統(tǒng)電磁耦合器103和水下系統(tǒng)電磁耦合器107結(jié)構(gòu)相同，由兩個(gè)完全相同的磁芯401組成，通過鎖緊孔固定在鋼纜環(huán)106上。所述的水下傳感器系統(tǒng)107包括整流穩(wěn)壓模塊602、超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊603、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2、穩(wěn)壓模塊605、隔離電路2，其中數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2和隔離電路2互聯(lián)，整流穩(wěn)壓模塊602輸出端連接超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊603，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊603輸出端連接穩(wěn)壓模塊605 的輸入端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2的電源輸入端連接穩(wěn)壓模塊605的輸出端。所述的水上系統(tǒng)102和水下傳感器系統(tǒng)107之間傳輸?shù)碾娔芎蛿?shù)據(jù)通過水上系統(tǒng)電磁耦合器103、水下系統(tǒng)電磁耦合器105和鋼纜環(huán)106實(shí)現(xiàn)高頻電磁耦合，最終實(shí)現(xiàn)電能在鋼纜環(huán)106上的傳輸。所述的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2通過頻率鍵控FSK方式來調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)，通過頻分復(fù)用技術(shù)最終達(dá)到電能和數(shù)據(jù)通在同一條鋼纜環(huán)106上的傳輸。所述的鋼纜環(huán)106還起到固定浮標(biāo)體101的作用。本發(fā)明的有益效果是1、基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行浮標(biāo)系統(tǒng)非接觸電能補(bǔ)給和數(shù)據(jù)傳輸，各設(shè)備之間通過電磁耦合的方式傳遞信號(hào)，彼此相互絕緣，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)電磁耦合器初、次級(jí)可以相互分離，位置部署方便。2、在該技術(shù)中，結(jié)合浮標(biāo)的特殊工作環(huán)境，以鋼纜環(huán)為傳輸介質(zhì)傳輸電能的方式在同一條鏈路上實(shí)現(xiàn)電能及數(shù)據(jù)的傳輸，構(gòu)成浮標(biāo)錨系的鋼纜機(jī)械性能好、能量消耗低，鋼纜外絕緣層能隔離海水，抗腐蝕性好，保證了電能傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?、根據(jù)需要，水下不同深度可以安裝多個(gè)水下傳感器系統(tǒng)，各水下傳感器系統(tǒng)之間相互絕緣，水下傳感器系統(tǒng)之間工作互不影響，可靠性高，同時(shí)安裝方便。4、以同軸繞組耦合方式實(shí)現(xiàn)電能和數(shù)據(jù)從水上系統(tǒng)到水下傳感器系統(tǒng)的耦合，提高了電能傳輸效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?、利用頻分復(fù)用技術(shù)在同一條傳輸鏈路上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電能的傳輸，這樣就使浮標(biāo)具有了實(shí)時(shí)電能補(bǔ)給能力和數(shù)據(jù)傳輸功能。本發(fā)明能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)水下傳感器系統(tǒng)的電能補(bǔ)給、浮標(biāo)體與水下傳感器之系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量的功能，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方
4便、可靠性高等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明水上系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明水上系統(tǒng)的逆變電路功能結(jié)構(gòu)框圖。圖4是傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型圖。圖5是本發(fā)明水上電磁耦合器和水下電磁耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明水下系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖。圖7是本發(fā)明數(shù)據(jù)調(diào)制方法示意圖。圖8是本發(fā)明電能及數(shù)據(jù)傳輸頻譜圖。
具體實(shí)施例方式采用基于電磁感應(yīng)原理的非接觸電能及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，這種技術(shù)的原理是將傳統(tǒng)的變壓器耦合磁路分開，初、次級(jí)繞組分別繞在不同的磁性結(jié)構(gòu)上，初級(jí)繞組與供電電源相連，次級(jí)繞組與負(fù)載相連，電能通過磁場(chǎng)交換，初、次級(jí)之間不存在物理連接。系統(tǒng)工作時(shí)電源將高頻電流提供給初級(jí)繞組，次級(jí)感應(yīng)出高頻電流，經(jīng)過整流后為負(fù)載供電。數(shù)據(jù)傳輸方面采用頻率鍵控(FSK)方式來調(diào)制數(shù)據(jù)，由于采用了頻率鍵控(FSK)方式，數(shù)據(jù)信號(hào)可以和電能信號(hào)在同一條鏈路上傳輸，由此簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是它是由浮標(biāo)體(101)、錨系(108)、連接浮標(biāo)體(101)和錨系(108)的鋼纜環(huán)(106)、水上系統(tǒng)(102)、與水上系統(tǒng)(102)連接的水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)和反饋磁環(huán)(104)、水下傳感器系統(tǒng)(107)、與水下傳感器系統(tǒng)(107)連接的水下系統(tǒng)電磁耦合器(10 組成。本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)特征如下1、所述的水上系統(tǒng)(10 包括主控中心001)、逆變電路002)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 1 (203)、隔離電路1 004)、采樣電路(205)，其中主控中心(201)與逆變電路(202)和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1(20 互聯(lián)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1(20 和隔離電路1(204)互聯(lián)，采樣電路(205)輸出端連接主控中心O01)的輸入端。2、所述的逆變電路Q02)由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)、全橋推免變換器(302)、過電流保護(hù)電路(303)組成，其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)輸出端連接全橋推免變換器(302)輸入端，過電流保護(hù)電路(303)用于保護(hù)全橋推免變換器(302)，逆變電路(202)實(shí)現(xiàn)直流到交流方波的轉(zhuǎn)變。3、所述的水上系統(tǒng)(102)結(jié)合反饋磁環(huán)(104)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纜環(huán)(106)上傳輸?shù)碾娔艿拈]環(huán)反饋。4、所述的水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)和水下系統(tǒng)電磁耦合器(107)結(jié)構(gòu)相同，由兩個(gè)完全相同的磁芯G01)組成，通過鎖緊孔固定在鋼纜環(huán)(106)上。5、所述的水下傳感器系統(tǒng)(107)包括整流穩(wěn)壓模塊(602)、超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊 (603)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)、穩(wěn)壓模塊(60 、隔離電路2 (606)，其中數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)和隔離電路2(606)互聯(lián)，整流穩(wěn)壓模塊(60 輸出端連接超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(60 輸出端連接穩(wěn)壓模塊(60 的輸入端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)的電源輸入端連接穩(wěn)壓模塊(605)的輸出端。6、所述的水上系統(tǒng)(10 和水下傳感器系統(tǒng)(107)之間傳輸?shù)碾娔芎蛿?shù)據(jù)通過水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)、水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)和鋼纜環(huán)(106)實(shí)現(xiàn)高頻電磁耦合， 最終實(shí)現(xiàn)電能在鋼纜環(huán)(106)上的傳輸。7、所述的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(20 1和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)通過頻率鍵控(FSK)方式來調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)，通過頻分復(fù)用技術(shù)最終達(dá)到電能和數(shù)據(jù)通在同一條鋼纜環(huán)(106)上的傳輸。8、所述的鋼纜環(huán)(106)還起到固定浮標(biāo)體(101)的作用。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各個(gè)部分的構(gòu)造和各部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的說明在圖1中，水上系統(tǒng)(102)和水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)安裝在浮標(biāo)體(101)內(nèi)部，水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的輸出端纏繞鋼纜環(huán)(106)，其余部分置于水下，連接到用于固定浮標(biāo)體(101)的錨系(108)上，這樣，水上系統(tǒng)(102)逆變電路Q02)的輸出端就是水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的初級(jí)，鋼纜環(huán)(106)就是水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的次級(jí)， 在水下安裝傳感器斷的位置安裝水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)，水下系統(tǒng)電磁耦合器(105) 的輸出端連接水下傳感器系統(tǒng)(107)的輸入端，由此，鋼纜環(huán)(106)即為水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)的初級(jí)，水下傳感器系統(tǒng)(107)的輸入端即為水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)的次級(jí)， 反饋磁環(huán)(104)的初級(jí)連到鋼纜環(huán)(106)，次級(jí)連到水上系統(tǒng)(102)采樣電路(205)的輸入端，以獲取鋼纜上逆變電壓的幅值。結(jié)合圖2和圖3，水上系統(tǒng)(102)包括主控中(201)、逆變電路(202)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1 003)、隔離電路1 004)、采樣電路(205)。主控中心(201)與逆變電路(202)和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1(20 互聯(lián)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1(20 和隔離電路1(204)聯(lián)，采樣電路(20 輸出端連接主控中心O01)的輸入端。逆變電路O02)由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)、全橋推免變換器(302)、過電流保護(hù)電路(303)組成，MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)輸出端連接全橋推免變換器 (302)輸入端，過電流保護(hù)電路(303)用于保護(hù)全橋推免變換器(302)，逆變電路(202)實(shí)現(xiàn)直流到交流方波的轉(zhuǎn)變。在圖5中，可以看出水上電磁耦合器(103)和水下電磁耦合器(105)結(jié)構(gòu)相同， 可以拆分為兩個(gè)完全相同的部分，線圈對(duì)稱地繞在磁芯上，這樣安裝時(shí)只需把鋼纜環(huán)(106) 夾在兩塊磁芯G01)中間，然后將兩塊磁芯G01)通過鎖緊孔固定在鋼纜上就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠安裝，同時(shí)電磁耦合器磁芯中引入一定的空氣隙。在圖6中，水下傳感器系統(tǒng)(107)包括整流穩(wěn)壓模塊(602)、超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊 (603)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)、穩(wěn)壓模塊(605)、隔離電路2(606)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)和隔離電路2(606)互聯(lián)，整流穩(wěn)壓模塊(60 輸出端連接超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(60 輸出端連接穩(wěn)壓模塊(60 的輸入端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)的電源輸入端連接穩(wěn)壓模塊(605)的輸出端。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸模塊的幾個(gè)主要功能分別進(jìn)行說明
(一 )電能傳輸水上系統(tǒng)(102)首先要給水下傳感器系統(tǒng)(107)提供電能使其工作。供電步驟如下(1)、水上系統(tǒng)(102)產(chǎn)生逆變信號(hào)。結(jié)合圖2和圖3，產(chǎn)生逆變信號(hào)的過程如下。主控中心(201)發(fā)出一對(duì)帶有死區(qū)的高頻脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)，該P(yáng)WM信號(hào)連到逆變電路O02)的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)輸入端，MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)控制全橋推免變換器(302)的導(dǎo)通和關(guān)斷，產(chǎn)生逆變信號(hào)。(2)、逆變信號(hào)耦合到水下傳感器系統(tǒng)(107)。結(jié)合圖4，水上系統(tǒng)(102)產(chǎn)生的逆變信號(hào)連到水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)，由電磁感應(yīng)原理，通過水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)把逆變信號(hào)傳輸?shù)戒摾|環(huán)(106)，再由鋼纜環(huán) (106)把逆變信號(hào)傳輸?shù)剿聜鞲衅飨到y(tǒng)(107)。(3)、水下傳感器系統(tǒng)(107)存儲(chǔ)電能。結(jié)合圖6，水下傳感器系統(tǒng)(107)首先通過整流穩(wěn)壓模塊(602)把接收到的高頻交變電壓穩(wěn)壓，給超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)充電，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)的輸出電壓再經(jīng)過穩(wěn)壓模塊(605)獲得水下傳感器和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)工作所需的電壓。通過以上三個(gè)步驟可實(shí)現(xiàn)由水上系統(tǒng)(102)到水下傳感器系統(tǒng)(107)的電能傳輸。(二)電能閉環(huán)反饋隨著水下系統(tǒng)個(gè)數(shù)的變化，負(fù)載也在變化，所以需要在不同負(fù)載條件下使鋼纜環(huán) (106)上的電壓維持在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，以保證水下系統(tǒng)能正常接收并存儲(chǔ)電能，所以引入一個(gè)閉環(huán)反饋機(jī)制。結(jié)合圖1和圖2，水上系統(tǒng)(102)通過反饋磁環(huán)(104)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纜環(huán)(106)上傳輸?shù)碾娔艿拈]環(huán)反饋，具體步驟如下反饋磁環(huán)(104)的次級(jí)連接到采樣電路(205)的輸入端，采樣電路(205)把采集到的信號(hào)傳輸?shù)街骺刂行?201)，通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)判斷電能傳輸過程中鋼纜環(huán)(106)上的電平是高于設(shè)定值還是低于設(shè)定值，相應(yīng)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比。(三)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)合圖7，傳輸同電能傳輸采用相同的原理，也是基于電磁耦合原理，傳輸介質(zhì)是構(gòu)成浮標(biāo)錨系的鋼纜環(huán)，數(shù)據(jù)調(diào)制方式采用了頻率鍵控(FSK)調(diào)制方式。數(shù)據(jù)由水上系統(tǒng)(102)傳到水下傳感器系統(tǒng)(107)的過程如下(1)、水上系統(tǒng)(102)調(diào)制并發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)合圖2和圖7，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1 (203)調(diào)制并發(fā)送到水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的初級(jí)。(2)、數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到水下傳感器系統(tǒng)(107)。結(jié)合圖2，水上系統(tǒng)電磁耦合器(10 的初級(jí)接收調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)，由電磁感應(yīng)原理，鋼纜環(huán)(106)上感生同頻率的信號(hào)，經(jīng)鋼纜環(huán)(106)傳輸，通過水下系統(tǒng)電磁耦合器 (105)把信號(hào)傳到水下傳感器系統(tǒng)(107)。(3)、水下傳感器系統(tǒng)(107)解調(diào)接收的數(shù)據(jù)。結(jié)合圖6，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行解調(diào)，最后獲得水上系統(tǒng)(102)發(fā)出的信號(hào)。 數(shù)據(jù)由水下傳感器系統(tǒng)(107)傳到水上系統(tǒng)(10 的過程和上述過程相同。
權(quán)利要求
1.一種浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征是，所述裝置的構(gòu)成為水上系統(tǒng)(102)和水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)安裝在浮標(biāo)體(101)內(nèi)部，水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的輸出端纏繞鋼纜環(huán)(106)，鋼纜環(huán)(106)的其余部分置于水下，連接到用于固定浮標(biāo)體(101)的錨系(108)上，水上系統(tǒng)(102)的逆變電路(202)的輸出端就是水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的初級(jí)，鋼纜環(huán)(106)就是水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)的次級(jí)，在水下安裝傳感器端的位置安裝水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)，水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)的輸出端連接水下傳感器系統(tǒng)(107)的輸入端，鋼纜環(huán)(106)即為水下系統(tǒng)電磁耦合器(105) 的初級(jí)，水下傳感器系統(tǒng)(107)的輸入端即為水下系統(tǒng)電磁耦合器(105)的次級(jí)，反饋磁環(huán) (104)的初級(jí)連到鋼纜環(huán)(106)，次級(jí)連到水上系統(tǒng)(10 采樣電路Q05)的輸入端，以獲取鋼纜上逆變電壓的幅值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的水上系統(tǒng)(102)包括主控中心001)、 逆變電路002)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1 003)、隔離電路1 004)、采樣電路005)，其中主控中心 (201)分別與逆變電路(20 和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1 (203)互聯(lián)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1(20 和隔離電路1(204)互聯(lián)，采樣電路(20 輸出端連接主控中心O01)的輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的逆變電路O02)由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)、全橋推免變換器(302)、過電流保護(hù)電路(303)組成，其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路(301)輸出端連接全橋推免變換器(30 輸入端，過電流保護(hù)電路(30 用于保護(hù)全橋推免變換器(302)，逆變電路(20 實(shí)現(xiàn)直流到交流方波的轉(zhuǎn)變。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的水上系統(tǒng)(102)結(jié)合反饋磁環(huán)(104)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纜環(huán)(106)上傳輸?shù)碾娔艿拈]環(huán)反饋。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)和水下系統(tǒng)電磁耦合器(107)結(jié)構(gòu)相同，由兩個(gè)完全相同的磁芯(401)組成，通過鎖緊孔固定在鋼纜環(huán)(106)上。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的水下傳感器系統(tǒng)(107)包括整流穩(wěn)壓模塊(602)、超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2(604)、穩(wěn)壓模塊(605)、隔離電路 2 (606)，其中數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2 (604)和隔離電路2 (606)互聯(lián)，整流穩(wěn)壓模塊(60 輸出端連接超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(603)，超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊(60 輸出端連接穩(wěn)壓模塊(605)的輸入端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2(604)的電源輸入端連接穩(wěn)壓模塊(605)的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的水上系統(tǒng)(102)和水下傳感器系統(tǒng)(107)之間傳輸?shù)碾娔芎蛿?shù)據(jù)通過水上系統(tǒng)電磁耦合器(103)、水下系統(tǒng)電磁耦合器(105) 和鋼纜環(huán)(106)實(shí)現(xiàn)高頻電磁耦合，最終實(shí)現(xiàn)電能在鋼纜環(huán)(106)上的傳輸。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊003)1和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 2 (604)通過頻率鍵控FSK方式來調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)，通過頻分復(fù)用技術(shù)最終達(dá)到電能和數(shù)據(jù)通在同一條鋼纜環(huán)(106)上的傳輸。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的鋼纜環(huán)(106)還起到固定浮標(biāo)體(101) 的作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及浮標(biāo)與水下傳感器之間電能供給與數(shù)據(jù)傳輸。為滿足浮標(biāo)與水下傳感器供電與數(shù)據(jù)傳輸方面的需求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，浮標(biāo)系統(tǒng)水下傳感器非接觸電能供給與數(shù)據(jù)傳輸裝置，構(gòu)成為水上系統(tǒng)和水上系統(tǒng)電磁耦合器安裝在浮標(biāo)體內(nèi)部，水上系統(tǒng)電磁耦合器的輸出端纏繞鋼纜環(huán)，鋼纜環(huán)的其余部分置于水下，連接到用于固定浮標(biāo)體的錨系上，水上系統(tǒng)的逆變電路的輸出端就是水上系統(tǒng)電磁耦合器的初級(jí)，鋼纜環(huán)就是水上系統(tǒng)電磁耦合器的次級(jí)，水下系統(tǒng)電磁耦合器的輸出端連接水下傳感器系統(tǒng)的輸入端，鋼纜環(huán)即為水下系統(tǒng)電磁耦合器的初級(jí)，水下傳感器系統(tǒng)的輸入端即為水下系統(tǒng)電磁耦合器的次級(jí)。本發(fā)明主要應(yīng)用于海底測(cè)量。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102267542SQ201110112249
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者張強(qiáng), 李醒飛, 林杰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)