CN110488428A - 一种基于传能光纤的能量传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于传能光纤的能量传输系统，其特征在于，包括：激光器，用于输出能量光信号；传能光纤，用于传输所述能量光信号；光电转换装置，用于接收所述能量光信号，并将所述能量光信号转换为电信号；能量存储装置，用于存储经由所述光电转换装置转换而得到的所述电信号；功能装置，用于在所述能量存储装置的能量供给之下，执行相应功能操作。其中，传能光纤至少包括多模通道和单模通道，多模通道用于传输能量光信号，单模通道用于传输通信光信号，以实现高效率、抗干扰的能量传输。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种传能光纤，以及一种基于所述传能光纤的能量传输系统。
背景技术
发明人在实现本发明的过程中发现：在野外作战通信网络、远距离大范围监控网络、电网防攻击与电力线信息安全防护等特定应用环境中，当前基于金属介质的交流电方式的电能传输变得非常困难且易受干扰与破坏。尤其在海底监测系统，传统的能源方式，直接供电工程复杂，且隐蔽性差，因此，迫切需要发展一种新型的供电(能源供应)方式。
本发明基于现有的光纤网络作出改进，不仅可以满足普通场景的能量传输还可以实现水下传能，加载上不同的传感器或者负载，能够实现长时间连续的自动化观测，摆脱了海底传感检测受电池寿命、天气和数据迟到等种种局限性，具有重大的科学和现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种新型传能光纤，以及基于该传能光纤的能量传输系统，解决了能量传输不便利这一技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于传能光纤的能量传输系统，包括：
激光器，用于输出能量光信号；
传能光纤，用于传输所述能量光信号；
光电转换装置，用于接收所述能量光信号，并将所述能量光信号转换为电信号；
能量存储装置，用于存储经由所述光电转换装置转换而得到的所述电信号；
功能装置，用于在所述能量存储装置的能量供给之下，执行相应功能操作。
可选地，所述传能光纤可以包括多模通道，所述能量光信号可以以808nm波长经由所述多模通道进行传输。
可选地，所述系统还包括数据收发装置，用于发射和/或接收用于通信的通信光信号。
可选地，其中，所述传能光纤包括多模通道和单模通道，所述能量光信号以808nm波长经由所述多模通道进行传输，所述通信光信号以1550nm波长经由所述单模通道进行传输。
可选地，其中，所述光电转换装置、所述能量存储装置以及所述功能装置整体封装在密封外壳内，能够应用于水下或高污染环境中。
可选地，其中，所述功能装置包括传感器、控制器、通信模块；所述传感器用于采集环境数据信息；所述控制器用于控制所述传感器的工作时间、休眠状态、工作区域和/或移动状态；所述通信模块用于将所述传感器采集到的数据信息通过光纤或无线信号的形式发送出去，以及，用于接收以光纤或无线信号形式发送过来的数据信号。
可选地，所述功能装置包括水质监测装置，所述传感器用于采集水温、酸碱度、泥沙含量、水流流量、水流流速和/或水深数据；和/或，
所述功能装置包括风沙监测装置，所述传感器用于采集沙尘含量、风速、温度、湿度、特殊气体和/或PM2.5值数据。
可选地，其中，对于所述传能光纤，根据需要传输的能量大小选取不同的芯径。
可选地，其中，所述光电转换装置包括砷化镓GaAs材料，或掺杂有其它元素的砷化镓GaAs材料，根据输入功能的不同，选用不同面积、不同结数的光电池，以提高光电转换效率。
可选地，其中，所述能量存储装置包括电容器、锂电池和/或铅电池。
该系统可以实现稳定的能量传输，并且能够适应水下、高磁场、易爆炸等各种极端恶劣环境，实现了超安全的能量传输，不会像电力线一样易引起火灾等危险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的基于传能光纤的能量传输系统的示意图；
图2为本发明另一实施例提供的传能光纤的示意图。
图中附图标记含义如下：
1-激光器，2-传能光纤，3-光电转换装置，4-能量存储装置，5-功能装置，6-功能器件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1示出了一种基于传能光纤的能量传输系统的示意图，如图1所示，该系统包括如下装置：
激光器，用于输出能量光信号；
具体而言，激光器可以是半导体激光器，也可以是其他各种类型的激光器。
传能光纤，用于传输所述能量光信号；
可选地，可以通过多模光纤通道来传输所述能量光信号；该传能光纤可以是多模光纤，也可以是单模光纤与多模光纤复合而成的新型光纤，可以包含一根多模光纤，也可以包含多根多模光纤。可以采用808nm波长的光信号在所述传能光纤中进行传输，这是因为目前的光电转换单元在808nm处转换效率较高，能够进行大功率的转换。此处虽然指明808nm波长，但是在实际工作中，808nm附近也是可行的。当然，并不限于808nm波段及其附近波段，也可以是其它波段。
根据需要传输的能量大小的不同，选取不同的芯径，芯径越大，则其可以传输的功率越高，但是随之而来的，其损耗也越大。所以，在实际选择中，并不是芯径越大越好，也不是传输功率越高越好，需要根据实际需要，综合考虑，避免出现较大损耗。
光电转换装置，用于接收所述能量光信号，并将所述能量光信号转换为电信号；
具体地，光电转换装置可以是砷化镓GaAs材料,可以是掺杂其他元素的砷化镓GaAs材料，根据输入的功率可以需要设计不同面积，不同结数的光电池，尽可能高的提升光电转换效率，光电转换效率有S-Q极限，不同的谱宽，不同的材料有不同的极限，目前实验室最好的转换效率能到45％，实际应用的时候最高效率40％左右。理论上讲无穷多结的光电池转换效率极限值是64.5％。
能量存储装置，用于存储经由所述光电转换装置转换而得到的所述电信号；
具体地，能量存储装置可以选电容器，如果转换的电刚刚满足传感器实验的话，可以电容器再加稳压器等辅助，如果传感器功率较大，而光电转换功率较小的话就需要化学能存储单元，根据不同的储能容量可以选择锂电池、铅电池等以及其他的电池。存储的话一般只看容量，没有额外的考虑效率，因为这种情况下，传感器并非时时工作，而是定时工作。
功能装置，用于在所述能量存储装置的能量供给之下，执行相应功能操作。
具体地，功能装置后可以挂载多个功能器件，功能器件可以是传感器、通信模块等等，取决于应用于何种场景中。
所述功能装置包括水质监测装置，挂载的功能器件可以包括传感器，所述传感器用于采集水温、酸碱度、泥沙含量、水流流量、水流流速和/或水深数据；和/或，
所述功能装置包括风沙监测装置，挂载的功能器件可以包括传感器，所述传感器用于采集沙尘含量、风速、温度、湿度、特殊气体和/或PM2.5值数据。
进一步地，在特定场景下，还可以挂载低功耗的图像传感器、音频传感器等等。
可选地，所述系统还可以包括数据收发装置，用于发射和/或接收用于通信的通信光信号。
可选地，可以通过单模光纤通道来传输所述通信光信号，可以以1550nm波长来传输所述通信光信号。
可选地，其中，所述传能光纤可以包括多模通道和单模通道，所述能量光信号以808nm波长经由所述多模通道进行传输，所述通信光信号以1550nm波长经由所述单模通道进行传输。上述波长都不限于该特定波长值，也可以包含其附近的波段范围。
可选地，其中，所述光电转换装置、所述能量存储装置以及所述功能装置整体封装在密封外壳内，能够应用于水下或高污染环境中。例如，应用于深水中测量水质的温度、酸碱度、泥沙含量等数据信息；也可以用于在高温和/或高腐蚀性环境中，采集环境数据信息。
可选地，所述光电转换装置和所述能量存储装置可以集成并封装在一起，构成“能量站”，所述功能装置和功能器件集成在一起，构成“功能端”。基于此，该系统就由激光器、传能光纤、能量站、功能端四个部分构成。激光器为整个系统提供能量。传能光纤采用特殊光纤，能够长时间适应水下环境，浸泡在水中无损害，无安全隐患。能量站是系统的重要部分，集成光电转换，电能储存，将多模光场能量最大效率的转成电能，留有入口端和出口端，能量站具有很好的密封，能满足深水的压力。功能端可以视需求而定，采用不同的传感器加信号收发模块、控制模块，实现低功耗通信。通信传输方式可以根据实际需要，选择无线通信、光纤通信或者多种通信混合等。
可选地，其中，所述功能装置包括传感器、控制器、通信模块；所述传感器用于采集环境数据信息；所述控制器用于控制所述传感器的工作时间、休眠状态、工作区域和/或移动状态；所述通信模块用于将所述传感器采集到的数据信息通过光纤或无线信号的形式发送出去，以及，用于接收以光纤或无线信号形式发送过来的数据信号。
更具体地，该系统通过控制器来控制传感器的工作时间，控制其工作频率、休眠时间段以减少能量消耗，还可以根据需求选择窄带物联网NB-IOT网络实现万物互联，还可以接入普通通信频段。在不同的水深或者空间环境距离选择无线通信或者光纤通信的方式实现通信。
首先这个系统在水中，有很大的优势，因为这样的传能方式在水中即使光纤断裂也不会有触电危险，这比水下电缆要方便容易铺设的多，其次它可以随着需要选择不同的距离，作为海底监测节点。在空间环境中，如易燃易爆危险品仓库危险仓库，电磁干扰，高压电线、城市的阴暗潮湿的管廊监测，天然气管道检测，等地方，光纤传能不会出现触电的危险，空间环境的通信可以由两种方式，在水下的话无线通信损耗很大，但是空间的话，如果距离在几公里，可以选择光纤通信，还可以选择无线通信，甚至现在很多传感器都待着Nb-Lot通信模块，可以实现通信。
以水质监测为例，激光器为整个系统提供能量，传能光纤中有两个通道，信息通道和能量通道，能量通道的光功率到瓦级或更大，损耗会很大，因此与信息通道分开。在光电转换装置和能量存储装置处是一个严格密封的装置，能适应-60—70℃的工作环境，将能量进行转换后高效合理的存储，供给功能装置使用。功能装置可以采集水质的温度、碱度、泥沙含量等数据信息，将信息通过光纤或者无线传输的方式发送。
该系统可以实现稳定的能量传输，并且能够适应水下、高磁场、易爆炸等各种极端恶劣环境，实现了超安全的能量传输，不会像电力线一样易引起火灾等危险。
图2示出了本发明一实施例提供的传能光纤的示意图，如图2所示，该传能光纤包括一个单模光纤通道和一个多模光纤通道，其中，单模光纤通道应用于传输1550nm波长的通信光信号；多模光纤通道应用于传输808nm波长的能量光信号。
可选地，根据需要，传能光纤也可以包含多条单模光纤通道和/或多条多模光纤通道。
本发明上述实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于:
(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器1010、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据交互功能的电子装置。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，非易失性计算机可读存储介质存储有程序指令，当电子设备执行程序指令时，用于执行上述方法实施例中的方法和步骤。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，其中，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，其中，当程序指令被电子设备执行时，使电子设备执行上述任意方法实施例中的方法。
在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或智能终端设备或处理器(Processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于传能光纤的能量传输系统，其特征在于，包括：
激光器，用于输出能量光信号；
传能光纤，用于传输所述能量光信号；
光电转换装置，用于接收所述能量光信号，并将所述能量光信号转换为电信号；
能量存储装置，用于存储经由所述光电转换装置转换而得到的所述电信号；
功能装置，用于在所述能量存储装置的能量供给之下，执行相应功能操作。
2.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述传能光纤包括多模通道，所述能量光信号以808nm波长经由所述多模通道进行传输。
3.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述系统还包括数据收发装置，用于发射和/或接收用于通信的通信光信号。
4.根据权利要求3所述的能量传输系统，其中，所述传能光纤包括多模通道和单模通道，所述能量光信号以808nm波长经由所述多模通道进行传输，所述通信光信号以1550nm波长经由所述单模通道进行传输。
5.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述光电转换装置、所述能量存储装置以及所述功能装置整体封装在密封外壳内，能够应用于水下或高污染环境中。
6.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述功能装置包括传感器、控制器、通信模块；所述传感器用于采集环境数据信息；所述控制器用于控制所述传感器的工作时间、休眠状态、工作区域和/或移动状态；所述通信模块用于将所述传感器采集到的数据信息通过光纤或无线信号的形式发送出去，以及，用于接收以光纤或无线信号形式发送过来的数据信号。
7.根据权利要求6所述的能量传输系统，其中，
所述功能装置包括水质监测装置，所述传感器用于采集水温、酸碱度、泥沙含量、水流流量、水流流速和/或水深数据；和/或，
所述功能装置包括风沙监测装置，所述传感器用于采集沙尘含量、风速、温度、湿度、特殊气体和/或PM2.5值数据。
8.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，对于所述传能光纤，根据需要传输的能量大小选取不同的芯径。
9.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述光电转换装置包括砷化镓GaAs材料，或掺杂有其它元素的砷化镓GaAs材料，根据输入功能的不同，选用不同面积、不同结数的光电池，以提高光电转换效率。
10.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述能量存储装置包括电容器、锂电池和/或铅电池。
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