海底觀測網水下主基站制造技術

本發明專利技術涉及一種海底觀測網水下主基站，包括防拖網結構和功能單元，防拖網結構為整體式橢球面結構，由保護罩組件、支撐骨架組件、底部支撐組件和底部封閉組件通過螺栓和螺母相互連接而成，功能單元安裝在防拖網結構內，由海纜終端組件、電力單元組件、通信單元組件、接海陰極組件和濕插拔連接器組件通過水密連接器和水密纜相互連接而成。水下主基站通過含海底中繼器和海底分支器的標準單極光電復合通信海纜連接至岸基站，采用以海水作為電流回路的負高壓單極直流輸電和有中繼的波分復用光纖通信，并通過海纜分段繼電保護來提高海底觀測網的可靠性。本發明專利技術結構簡單、體積緊湊和布放穩定，能降低外力破壞的風險，并減少泥沙沉積，還具有輸電效率高、通信容量大和傳輸距離遠的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于海底觀測
，涉及一種海底觀測網水下主基站，尤其涉及一種采用整體式橢球面防拖網結構、分段保護的負高壓單極直流輸電和有中繼的波分復用光纖通信的海底觀測網水下主基站。
技術介紹
海洋占地球表面70%以上，極大影響著全球環境和氣候變化，且蘊藏著巨大的能源和資源，是人類可持續發展的基礎，因此理解其運行機理對于人類文明的發展極為重要。而要理解海洋必須有目的地對海洋開展長期實時觀測，但其巨大體量很多年來嚴重阻礙了人類深入觀測其內部的復雜動態過程，造成了觀測數據的嚴重缺乏。傳統的海洋觀測方式中占主導地位的是船基考察方式，主要是從船上用科學儀器直接觀測海洋，這種方式受制于船時和天氣等因素，只能斷斷續續地觀測，獲取零零散散的數據。通過船只布放的自容式或錨系式的著底器只能支持少量海底設備的短期供電，且無法實時傳輸數據，并需要較為頻繁的定期維護。各種水下機器人，包括載人深潛器、遙控運載器、自主機器人、海底爬行車和水下滑翔機等，是海底探測的有力工具，但也無法長期蹲守海底，且仍不同程度受制于船時等因素。衛星遙測遙感對地觀測系統使人類可長期觀測地面和海面，但無法穿透巨厚的海水直接觀測海底。只有通過長期連續觀測實現原位蹲點，獲得大量高分辨率的時空序列參數，才能夠捕捉海洋中存在著海底火山噴發、地震、海嘯、滑坡和風暴潮等很多重要的突發現象，也才能更有效地理解海洋中存在著板塊運動、海洋沉積、海洋酸化、生物多樣性和物質循環等很多重要的長期過程。海底觀測網可滿足這些關乎社會經濟發展的重大科學需求，并被列入2013年國務院討論通過的《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃2012-2030年》中，即通過海纜連接陸地和海底，實現長期實時觀測較廣范圍的海底區域，被稱為國際海洋科技領域的革命。該領域國內外尚處于起步階段，而水下主基站是海底觀測網的核心組網裝備，在現有技術中存在以下缺點：采用分體式梯形防脫網結構，結構復雜、體積大和成本高，且海底長期布放穩定性差，易被漁業拖網等外力破壞；采用雙極供電或恒流供電，導致海底觀測網在海纜上的電能損耗大、輸電效率低和供電能力差，且在海纜發生接地故障的情況下，易引起全系統崩潰，因此運行可靠性低；采用非中繼的單波長光纖通信，所有水下主基站共用同一波長傳輸數據，因此傳輸距離短、通信容量小和數據傳輸速率低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種海底觀測網水下主基站，所述水下主基站通過含海底中繼器和海底分支器的標準單極光電復合通信海纜連接至岸基站，采用結構簡單、體積緊湊和布放穩定的整體式橢球面防拖網結構，采用輸電效率高的負高壓直流恒壓方式并聯供電，采用通信容量大和傳輸距離遠的有中繼波分復用光纖通信，并通過海纜分段繼電保護來提高海底觀測網的可靠性。本專利技術的技術方案是：所述海底觀測網水下主基站，包括防拖網結構100和功能單元200，所述功能單元200安裝在防拖網結構100內：所述防拖網結構100由保護罩組件110、支撐骨架組件120、底部支撐組件130和底部封閉組件140組成，所述保護罩組件110為近橢球面結構，通過支撐骨架組件120支撐，支撐骨架組件120安裝在底部支撐組件130上，底部支撐組件130固定于底部封閉組件140上方；所述支撐骨架組件120包括支撐骨架連接塊121、外圍支撐骨架123和中心支撐骨架125，支撐骨架連接塊121為十二邊形結構，其相隔的六個側面上開有圓孔，外圍支撐骨架123的一端固定于支撐骨架連接塊121的圓孔內，所述支撐骨架連接塊121的中心設有螺紋孔，所述螺紋孔用于連接中心支撐骨架125一端，所述支撐骨架連接塊121上還設有弧形吊耳，用于布放和回收過程中起吊水下主基站；所述底部支撐組件130由底部支撐架131和布放輔助吊耳132組成，底部支撐架131為近橢圓形結構，所述底部支撐架131由橫梁、縱梁和橢圓環組成，橢圓環內沿橫向和縱向布置有若干橫梁和縱梁，使底部支撐架131呈網格狀的結構，所述外圍支撐骨架123和中心支撐骨架125的另一端分別固定于橫梁和縱梁連接處；所述布放輔助吊耳132布置于橫梁或縱梁上；所述底部封閉組件140由底部封閉板141和底部支撐腳142組成；底部支撐腳142均勻分布于底部封閉板141底部的四周；所述功能單元200包括海纜終端腔體211、電力單元腔體221、通信單元腔體231、接海陰極241、濕插拔連接器插頭、水密連接器和水密纜，所述海纜終端腔體211一端連接至分支海纜末端，另一端安裝有第一水密連接器261和第二水密連接器262，所述海纜終端腔體211將海纜內的供電導線和通信光纖分離，所述供電導線和通信光纖在海纜終端腔體內部分別連接至第一水密連接器261和第二水密連接器262，所述海纜終端腔體211通過第一水密纜271連接至電力單元腔體221，所述海纜終端腔體211通過第二水密纜272連接至通信單元腔體231，所述電力單元腔體221與通信單元腔體231之間分別通過第三水密連接器263、第三水密纜273以及第四水密連接器264、第四水密纜274進行連接，所述接海陰極241通過第五水密連接器265和第五水密纜275連接至電力單元腔體221，所述濕插拔連接器插頭254通過濕插拔連接器插座251、第六水密連接器266和第六水密纜276連接至通信單元腔體231；所述電力單元腔體221將-6kV至-12kV的負高壓直流電降壓變換為375V直流電后，再將該375V直流電通過第三水密連接器263和第三水密纜273輸送至通信單元腔體231，所述通信單元腔體231通過濕插拔連接器插座251和濕插拔連接器插頭254連接至海底機器人或儀器平臺，并通過第四水密連接器264和第四水密纜274采集電力單元腔體221的運行狀態數據；所述通信單元腔體231內設有光纖通信模塊和電能監控模塊，通過光纖通信模塊控制海底機器人或儀器平臺的數據傳輸，并將海底機器人或儀器平臺的科學數據發送至數據服務器334，通過電能監控模塊控制海底機器人或儀器平臺的供電通斷，并將水下主基站的狀態數據發送至數據服務器334。本專利技術中，所述海纜終端腔體211外罩有海纜終端保護罩212，海纜終端保護罩212通過海纜終端上夾具213和海纜終端下夾具214固定于底部支撐架131上。本專利技術中，所述電力單元腔體221外罩有電力單元保護罩222，所述電力單元保護罩222通過電力單元上夾具223和電力單元下夾具224固定于底部支撐架131上。本專利技術中，所述通信單元腔體231外罩有通信單元保護罩232，所述通信單元保護罩232通過通信單元上夾具233和通信單元下夾具234固定于底部支撐架131上。本專利技術中，所述接海陰極241通過接海陰極上夾具242和接海電極下夾具243固定于底部支撐架131上。本專利技術中，所述保護罩組件110由橢球面保護罩111、安裝檢修窗112、濕插拔操作門114、濕插拔操作門栓115和濕插拔操作門栓支撐塊113組成，所述安裝檢修窗112通過螺栓固定于橢球面保護罩111的前后表面，所述橢球面保護罩111兩側分別設置有濕插拔操作門114，所述濕插拔操作門114一側通過轉軸與橢球面保護罩111活動連接，另一側通過轉軸與濕插拔操作門栓115活動連接，所述濕插拔操作門栓115可繞其轉軸轉動，所述橢球面保護罩111上設有濕本文檔來自技高網...

【技術保護點】
所述海底觀測網水下主基站，其特征在于包括防拖網結構(100)和功能單元(200)，所述功能單元(200)安裝在防拖網結構(100)內：所述防拖網結構(100)由保護罩組件(110)、支撐骨架組件(120)、底部支撐組件(130)和底部封閉組件(140)組成，所述保護罩組件(110)為近橢球面結構，通過支撐骨架組件(120)支撐，支撐骨架組件(120)安裝在底部支撐組件(130)上，底部支撐組件(130)固定于底部封閉組件(140)上方；所述支撐骨架組件(120)包括支撐骨架連接塊(121)、外圍支撐骨架(123)和中心支撐骨架(125)，支撐骨架連接塊(121)為十二邊形結構，其相隔的六個側面上開有圓孔，外圍支撐骨架(123)的一端固定于支撐骨架連接塊(121)的圓孔內，所述支撐骨架連接塊(121)的中心設有螺紋孔，所述螺紋孔用于連接中心支撐骨架(125)一端，所述支撐骨架連接塊(121)上還設有弧形吊耳，用于布放和回收過程中起吊水下主基站；所述底部支撐組件(130)由底部支撐架(131)和布放輔助吊耳(132)組成，底部支撐架(131)為近橢圓形結構，所述底部支撐架(131)由橫梁、縱梁和橢圓環組成，橢圓環內沿橫向和縱向布置有若干橫梁和縱梁，使底部支撐架(131)呈網格狀的結構，所述外圍支撐骨架(123)和中心支撐骨架(125)的另一端分別固定于橫梁和縱梁連接處；所述布放輔助吊耳(132)布置于橫梁或縱梁上；所述底部封閉組件(140)由底部封閉板(141)和底部支撐腳(142)組成；底部支撐腳(142)均勻分布于底部封閉板(141)底部的四周；所述功能單元(200)包括海纜終端腔體(211)、電力單元腔體(221)、通信單元腔體(231)、接海陰極(241)、濕插拔連接器插頭、水密連接器和水密纜，所述海纜終端腔體(211)一端連接至分支海纜末端，另一端安裝有第一水密連接器(261)和第二水密連接器(262)，所述海纜終端腔體(211)將海纜內的供電導線和通信光纖分離，所述供電導線和通信光纖在海纜終端腔體內部分別連接至第一水密連接器(261)和第二水密連接器(262)，所述海纜終端腔體(211)通過第一水密纜(271)連接至電力單元腔體(221)，所述海纜終端腔體(211)通過第二水密纜(272)連接至通信單元腔體(231)，所述電力單元腔體(221)與通信單元腔體(231)之間分別通過第三水密連接器(263)、第三水密纜(273)以及第四水密連接器(264)、第四水密纜(274)進行連接，所述接海陰極(241)通過第五水密連接器(265)和第五水密纜(275)連接至電力單元腔體(221)，所述濕插拔連接器插頭(254)通過濕插拔連接器插座(251)、第六水密連接器(266)和第六水密纜(276)連接至通信單元腔體(231)；所述電力單元腔體(221)將?6kV至?12kV的負高壓直流電降壓變換為375V直流電后，再將該375V直流電通過第三水密連接器(263)和第三水密纜(273)輸送至通信單元腔體(231)，所述通信單元腔體(231)通過濕插拔連接器插座(251)和濕插拔連接器插頭(254)連接至海底機器人或儀器平臺，并通過第四水密連接器(264)和第四水密纜(274)采集電力單元腔體(221)的運行狀態數據；所述通信單元腔體(231)內設有光纖通信模塊和電能監控模塊，通過光纖通信模塊控制海底機器人或儀器平臺的數據傳輸，并將海底機器人或儀器平臺的科學數據發送至數據服務器(334)，通過電能監控模塊控制海底機器人或儀器平臺的供電通斷，并將水下主基站的狀態數據發送至數據服務器(334)。...

【技術特征摘要】
1.所述海底觀測網水下主基站，其特征在于包括防拖網結構(100)和功能單元(200)，所述功能單元(200)安裝在防拖網結構(100)內：所述防拖網結構(100)由保護罩組件(110)、支撐骨架組件(120)、底部支撐組件(130)和底部封閉組件(140)組成，所述保護罩組件(110)為近橢球面結構，通過支撐骨架組件(120)支撐，支撐骨架組件(120)安裝在底部支撐組件(130)上，底部支撐組件(130)固定于底部封閉組件(140)上方；所述支撐骨架組件(120)包括支撐骨架連接塊(121)、外圍支撐骨架(123)和中心支撐骨架(125)，支撐骨架連接塊(121)為十二邊形結構，其相隔的六個側面上開有圓孔，外圍支撐骨架(123)的一端固定于支撐骨架連接塊(121)的圓孔內，所述支撐骨架連接塊(121)的中心設有螺紋孔，所述螺紋孔用于連接中心支撐骨架(125)一端，所述支撐骨架連接塊(121)上還設有弧形吊耳，用于布放和回收過程中起吊水下主基站；所述底部支撐組件(130)由底部支撐架(131)和布放輔助吊耳(132)組成，底部支撐架(131)為近橢圓形結構，所述底部支撐架(131)由橫梁、縱梁和橢圓環組成，橢圓環內沿橫向和縱向布置有若干橫梁和縱梁，使底部支撐架(131)呈網格狀的結構，所述外圍支撐骨架(123)和中心支撐骨架(125)的另一端分別固定于橫梁和縱梁連接處；所述布放輔助吊耳(132)布置于橫梁或縱梁上；所述底部封閉組件(140)由底部封閉板(141)和底部支撐腳(142)組成；底部支撐腳(142)均勻分布于底部封閉板(141)底部的四周；所述功能單元(200)包括海纜終端腔體(211)、電力單元腔體(221)、通信單元腔體(231)、接海陰極(241)、濕插拔連接器插頭、水密連接器和水密纜，所述海纜終端腔體(211)一端連接至分支海纜末端，另一端安裝有第一水密連接器(261)和第二水密連接器(262)，所述海纜終端腔體(211)將海纜內的供電導線和通信光纖分離，所述供電導線和通信光纖在海纜終端腔體內部分別連接至第一水密連接器(261)和第二水密連接器(262)，所述海纜終端腔體(211)通過第一水密纜(271)連接至電力單元腔體(221)，所述海纜終端腔體(211)通過第二水密纜(272)連接至通信單元腔體(231)，所述電力單元腔體(221)與通信單元腔體(231)之間分別通過第三水密連接器(263)、第三水密纜(273)以及第四水密連接器(264)、第四水密纜(274)進行連接，所述接海陰極(241)通過第五水密連接器(265)和第五水密纜(275)連接至電力單元腔體(221)，所述濕插拔連接器插頭(254)通過濕插拔連接器插座(251)、第六水密連接器(266)和第六水密纜(276)連接至通信單元腔體(231)；所述電力單元腔體(221)將-6kV至-12kV的負高壓直流電降壓變換為375V直流電后，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂楓，周懷陽，吳正偉，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31