CN104409150A - 一种光电传感智能海缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电传感智能海缆，包括缆线和布置在缆线上的一个或多个传感器节点，其特征在于，所述的传感器节点包括耐压的壳体和安装在耐压的壳体内的传感器，所述的缆线的芯线在传感器节点的壳体内具有光电连接器，传感器节点耐压的壳体与缆线之间通过机械连接构件连接。本发明的海缆在海缆工厂制缆过程中，根据海缆部署任务使命，在海缆中按照任务需要，按照设计规定间距，集成按照任务使命设计使用的各种传感器节点，是集光纤通信、信息传输、远程供电、信息感知，以及自身健康状况检测、远程智能管控于一体的光电传感智能海缆。

Description

一种光电传感智能海缆

技术领域

本发明涉及光电复合海底电缆，特别涉及一种自身带有传感器并能接驳外部传感器的光电复合海底电缆。

背景技术

一般的复合海底电缆有可扩展性弱、多任务适应性不强、可部署性弱、难以维护等缺点，无法适应于深远海海底信息保障系统军民用设施隐蔽施工的需要，深远海海缆的工程应用性价比很低，并且自身也无创新性，没有维护管理机制和适当的设计冗余，海缆布放后的维护工程成本很高。

普通的复合海底电缆没有很好的可扩展性，海缆一般包括由内至外设置的光电芯线线、屏蔽层、绝缘层、护套和铠装层等。如需根据任务需要，在缆身集成各种传感器，如声响传感器、压力传感器、扭力传感器、拉力传感器、温度传感器、化学传感器、磁传感器、震动传感器、三轴姿态传感器，三轴方位传感器、三轴惯导传感器等水下探测各种功能传感器，则需对海缆进行现场加工，加工精度低，可靠性、密封性得不到保证，在海底布设后容易损毁。并且，在海缆布设后，如需维修或增加新型传感器，在现有海缆技术上几无可能。

随着科学技术的发展，需在沿海缆部署阵位区域，同时具备水下探测、水下通信、水下导航、水下定位、水下协同工作保障的能力需求；以及海洋环境温度、深度、盐度的水文测量，海底地震震动观测、海啸预报等的海底科学考察；海洋鱼群回游路线、鱼群种类、规模的记录预报等渔业情报资源收集等；同时能够具备对海缆自身进行健康状态监测、故障精准定位、已部署海缆路由漂移预报、沉默路由定位等海缆自身维护保障能力。

因此，急需一种集光纤通信、信息传输、远程供电、信息感知，以及自身健康状况检测、远程智能管控于一体的新型海缆。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种集光纤通信、信息传输、远程供电、信息感知，以及自身健康状况检测、远程智能管控于一体的光电传感智能海缆。

本发明具体的技术方案是一种光电传感智能海缆，包括缆线和布置在缆线上的一个或多个传感器节点，其特征在于，

所述的传感器节点包括耐压的壳体和安装在耐压的壳体内的传感器，

所述的缆线的芯线在传感器节点的壳体内具有光电连接器，

传感器节点耐压的壳体与缆线之间通过机械连接构件连接。

更进一步地，所述的传感器节点的壳体上具有可拆卸的窗口，用于将传感器的探针伸出传感器节点的壳体之外，所述的机械连接构件可以为填料函或法兰加“O”型密封圈的连接结构。

更进一步地，还包括分支器和主接驳盒，所述的分支器布置在缆线上，该分支器上引出一根或多根分支缆，分支缆的另一端连接有主接驳盒，主接驳盒上具有光电连接器的插座和浮力材料并带有遥控自充气的浮球，所述的光电连接器的插座固定在遥控自充气的浮球上，

在光电传感智能海缆制作时，主接驳盒通过海水自溶材料固定在缆线上，在光电传感智能海缆布设时，海水自溶材料自溶，释放主接驳盒。

更进一步地，还包括次接驳盒，在布设外部独立传感器时，该外部独立传感器通过所述的次接驳盒与主接驳盒上的光电连接器的插座连接。

更进一步地，还包括芯线遥控切换矩阵盒，所述的芯线遥控切换矩阵盒布置在缆线上，在光电传感智能海缆部分芯线故障时，通过芯线遥控切换矩阵盒对芯线重新组合，利用冗余芯线替代工作芯线，或次要功能芯线替代主要功能芯线，进行遥控修复。

更进一步地，还包括设置在传感器节点壳体内的传感器节点电子箱，所述的缆线的芯线包括恒流源或恒压源电缆芯线和光纤通信缆芯线，

所述的传感器节点电子箱包括从恒流源电缆将恒流源电流转换为传感器节点需要使用的恒压电源的电流电压转换器或从高压恒压源转换为低压恒压源的模块、承担传感器节点接收岸站指令和将传感器数据传回岸站的IP地址节点数据传输接口模块、传感器工作所需要的节点电源板、节点DSP板、节点传感器前置放大/功放板模块。

更进一步地，所述的传感器包括声响传感器、压力传感器、扭力传感器、拉力传感器、温度传感器、化学传感器、磁传感器、震动传感器、三轴姿态传感器、三轴方位传感器或三轴惯导传感器，在光电传感智能海缆制缆时，根据光电传感智能海缆部署任务使命，布置各种传感器节点。

更进一步地，所述的海水自溶材料为镁基海水自溶材料。

本发明的有益效果是1)在海缆工厂制缆过程中，根据海缆部署任务使命，在海缆中按照任务需要，按照设计规定间距，集成按照任务使命设计使用的各种传感器节点。2)采用水下接驳盒，无需用水下机器人(深水机器人)进行水下接驳操作才能完成作业任务。3)具备对光电传感智能海缆自身进行健康状态监测能力。在光电传感智能海缆上，按照设计节点部署了拉力、扭力传感器，实时监测在海缆布设施工过程中海缆所受到的各种拉力、扭力。根据海缆设计抗拉力、扭力规格，可以预报海缆在施工过程中的自身健康状态，反过来可以控制海上布缆施工工艺，以及为海上布缆施工积累原始数据资料。4)具备对光电传感智能海缆自身故障精准定位能力。在光电传感智能海缆上，按照设计节点部署了主动/被动传感器，海缆在遭到破环、断裂、故障时，岸站可以启动故障点智能自诊断程序，海缆上主动传感器依据自身编号顺序发送故障诊断监测信号，周边被动传感器依次接收该故障诊断监测信号，在不能接收到某个编号主动传感器所发送故障监测信号时，即可判断该故障点在该主动传感器所在位置。5)具备对光电传感智能海缆故障自我修复能力。光电传感智能海缆具备多组相互独立的光电缆芯设计及遥控缆芯切换矩阵盒，使海缆具备同时接入多岸站、多恒流源(恒压源)供电系统能力。在部分岸站、恒流源(恒压源)供电设备发生故障时，系统可以自动诊断检查故障点，遥控启动缆芯切换矩阵盒，采用冗余光电缆芯替代故障缆芯，自行修复海缆功能，而无需任何故障都需要进行海上海缆维修作业。6)具备对光电传感智能海缆自身路由漂移预报能力。光电传感智能海缆按照设计在海缆上集成了三轴惯导传感器，实时提供海缆受各种外力产生的路由漂移信息。岸站可以根据此信息以及海缆上拉力、扭力传感器数据，预报海洋环境外力以及评估外力导致海缆阵位路由的变化，实时预报修正对潜探测以及对潜通信导航定位的坐标位置变化。7)备对光电传感智能海缆自身沉默路由定位能力。光电传感智能海缆，集成了主被动声传感器、磁探测传感器、三轴方位传感器等，可以被动监测正常过往航行的我方舰船、客货船、潜艇等，根据岸站与此类目标的坐标位置关联，实现光电传感智能海缆自身沉默路由定位。

附图说明

图1为本发明的光电传感智能海缆外形示意图

图2为本发明的光电传感智能海缆传感器节点电子箱组成示意图

图3为本发明的光电传感智能海缆分支器示意图

图4为本发明的光电传感智能海缆主接驳盒示意图

图5、图6为本发明的光电传感智能海缆分支器、主接驳盒海上部署施工示意图

图7为本发明的光电传感智能海缆主接驳盒启用示意图

图8为本发明的光电传感智能海缆主接驳盒标准化/模块化接口设计示意图

图9、图10为本发明的光电传感智能海缆次接驳盒使用方法示意图

图11为采用本发明的光电传感智能海缆进行被动探潜方法示意图

图12为采用本发明的光电传感智能海缆进行主动探潜方法示意图

图13为采用本发明的光电传感智能海缆进行对潜通信、对潜导航、对潜定位方法示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明的一种光电传感智能海缆，包括缆线和布置在缆线上的一个或多个传感器节点。

所述的传感器节点包括耐压的壳体和安装在耐压的壳体内的传感器。

所述的缆线的芯线在传感器节点的壳体内具有光电连接器。

传感器节点耐压的壳体与缆线之间通过机械连接构件连接。

所述的传感器节点的壳体上具有可拆卸的窗口，用于将传感器的探针伸出传感器节点的壳体之外，所述的机械连接构件可以为填料函或法兰加“O”型密封圈的连接结构。

如图2所示，还包括设置在传感器节点壳体内的传感器节点电子箱，所述的缆线的芯线包括恒流源(或恒压源)电缆芯线和光纤通信缆芯线。

所述的传感器节点电子箱包括从恒流源电缆将恒流源电流转换为传感器节点需要使用的恒压电源的电流电压转换器模块、承担传感器节点接收岸站指令和将传感器数据传回岸站的IP地址节点数据传输接口模块、传感器工作所需要的节点电源板、节点DSP板、节点传感器前置放大/功放板模块。

还包括芯线遥控切换矩阵盒，所述的芯线遥控切换矩阵盒布置在缆线上，在光电传感智能海缆部分芯线故障时，通过芯线遥控切换矩阵盒对芯线重新组合，利用冗余芯线替代工作芯线，或次要功能芯线替代主要功能芯线，进行遥控修复。

所述的传感器包括声响传感器、压力传感器、扭力传感器、拉力传感器、温度传感器、化学传感器、磁传感器、震动传感器、三轴姿态传感器、三轴方位传感器或三轴惯导传感器，在光电传感智能海缆制缆时，根据光电传感智能海缆部署任务使命，布置各种传感器节点。

如图3-10所示，还包括分支器和主接驳盒，所述的分支器布置在缆线上，该分支器上引出一根或多根分支缆，分支缆的另一端连接有主接驳盒，主接驳盒上具有光电连接器的插座和浮力材料并带有遥控自充气的浮球，所述的光电连接器的插座固定在遥控自充气的浮球上。

在光电传感智能海缆制作时，主接驳盒通过海水自溶材料固定在缆线上，在光电传感智能海缆布设时，海水自溶材料自溶，释放主接驳盒。所述的海水自溶材料为镁基海水自溶材料。

还包括次接驳盒，在布设外部独立传感器时，该外部独立传感器通过所述的次接驳盒与主接驳盒上的光电连接器的插座连接。

传统的水下接驳盒，需要采用水下机器人(深水机器人)进行水下接驳操作才能完成作业任务。与光电传感智能海缆配合使用的水下接驳盒采用的全新设计的水下驳接盒使用理念方案，使得水下接驳盒在接入水下异构传感器及大型传感阵列时无需采用价格昂贵的水下机器人。

光电传感智能海缆配合使用的水下接驳盒设计创新，在于使用了分支器、主接驳盒、次接驳盒成套使用的理念，主接驳盒采用在水面下潜伏部署的方式，由施工船激活释放浮体将接口端释放至海面，接驳作业由人工在船甲板面或船舱内进行，避免了使用昂贵的水下机器人，以及能够完成水下机器人所不能够完成的海缆作业。

次接驳盒内集成了单个或N个主接驳盒功能模块，使得每个接驳盒节点可以进行无次数限制的水下传感器接驳、维护、更换等作业。

如图11-13所示，传统的探潜声纳，无论是岸基基站阵声纳，还是各种拖曳阵声纳等，所追求的指标，都是单部声纳的探测距离的最大有效探测距离，对传感器的要求以及信号处理能力的要求都极高，并且难以达到需要的作战要求。依托本发明海缆集成的简单传感器，采用简单的信号处理方案，就能具备沿海缆布设的上千公里的反潜探测能力。光电传感智能海缆同时具备对海洋环境水文信息的探测能力，可用于海洋环境的监测。光电传感智能海缆同时具备对鱼群探测能力，可用于渔业资源统计预报。光电传感智能海缆同时具备对海底地震探测能力，可用于海底地震预报及海啸预报，可用于海底科学观测。

传统的探潜声纳，无论是岸基基站阵声纳，还是各种拖曳阵声纳等，主动声纳所追求的指标，都是单部声纳的探测距离的最大有效探测距离，对主动声纳的发射声源级要求很高，一方面极高的声源级难以达到(需要耗费巨大能源以及高端大功率发射技术)，而达到极高声源级的主动声纳，会对海洋环境造成破坏，通常都难以达到需要的作战要求。

依托沿海缆集成的小功率主动声纳发射单元，采用很低的发射声源级，就能具备沿海缆布设的上千公里的主动声纳反潜探测能力。

采用光电传感智能海缆集成的主/被动传感器节点，进行与己方潜艇的水下通信，可以完成岸站与潜艇的情报资源双向交互。对潜广播的传感器，在发送信息时，会包含自身编号，潜艇根据收到的传感器编号，依据传感器部署的位置，可以换算出潜艇自身位置，从而实现对自己的定位、导航。潜艇编队通过与光电传感智能海缆传感器的通信交互，可以确定编队中每艘潜艇的阵位，从而实现潜艇编队水下协同作战。

Claims (8)

1.一种光电传感智能海缆，包括缆线和布置在缆线上的一个或多个传感器节点，其特征在于，

所述的传感器节点包括耐压的壳体和安装在耐压的壳体内的传感器，

所述的缆线的芯线在传感器节点的壳体内具有光电连接器，

传感器节点耐压的壳体与缆线之间通过机械连接构件连接。

2.如权利要求1所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，所述的传感器节点的壳体上具有可拆卸的窗口，用于将传感器的探针伸出传感器节点的壳体之外，所述的机械连接构件可以为填料函或法兰加“O”型密封圈的连接结构。

3.如权利要求1所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，还包括分支器和主接驳盒，所述的分支器布置在缆线上，该分支器上引出一根或多根分支缆，分支缆的另一端连接有主接驳盒，主接驳盒上具有光电连接器的插座和浮力材料并带有遥控自充气的浮球，所述的光电连接器的插座固定在遥控自充气的浮球上，

在光电传感智能海缆制作时，主接驳盒通过海水自溶材料固定在缆线上，在光电传感智能海缆布设时，海水自溶材料自溶，释放主接驳盒。

4.如权利要求3所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，还包括次接驳盒，在布设外部独立传感器时，该外部独立传感器通过所述的次接驳盒与主接驳盒上的光电连接器的插座连接。

5.如权利要求1所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，还包括芯线遥控切换矩阵盒，所述的芯线遥控切换矩阵盒布置在缆线上，在光电传感智能海缆部分芯线故障时，通过芯线遥控切换矩阵盒对芯线重新组合，利用冗余芯线替代工作芯线，或次要功能芯线替代主要功能芯线，进行遥控修复。

6.如权利要求1所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，还包括设置在传感器节点壳体内的传感器节点电子箱所述的缆线的芯线包括恒流源或恒压源缆芯线和光纤通信缆芯线，

所述的传感器节点电子箱包括从恒流源电缆将恒流源电流转换为传感器节点需要使用的恒压电源的电流电压转换器或从高压恒压源转换为低压恒压源的模块、承担传感器节点接收岸站指令和将传感器数据传回岸站的IP地址节点数据传输接口模块、传感器工作所需要的节点电源板、节点DSP板、节点传感器前置放大/功放板模块。

7.如权利要求1-6任一一项所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，所述的传感器包括声响传感器、压力传感器、扭力传感器、拉力传感器、温度传感器、化学传感器、磁传感器、震动传感器、三轴姿态传感器、三轴方位传感器或三轴惯导传感器，在光电传感智能海缆制缆时，根据光电传感智能海缆部署任务使命，布置各种传感器节点。

8.如权利要求3-4任一一项所述的一种光电传感智能海缆，其特征在于，所述的海水自溶材料为镁基海水自溶材料。