CN104881991A - 一种浅海水下通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下通讯技术领域，一种浅海水下通信装置，包括浮标、万向节、第一、二信号耦合器、卡子、钢丝绳、单芯钢丝、第一、二海底线缆、水下传感器/探测器及海底锚，所述钢丝绳一端通过万向节与浮标固定连接、另一端与海底锚固定连接，所述浮标通过第一海底线缆与第一信号耦合器连接，所述第二信号耦合器通过第二海底线缆与水下传感器/探测器连接，所述第一、二信号耦合器之间通过单芯钢丝连接，所述钢丝绳与单芯钢丝之间通过卡子柔性绑缚，所述浮标上安装有通信收发天线。本发明以较低功耗的代价实现水下装置和水面通讯转发系统的数据通讯(波特率可达：4800比特/s)，单芯不锈钢丝通讯介质的选择与安装模式可保障较长的使用寿命，可作为科研、军事、民用领域的浅海水下传感器/探测器与浮标通讯系统使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种浅海水下通信装置，属于水下通讯技术领域。
背景技术
水下通讯技术是制约水下探测、水下通讯网络系统发展的瓶颈。作为电介质的水，使得电磁波信号在水下因“屏蔽效应”和“涡流损耗”而快速衰减，电磁波因在海水中的传播受到限制而无法用于数据通讯。由于光的聚焦、反射及水体浑浊等问题，激光通讯技术也无法应用于水下通讯。目前，基于声信号的水下通讯技术是水下通讯的主流技术。声信号能在水中传播几十甚至几百公里的距离,是水下通讯最有效的信息载体。
水下传感器、水下探测器，供电系统多采用电池供电。水下传感器、探测器的测量数据通常需通过水面浮标系统(或自动升降浮标系统)与舰船、卫星实现数据传输。水下传感器、探测器与浮标系统的数据通讯目前普遍采用的方式有两种：有线通讯电缆数据通讯方式；基于水声MODEM数据通讯方式。随锚定钢丝绳布放的有线通讯电缆，随海洋潮汐、洋流而扭动，通常会在3-6个月内损坏；而基于水声MODEM通讯的水下测量、探测系统，因水声MODEM通讯发射、接受的功率大而快速消耗电池，难以持久运行。因此对于具有锚具锚定的水下传感器/探测器与水面浮标数据通讯领域，迫切需要一款坚实耐用且功耗低下的数据通讯方式与产品。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种浅海水下通信装置。该通信装置能够在低功耗、不易损坏的前提下，完成浅海水下传感器/探测器与浮标系统之间的通信。
为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种浅海水下通信装置，包括浮标、万向节、第一、二信号耦合器、卡子、钢丝绳、单芯钢丝、第一、二海底线缆、水下传感器/探测器及海底锚，所述钢丝绳一端通过万向节与浮标固定连接、另一端与海底锚固定连接，所述浮标通过第一海底线缆与第一信号耦合器连接，所述第二信号耦合器通过第二海底线缆与水下传感器/探测器连接，所述第一、二信号耦合器之间通过单芯钢丝连接，所述钢丝绳与单芯钢丝之间通过卡子柔性绑缚，所述浮标上安装有通信收发天线。
所述第一、二信号耦合器结构相同，包括内螺纹接口、压电陶瓷片、超声波收发电路板及信号处理电路板，内部灌满硅胶，其中：所述内螺纹接口通过固定螺母与作为通信介质的单芯钢丝连接、单芯钢丝端部加工成外螺纹接口，接头刨面做抛光处理，在所述单芯钢丝与压电陶瓷片之间设置有声阻抗匹配层，用于减少能量的损耗，所述压电陶瓷片通过压电陶瓷片引线与超声波收发电路板连接，所述超声波收发电路板通过两板连接接口与信号处理电路板连接，所述信号处理电路板通过外部引线分别与第一、二海底线缆相连接。
所述超声波收发电路板包括超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块，其中：所述超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块依次相连接。
所述信号处理电路板包括TMS32C6747最小系统模块、通信接口模块及AD采集模块，其中：所述TMS32C6747最小系统模块分别与超声波发射电路模块、通信接口模块及AD采集模块相连接，所述AD采集模块与超声波接收电路模块相连接。
本发明有益效果是：一种浅海水下通信装置，包括浮标、万向节、第一、二信号耦合器、卡子、钢丝绳、单芯钢丝、第一、二海底线缆、水下传感器/探测器及海底锚，所述钢丝绳一端通过万向节与浮标固定连接、另一端与海底锚固定连接，所述浮标通过第一海底线缆与第一信号耦合器连接，所述第二信号耦合器通过第二海底线缆与水下传感器/探测器连接，所述第一、二信号耦合器之间通过单芯钢丝连接，所述钢丝绳与单芯钢丝之间通过卡子柔性绑缚，所述浮标上安装有通信收发天线。与已有技术相比，本发明以较低功耗的代价实现水下装置和水面通讯转发系统的数据通讯(波特率可达：4800比特/s)，单芯不锈钢丝通讯介质的选择与安装模式可保障较长的使用寿命，可作为科研、军事、民用领域的浅海水下传感器/探测器与浮标通讯系统使用。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明中的通过单芯钢丝连接的第一、二信号耦合器结构示意图。
图3是本发明中的超声波收发电路板及信号处理电路板的结构框图。
图中：1、浮标，2、海面，3、万向节，4、第一信号耦合器，4A、内螺纹接口，4B、声阻抗匹配层，4C、压电陶瓷片，4D、压电陶瓷片引线，4E、超声波收发电路板，4F、两板连接接口，4G、信号处理电路板，4H、外部引线，4a、第二信号耦合器，5、卡子，6、钢丝绳，7、单芯钢丝，8、第一海底线缆，8a、第二海底线缆，9、水下传感器/探测器，10、海底，11、海底锚，12、通信收发天线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种浅海水下通信装置，包括浮标1、万向节3、第一、二信号耦合器4、4a、卡子5、钢丝绳6、单芯钢丝7、第一、二海底线缆8、8a、水下传感器/探测器9及海底锚11，所述钢丝绳6一端通过万向节3与浮标1固定连接、另一端与海底锚11固定连接，所述浮标1通过第一海底线缆8与第一信号耦合器4连接，所述第二信号耦合器4a通过第二海底线缆8a与水下传感器/探测器9连接，所述第一、二信号耦合器4、4a之间通过单芯钢丝7连接，所述钢丝绳6与单芯钢丝7之间通过卡子5柔性绑缚，所述浮标1上安装有通信收发天线12。
如图2所示，所述第一、二信号耦合器4、4a结构相同，包括内螺纹接口4A、压电陶瓷片4C、超声波收发电路板4E及信号处理电路板4G，内部灌满硅胶，其中：所述内螺纹接口4A通过固定螺母与作为通信介质的单芯钢丝7连接、单芯钢丝7端部加工成外螺纹接口，接头刨面做抛光处理，在所述单芯钢丝7与压电陶瓷片4C之间设置有声阻抗匹配层4B，用于减少能量的损耗，所述压电陶瓷片4C通过压电陶瓷片引线4D与超声波收发电路板4E连接，所述超声波收发电路板4E通过两板连接接口4F与信号处理电路板4G连接，所述信号处理电路板4G通过外部引线4H分别与第一、二海底线缆8、8a相连接。
如图3所示，所述超声波收发电路板包括超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块，其中：所述超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块依次相连接。所述信号处理电路板包括TMS32C6747最小系统模块、通信接口模块及AD采集模块，其中：所述TMS32C6747最小系统模块分别与超声波发射电路模块、通信接口模块及AD采集模块相连接，所述AD采集模块与超声波接收电路模块相连接。具体工作过程如下：本通信装置采用半双工通讯(“主站”为海面浮标，“从站”为水下传感器/探测器)。当“主站”有数据通讯需求时，首先通过第一海底线缆将通讯命令传输至与“主站”相邻的第一信号耦合器中，该信号耦合器将电信号转化为振动信号并通过单芯钢丝将振动信号传送至与“从站”相邻的第二信号耦合器中。第二信号耦合器将振动信号转化为电信号并通过第二海底线缆传送给“从站”，“从站”解析完成后按“主站”的要求将数据通过第二海底线缆传送给第二信号耦合器，第二信号耦合器将该信号转化为振动信号通过单芯钢丝传送至第一信号耦合器，第一信号耦合器将该振动信号转化为电信号并通过第一海底线缆传送给“主站”。
Claims (4)
1.一种浅海水下通信装置，包括浮标、万向节、第一、二信号耦合器、卡子、钢丝绳、单芯钢丝、第一、二海底线缆、水下传感器/探测器及海底锚，其特征在于：所述钢丝绳一端通过万向节与浮标固定连接、另一端与海底锚固定连接，所述浮标通过第一海底线缆与第一信号耦合器连接，所述第二信号耦合器通过第二海底线缆与水下传感器/探测器连接，所述第一、二信号耦合器之间通过单芯钢丝连接，所述钢丝绳与单芯钢丝之间通过卡子柔性绑缚，所述浮标上安装有通信收发天线。
2.根据权利要求1所述一种浅海水下通信装置，其特征在于：所述第一、二信号耦合器结构相同，包括内螺纹接口、压电陶瓷片、超声波收发电路板及信号处理电路板，内部灌满硅胶，其中：所述内螺纹接口通过固定螺母与作为通信介质的单芯钢丝连接、单芯钢丝端部加工成外螺纹接口，接头刨面做抛光处理，在所述单芯钢丝与压电陶瓷片之间设置有声阻抗匹配层，用于减少能量的损耗，所述压电陶瓷片通过压电陶瓷片引线与超声波收发电路板连接，所述超声波收发电路板通过两板连接接口与信号处理电路板连接，所述信号处理电路板通过外部引线分别与第一、二海底线缆相连接。
3.根据权利要求2所述一种浅海水下通信装置，其特征在于：所述超声波收发电路板包括超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块，其中：所述超声波发射电路模块、声阻抗匹配模块及超声波接收电路模块依次相连接。
4.根据权利要求2所述一种浅海水下通信装置，其特征在于：所述信号处理电路板包括TMS32C6747最小系统模块、通信接口模块及AD采集模块，其中：所述TMS32C6747最小系统模块分别与超声波发射电路模块、通信接口模块及AD采集模块相连接，所述AD采集模块与超声波接收电路模块相连接。
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