CN104029807B - 深海auv接驳平台的无线电能与信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统包括接驳平台侧部分和AUV侧部分；其中接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体，嵌入式PC控制器、全桥逆变器、初级谐振补偿模块以及同轴线装置的初级胶封线圈、接驳平台侧线圈基座、锥形定位筒和接驳平台侧筒状固定架，AUV侧部分包括次级胶封线圈、次级谐振补偿模块、桥式整流器、AUV侧固定架、滤波器、嵌入式Linux控制板以及同轴线装置的AUV侧固定架、AUV侧线圈基座和AUV侧耐压密封腔体。本发明具有结构简单、运行可靠、不受腐蚀等特点，能够增大深海AUV续航能力、提高数据传输实时性，适用于长期置于深海环境，对于提升深海AUV综合能力具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统。
背景技术
深海AUV（水下自主航行器）接驳平台所需的水下接驳技术是一项综合性很强、复杂性很高的技术，而其中的无线电能与信号传输又是一项特别关键、核心的技术。该无线电能与信号传输系统能够增大深海AUV续航能力、提高数据传输实时性，而且在深海环境下还具有结构简单、运行可靠、不受腐蚀等特点，适用于长期置于深海环境，对于提升深海AUV综合能力、充分利用观测网与深海AUV各自优势具有重要意义。但目前尚未见有关深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统，以实现深海AUV在接驳平台的无线电能与信号传输，从而增大深海AUV续航能力，提高获取深海AUV测量数据的实时性。
本发明的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统包括接驳平台侧部分和AUV侧部分；
所述的接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体，嵌入式PC控制器、全桥逆变器、初级谐振补偿模块以及同轴线装置的初级胶封线圈、接驳平台侧线圈基座、锥形定位筒和接驳平台侧筒状固定架，接驳平台侧耐压密封腔体与接驳平台侧筒状固定架刚性连接，接驳平台侧筒状固定架的前端内径扩大，初级胶封线圈套结在接驳平台侧线圈基座上，接驳平台侧线圈基座与接驳平台侧筒状固定架前端固定，初级胶封线圈位于接驳平台侧筒状固定架前端的内径扩大处，接驳平台侧线圈基座的内径与接驳平台侧筒状固定架的内径相同，锥形定位筒与接驳平台侧线圈基座的端面固连，嵌入式PC控制器、全桥逆变器和初级谐振补偿模块安装在接驳平台侧耐压密封腔体中，全桥逆变器与初级谐振补偿模块相连，初级胶封线圈通过两针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体内，与初级谐振补偿模块电气连接，在接驳平台侧筒状固定架上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的接驳平台侧耐压WIFI天线，接驳平台侧耐压WIFI天线通过四针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体内，通过USB接口与嵌入式PC控制器相接；
所述的AUV侧部分包括次级胶封线圈、次级谐振补偿模块、桥式整流器、AUV侧固定架、滤波器、嵌入式Linux控制板以及同轴线装置的AUV侧固定架、AUV侧线圈基座和AUV侧耐压密封腔体，AUV侧固定架的前端具有垂直于轴线的环形面，AUV侧线圈基座以环形面定位套置固定在AUV侧固定架上，次级胶封线圈套结在AUV侧线圈基座上，AUV侧固定架的环形面前侧呈锥状，其锥度与锥形定位筒的锥度相同，AUV侧固定架固定在AUV侧耐压密封腔体的外面，次级谐振补偿模块、桥式整流器、滤波器和嵌入式Linux控制板安装在AUV侧耐压密封腔体中，次级谐振补偿模块、桥式整流器和滤波器依次电气连接；次级胶封线圈通过两针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体内，与次级谐振补偿模块电气连接，在AUV侧固定架上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的AUV侧耐压WIFI天线，AUV侧耐压WIFI天线通过四针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体内，通过USB接口与嵌入式Linux控制板相接；次级胶封线圈的外径小于接驳平台侧筒状固定架的内径2-4mm。
为了便于安装，AUV侧固定架可由两半通过螺栓连接而成。
深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统工作过程如下：
当深海AUV进入接驳平台，利用锥形定位筒完成正常对接后，接驳平台侧的初级胶封线圈和AUV侧的次级胶封线圈处于电磁耦合位置，操作人员可通过上位机控制嵌入式PC控制器来启动深海AUV与接驳平台之间的无线电能与信号传输。对接平台从观测网接驳站获取的直流电通过全桥逆变器逆变为交流电；由接驳平台侧的初级胶封线圈和AUV侧的次级胶封线圈组成的耦合器通过非接触电磁耦合方式将接驳平台侧的交流电无线传输至AUV侧；同时为了获取最大传输效率，接驳平台侧初级胶封线圈和AUV侧次级胶封线圈分别通过初级谐振补偿模块和次级谐振补偿模块进行谐振频率补偿；AUV侧再通过桥式整流器和滤波器的整流与滤波作用获得满足设计要求的直流电；于是，通过上述过程，该系统就实现了从接驳平台侧到深海AUV侧的无线电能传输，并且可通过上位机远程控制该功能。深海AUV与接驳平台之间的无线信号传输是通过TCP/IP通信协议实现的；深海AUV侧的数据传输控制器为嵌入式Linux控制板，接驳平台侧的数据传输控制器为嵌入式PC控制器；深海AUV侧的防水耐压处理的无线WIFI天线与接驳平台侧的防水耐压处理的无线WIFI天线均可以直接裸露在深海环境，并且AUV的WIFI天线与接驳平台的WIFI天线能够近距离进行无线电磁波传输，从而实现深海水下无线信号传输；该无线信号传输可实现全双工高速通行，并且也可以通过上位机实现远程控制。
本发明的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统充分考虑了深海高压环境的特殊性与挑战性，并通过采用环氧树脂对线圈进行密封、外加耐压保护套于WIFI天线外侧、选用无芯线圈组成耦合器、选取电能谐振补偿等方式，实现了可靠、可控的无线电能与信号传输。对接成功后，接驳平台与深海AUV通过无线信号传输方式获取深海AUV相关信息，并根据AUV电量状况，适时启动无线电能传输功能，从而增大深海AUV航程、提高数据传输实时性。并且，该系统还具有结构简单、运行可靠、不受腐蚀等特点，适用于长期置于深海环境，这对于提升深海AUV综合能力、充分利用观测网与深海AUV各自优势具有重要意义。
附图说明
图1为接驳平台侧结构示意图；
图2为深海AUV侧结构示意图；
图3为深海AUV与接驳平台正常对接后的示意图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统电气原理框图。
图中：1.接驳平台侧耐压密封腔体，2.嵌入式PC控制器，3.全桥逆变器，4.初级谐振补偿模块，5.初级胶封线圈，6.接驳平台侧线圈基座，7.锥形定位筒，8.
AUV侧耐压密封腔体，9. AUV侧线圈基座，10.次级胶封线圈，11.次级谐振补偿模块，12.桥式整流器，13.AUV侧固定架，14.滤波器，15.嵌入式Linux控制板，16.
AUV侧耐压WIFI天线，17. 接驳平台侧耐压WIFI天线，18.接驳平台侧筒状固定架。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1-图5，本发明的深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统包括接驳平台侧部分和AUV侧部分；
所述的接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体1，嵌入式PC控制器2、全桥逆变器3、初级谐振补偿模块4以及同轴线装置的初级胶封线圈5、接驳平台侧线圈基座6、锥形定位筒7和接驳平台侧筒状固定架18，接驳平台侧耐压密封腔体1与接驳平台侧筒状固定架18刚性连接，接驳平台侧筒状固定架18的前端内径扩大，初级胶封线圈5套结在接驳平台侧线圈基座6上，接驳平台侧线圈基座6与接驳平台侧筒状固定架18前端固定，初级胶封线圈5位于接驳平台侧筒状固定架18前端的内径扩大处，接驳平台侧线圈基座6的内径与接驳平台侧筒状固定架18的内径相同，锥形定位筒7与接驳平台侧线圈基座6的端面固连，嵌入式PC控制器2、全桥逆变器3和初级谐振补偿模块4固定在接驳平台侧耐压密封腔体1中的电路固定板上，全桥逆变器3与初级谐振补偿模块4之间由两孔对插连接器形成电气连接；初级胶封线圈5通过两针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体1内，与初级谐振补偿模块4电气连接，在接驳平台侧筒状固定架18上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的接驳平台侧耐压WIFI天线17，接驳平台侧耐压WIFI天线17通过四针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体1内，通过USB接口与嵌入式PC控制器2相接；
所述的AUV侧部分包括次级胶封线圈10、次级谐振补偿模块11、桥式整流器12、AUV侧固定架13、滤波器14、嵌入式Linux控制板15以及同轴线装置的AUV侧固定架13、AUV侧线圈基座9和AUV侧耐压密封腔体8，AUV侧固定架13的前端具有垂直于轴线的环形面，AUV侧线圈基座9以环形面定位套置固定在AUV侧固定架13上，次级胶封线圈10套结在AUV侧线圈基座9上，AUV侧固定架13的环形面前侧呈锥状，其锥度与锥形定位筒7的锥度相同，AUV侧固定架13固定在AUV侧耐压密封腔体8的外面，次级谐振补偿模块11、桥式整流器12、滤波器14和嵌入式Linux控制板15固定在AUV侧耐压密封腔体8中的电路固定板上，且次级谐振补偿模块11、桥式整流器12和滤波器14通过两孔接线端子依次相连形成电气连接；次级胶封线圈10通过两针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体8内，与次级谐振补偿模块11电气连接，在AUV侧固定架13上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的AUV侧耐压WIFI天线16，AUV侧耐压WIFI天线16通过四针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体8内，通过USB接口与嵌入式Linux控制板15相接；次级胶封线圈10的外径小于接驳平台侧筒状固定架18的内径2-4mm。
上述的嵌入式PC控制器2可以采用倍福嵌入式PC控制器，嵌入式Linux控制板15可以采用ARM嵌入式Linux控制板。
工作过程如下：
当深海AUV进入接驳平台，利用锥形定位筒完成正常对接后，接驳平台侧的初级胶封线圈和AUV侧的次级胶封线圈处于电磁耦合位置，操作人员可通过上位机控制嵌入式PC控制器2来启动深海AUV与接驳平台之间的无线电能与信号传输。对接平台从观测网接驳站获取的直流电通过全桥逆变器3逆变为交流电；接驳平台侧的初级胶封线圈5与AUV侧的次级胶封线圈10无实际线缆连接，由接驳平台侧的初级胶封线圈5和AUV侧的次级胶封线圈10组成的耦合器通过非接触电磁耦合方式将接驳平台侧的交流电无线传输至AUV侧；同时为了获取最大传输效率，接驳平台侧初级胶封线圈5和AUV侧次级胶封线圈10分别通过初级谐振补偿模块4和次级谐振补偿模块11进行谐振频率补偿；AUV侧再通过桥式整流器12和滤波器14的整流与滤波作用获得满足设计要求的直流电；于是，通过上述过程，该系统就实现了从接驳平台侧到深海AUV侧的无线电能传输，并且可通过上位机远程控制该功能。深海AUV与接驳平台之间的无线信号传输是通过TCP/IP通信协议实现的；深海AUV侧的数据传输控制器为嵌入式ARM板15，接驳平台侧的数据传输控制器为嵌入式PC控制器2；深海AUV侧的防水耐压处理的无线WIFI天线16与接驳平台侧的防水耐压处理的无线WIFI天线17均可以直接裸露在深海环境，接驳平台侧耐压WIFI天线17与AUV侧耐压WIFI天线16无实际线缆连接，通过天线能够近距离进行无线电磁波传输，从而实现深海水下无线信号传输；该无线信号传输可实现全双工高速通行，并且也可以通过上位机实现远程控制。
Claims (1)
1.深海AUV接驳平台的无线电能与信号传输系统，其特征是包括接驳平台侧部分和AUV侧部分；
所述的接驳平台侧部分包括接驳平台侧耐压密封腔体（1），嵌入式PC控制器（2）、全桥逆变器（3）、初级谐振补偿模块（4）以及同轴线设置的初级胶封线圈（5）、接驳平台侧线圈基座（6）、锥形定位筒（7）和接驳平台侧筒状固定架（18），接驳平台侧耐压密封腔体（1）与接驳平台侧筒状固定架（18）刚性连接，接驳平台侧筒状固定架（18）的前端内径扩大，初级胶封线圈（5）套结在接驳平台侧线圈基座（6）上，接驳平台侧线圈基座（6）与接驳平台侧筒状固定架（18）前端固定，初级胶封线圈（5）位于接驳平台侧筒状固定架（18）前端的内径扩大处，接驳平台侧线圈基座（6）的内径与接驳平台侧筒状固定架（18）的内径相同，锥形定位筒（7）与接驳平台侧线圈基座（6）的端面固连，嵌入式PC控制器（2）、全桥逆变器（3）和初级谐振补偿模块（4）安装在接驳平台侧耐压密封腔体（1）中，全桥逆变器（3）与初级谐振补偿模块（4）相连，初级胶封线圈（5）通过两针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体（1）内，与初级谐振补偿模块（4）电气连接，在接驳平台侧筒状固定架（18）上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的接驳平台侧耐压WIFI天线（17），接驳平台侧耐压WIFI天线（17）通过四针水密线缆接入接驳平台侧耐压密封腔体（1）内，通过USB接口与嵌入式PC控制器（2）相接；
所述的AUV侧部分包括次级胶封线圈（10）、次级谐振补偿模块（11）、桥式整流器（12）、AUV侧固定架（13）、滤波器（14）、嵌入式Linux控制板（15）以及同轴线设置的AUV侧固定架（13）、AUV侧线圈基座（9）和AUV侧耐压密封腔体（8），AUV侧固定架（13）的前端具有垂直于轴线的环形面，AUV侧线圈基座（9）以环形面定位套置固定在AUV侧固定架（13）上，次级胶封线圈（10）套结在AUV侧线圈基座（9）上，AUV侧固定架（13）的环形面前侧呈锥状，其锥度与锥形定位筒（7）的锥度相同，AUV侧固定架（13）固定在AUV侧耐压密封腔体（8）的外面，次级谐振补偿模块（11）、桥式整流器（12）、滤波器（14）和嵌入式Linux控制板（15）安装在AUV侧耐压密封腔体（8）中，次级谐振补偿模块（11）、桥式整流器（12）和滤波器（14）依次电气连接；次级胶封线圈（10）通过两针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体（8）内，与次级谐振补偿模块（11）电气连接，在AUV侧固定架（13）上以过盈配合插有包裹着耐压保护套的AUV侧耐压WIFI天线（16），AUV侧耐压WIFI天线（16）通过四针水密线缆接入AUV侧耐压密封腔体（8）内，通过USB接口与嵌入式Linux控制板（15）相接；次级胶封线圈（10）的外径小于接驳平台侧筒状固定架（18）的内径2-4mm。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161123 |