CN105551781B - 适用于非接触电能和数据传输的系留缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于非接触电能和数据传输的新型系留缆，包括上部系留缆本体和下部系留缆本体，所述上部系留缆本体上端自下而上依次连接有上部水密承重器、传输电缆和水密接头，所述下部系留缆本体下端连接有下部水密承重器，所述上部系留缆本体和下部系留缆本体之间设置有梯形分支结构，所述梯形分支结构包括由上至下依次连接的上部硫化分支节点、磁芯内线缆和下部硫化分支节点，所述上部硫化分支节点的侧分支和下部硫化分支节点的侧分支之间设置有磁芯外线缆。本发明能通过减小自身电感的变化，保证在水下环境中电能传输的稳定，同时采用单根线缆的结构避免线缆因水流等因素的影响而缠绕。

Description

适用于非接触电能和数据传输的系留缆
技术领域
本发明涉及一种系留缆，更具体的说，是涉及一种适用于非接触电能和数据传输的系留缆。
背景技术
离岸海洋观测系统是长期运行、全天候、全自动的一系列大型自动化海洋仪器设备，主要由各种浮标、潜标、调查断面、海上平台、志愿船和卫星等组成，要求能不间断常年在海上稳定的运行。各种观测设备用于监测海洋信息的传感系统都分为两部分，一部分为水上传感器系统，一部分为水下传感器系统。
目前，海洋观测系统对水下传感器的供电方法有两种：第一种是自容式供电，即用水下传感器自身携带的电池来为自己供电；第二种是接触式导线供电，即水面上的平台通过导线把电能传输给水下传感器。采用自容式供电方式的观测系统需要定期打捞水下传感器系统，给水下传感器系统更换电池，这是一项耗费巨大的工程。导线传输方法有线路接头容易腐蚀、海水冲力会导致接头松动或脱离、导线强度低，在海水的长期作用下会发生断裂等缺点。观测系统的水下传感器与观测平台之间的数据传输方法有导线传输、声呐传输以及基于电磁耦合原理的非接触传输方法，导线传输数据有着和导线传输电能相同的缺点，声呐传输方法则由于耗能大、造价昂贵、通信距离有限而受限制。
迄今为止，海洋观测系统的水下传感器基本都采用自容式供电，以电磁耦合为原理的非接触电能和数据传输是一种新的传输方式，具有相当多的优势，国际上鲜有成熟技术报道，国内在这方面的研究也刚刚起步。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的海洋观测系统中水下传感器的电能补给和数据传输存在的不足，保证水下传感器长时间稳定的运行，提供一种适用于非接触电能和数据传输的系留缆，能通过减小自身电感的变化，保证在水下环境中电能传输的稳定，同时采用单根线缆的结构避免线缆因水流等因素的影响而缠绕。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的适用于非接触电能和数据传输的系留缆，包括上部系留缆本体和下部系留缆本体，所述上部系留缆本体上端自下而上依次连接有上部水密承重器、传输电缆和水密接头，所述下部系留缆本体下端连接有下部水密承重器，所述上部系留缆本体和下部系留缆本体之间设置有梯形分支结构，所述梯形分支结构包括由上至下依次连接的上部硫化分支节点、磁芯内线缆和下部硫化分支节点，所述上部硫化分支节点的侧分支和下部硫化分支节点的侧分支之间设置有磁芯外线缆；
所述梯形分支结构中磁芯内线缆的电流方向和磁芯外线缆的电流方向相反，两半电磁耦合器卡扣在磁芯内线缆上，磁芯内线缆中的传输线从电磁耦合器中心穿过，磁芯外线缆中的传输线从电磁耦合器外部经过，构成了磁芯线圈；
所述所有传输线的连接处均采用焊接方式连接，并进行硫化水密处理；
所述系留缆的电感即传输线电感为L为系留缆电感，l为系留缆长度即平行传输线长度，d为传输线直径，a为传输线间距离；所述系留缆采用单根线缆的结构。
所述梯形分支结构沿轴向至少设置为一个。
所述上部系留缆本体、下部系留缆本体、传输电缆、磁芯内线缆和磁芯外线缆均由防水电缆构成，所述防水电缆的内芯均分为两股传输线，所述传输线共同形成一个环路；所述环路内的两股传输线紧密贴合，平行，l大于a，a等于d，系留缆电感为最小值，当d和l确定后，L为定值。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中，上部系留缆本体上端自下而上依次连接有上部水密承重器、传输电缆和水密接头，下部系留缆本体下端连接有下部水密承重器，上部水密承重器和下部水密承重器用于与海洋观测系统和水下锚系固定连接，电能和信号通过传输电缆在上部系留缆本体与仪器舱之间传输，水密接头作为传输电缆与海洋观测系统的仪器舱的防水连接头；
(2)本发明中，上部系留缆本体和下部系留缆本体之间设置有梯形分支结构，梯形分支结构包括由上至下依次连接的上部硫化分支节点、磁芯内线缆和下部硫化分支节点，上部硫化分支节点的侧分支和下部硫化分支节点的侧分支之间设置有磁芯外线缆，本发明内部的两股传输线连接形成一个环，磁芯内线缆的电流方向和磁芯外线缆的电流方向正好相反，两半电磁耦合器卡扣在磁芯内线缆上，磁芯内线缆中的传输线从电磁耦合器中心穿过，磁芯外线缆中的传输线从电磁耦合器外部经过，构成了一个磁芯线圈，增加了线圈的匝比，提高了电磁耦合器的耦合效率；
(3)本发明中，根据需要可以在系留缆本体的不同位置分别设计梯形分支结构，在水下不同深度同时安装多个水下传感器系统，各水下传感器系统之间工作互不影响，可靠性高，安装方便；
(4)本发明结构新颖，其中上部系留缆本体、下部系留缆本体、传输电缆、磁芯内线缆、磁芯外线缆、上部系留缆本体和下部系留缆本体均由防水电缆构成，绝缘层能隔离海水，抗腐蚀性强，机械性能好；
(5)本发明中内部形成环的两股传输线紧密贴合，近乎平行，当传输线直径和平行传输线长确定后，系留缆电感为定值，不会随系留缆弯曲而变化，能减小自身电感的变化，从而保证了水下环境中电能传输和数据传输的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中信号电流的流向示意图。
图3是本发明中内部形成环的两股传输线端面。
附图标记:1水密接头；2传输电缆；3上部水密承重器；4上部系留缆本体；5下部系留缆本体；6下部水密承重器；7上部硫化分支节点；8磁芯外线缆；9磁芯内线缆；10下部硫化分支节点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的适用于非接触电能和数据传输的系留缆，包括上部系留缆本体4和下部系留缆本体5，所述上部系留缆本体4和下部系留缆本体5均由一根多芯防水电缆构成，所述防水电缆的内芯平分为两股，所述上部系留缆本体4和下部系留缆本体5既作为电能和数据传输的信号缆，又作为海洋观测系统的系泊缆。
所述上部系留缆本体4上端自下而上依次连接有上部水密承重器3、传输电缆2和水密接头1。所述上部水密承重器3可由316不锈钢构成，用于与海洋观测系统和水下锚系固定连接。所述传输电缆2由一根多芯防水电缆构成，所述防水电缆的内芯平分为两股，分别作为传输电缆2的两股传输线，所述传输电缆2上端与水密接头1相连，下端与上部水密承重器3相连，电能和信号通过传输电缆2在上部系留缆本体4与仪器舱之间传输。所述水密接头1选用两芯水密接头，所述水密接头1为传输电缆2与海洋观测系统的仪器舱的两芯防水连接头，由316不锈钢构成，电能和数据信号通过水密接头1传输。所述下部系留缆本体5下端连接有下部水密承重器6，所述下部水密承重器6可由316不锈钢构成，用于与海洋观测系统和水下锚系固定连接。
所述上部系留缆本体4和下部系留缆本体5之间设置有梯形分支结构，所述梯形分支结构沿轴向至少设置为一个，梯形分支结构能够在系留缆本体多处加工，用于不同深度的电磁耦合器的挂载。所述梯形分支结构用于挂接水下电磁耦合器，实现电能和数据的非接触传输。所述梯形分支结构包括由上至下依次连接的上部硫化分支节点7、磁芯内线缆9和下部硫化分支节点10，所述上部硫化分支节点7的侧分支和下部硫化分支节点10的侧分支之间设置有磁芯外线缆8。所述上部硫化分支节点7设置为半梯形分支结构，半梯形分支结构的底端引出磁芯内线缆9，侧分支引出磁芯外线缆8。所述下部硫化分支节点10设置为半梯形分支结构，半梯形分支结构底部引出下部系留缆本体5，侧分支引出磁芯外线缆8。所述磁芯内线缆9由一根多芯防水电缆构成，所述防水电缆的内芯分为两股，一股上端与磁芯外线缆8相连接，下端与下部系留缆本体5相连接，另一股上端与上部系留缆本体4相连接，下端与磁芯外线缆8相连接。所述磁芯外线缆8由一根多芯防水电缆组成，防水电缆内芯平均分为两股，一股上端与上部系留缆本体4相连接，下端与下部系留缆本体5相连接，另一股的上下两端分别与磁芯内线缆9内部的两股传输线相连接。两半电磁耦合器卡扣在磁芯内线缆9上，磁芯内线缆9穿过电磁耦合器的中心。
所述水密接头1、传输电缆2、上部水密承重器3、上部系留缆本体4、梯形分支结构、下部系留缆本体5和下部水密承重器6彼此之间均通过硫化的方式进行处理，起到防水抗拉的作用。
本发明的具体实施方案：所述上部系留缆本体4通过水密接头1与海洋观测系统的仪器舱连接，水密接头1符合IP68标准。所述水密接头1与传输电缆2相连接，传输电缆2中传输线分为两股，两股传输线的上端分别与两芯水密接头1的一个接头相连，下端在上部水密承重器3内部分别与上部系留缆本体4内的两股传输线12和传输线19相连，如图2所示，传输线12再与磁芯内线缆9中的传输线13相连，传输线19再与磁芯外线缆8内的一股传输线18相连，磁芯内线缆9内部的传输线13与磁芯外线缆8内部的另一股传输线14相连，磁芯外线缆8内部传输线14与磁芯内线缆9内部的另一股传输线15相连。下部系留缆本体5中的传输线分为两股传输线16和传输线17，传输线16一端与传输线17相连，另一端与磁芯内线缆9中的传输线15相连，传输线17另一端与磁芯外线缆8内部的传输线18相连。采样这种线缆连接方式，本发明中的两股传输线共同形成了一个环。梯形分支结构中，磁芯内线缆9中的两股传输线13和传输15从电磁耦合器中心穿过，磁芯外线缆8中的一股传输线14从电磁耦合器外部经过，与传输线13和传输15构成了一个两匝的磁芯线圈，提高了电磁耦合器的耦合效率。所述梯形分支结构中的两匝磁芯线圈结构不仅限于两匝，如传输线14和传输线15沿梯形分支结构多绕几圈后再连接传输线16，上述所有传输线的连接处均采用焊接方式连接，并进行硫化水密处理。
本发明内部形成环的两股传输线近乎平行，电流通过两芯水密接头从一股传输线流入，再从另一股传输线通过水密接头1流出。系留缆电感即传输线电感为
其中，如图3所示，L为系留缆电感(H)，l为系留缆长即平行传输线长(m)，d为传输线直径(m)，a为传输线距离(m)。
本发明内部形成环的两股传输线紧密贴合，近乎平行，l远大于a，a约等于d，系留缆电感为最小值。当d和l确定后，L为定值，不会随系留缆弯曲而变化，从而保证了水下环境中电能传输和数据传输的稳定性。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种适用于非接触电能和数据传输的系留缆，包括上部系留缆本体和下部系留缆本体，其特征在于，所述上部系留缆本体上端自下而上依次连接有上部水密承重器、传输电缆和水密接头，所述下部系留缆本体下端连接有下部水密承重器，所述上部系留缆本体和下部系留缆本体之间设置有梯形分支结构，所述梯形分支结构包括由上至下依次连接的上部硫化分支节点、磁芯内线缆和下部硫化分支节点，所述上部硫化分支节点的侧分支和下部硫化分支节点的侧分支之间设置有磁芯外线缆；
所述梯形分支结构中磁芯内线缆的电流方向和磁芯外线缆的电流方向相反，两半电磁耦合器卡扣在磁芯内线缆上，磁芯内线缆中的传输线从电磁耦合器中心穿过，磁芯外线缆中的传输线从电磁耦合器外部经过，构成了磁芯线圈；
所述所有传输线的连接处均采用焊接方式连接，并进行硫化水密处理；
所述系留缆的电感即传输线电感为L为系留缆电感，l为系留缆长度即平行传输线长度，d为传输线直径，a为传输线间距离；所述系留缆采用单根线缆的结构。
2.根据权利要求1所述的适用于非接触电能和数据传输的系留缆，其特征在于，所述梯形分支结构沿轴向至少设置为一个。
3.根据权利要求1所述的适用于非接触电能和数据传输的系留缆，其特征在于，所述上部系留缆本体、下部系留缆本体、传输电缆、磁芯内线缆和磁芯外线缆均由防水电缆构成，所述防水电缆的内芯均分为两股传输线，所述传输线共同形成一个环路；所述环路内的两股传输线紧密贴合，平行，l大于a，a等于d，系留缆电感为最小值，当d和l确定后，L为定值。
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