海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁盒原型系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁技術(shù)是海洋科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題。將多個海底觀測設(shè)備在水下連接，實現(xiàn)對各種海底觀測設(shè)備所需電能和信息集中控制和管理的技術(shù)，稱為水下接駁技術(shù)。應(yīng)用水下接駁技術(shù)對電能和信息實施控制和管理的裝置，稱為接駁盒。傳統(tǒng)的海洋觀測技術(shù)受到電能長期供給和信息實時傳送的限制。基于水下接駁技術(shù)的海底觀測網(wǎng)絡(luò)能夠提供持續(xù)電能供給和實時高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了對海底的長期連續(xù)實時原位觀測。
　　 在國家985工程2期浙江大學(xué)機電系統(tǒng)

2、創(chuàng)新平臺項目“海底觀測網(wǎng)絡(luò)試驗平臺”的資助下，本文在理論分析和實驗測試的基礎(chǔ)上，對海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁盒原型系統(tǒng)技術(shù)進行了較為系統(tǒng)的研究，并初步建成ZERO系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論有：
　　 1.提出了一種模塊化的接駁盒原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用主控電路腔、高壓轉(zhuǎn)換腔和低壓轉(zhuǎn)換腔3個耐壓密封腔體，實現(xiàn)了接駁盒原型系統(tǒng)的機電集成封裝?；诘谝粡姸壤碚?，完成了接駁盒耐壓腔體的強度設(shè)計計算和穩(wěn)定性校核，并利用ANSYS軟件對耐壓腔體和端蓋進行

3、了仿真分析，保證了接駁盒能夠用于深海高壓環(huán)境。接駁盒耐壓腔體使用雙層O形密封圈實現(xiàn)了可靠的軸向密封。采用腔體內(nèi)部充油散熱和端蓋散熱相結(jié)合的方法，保證了接駁盒系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　 2.提出了一種由監(jiān)控中心層、主干網(wǎng)層和子網(wǎng)層構(gòu)成的海底觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。參照OSI/RM模型，設(shè)計了一種基于TCP/IP協(xié)議的主干網(wǎng)通信協(xié)議分層模型。針對信息傳輸?shù)膶崟r性要求，采用了基于TCP/IP協(xié)議的光以太網(wǎng)技術(shù)、Modbus協(xié)議、RS485協(xié)議和

4、應(yīng)用層自定義協(xié)議相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了海底觀測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集及相應(yīng)的通信控制。采用SNTP服務(wù)器對時和指令幀對時相結(jié)合的組合授時方法，實現(xiàn)了系統(tǒng)的精確時間同步。
　　 3.通過對高壓直流輸電和交流輸電的對比分析，確定ZERO系統(tǒng)采用金屬導(dǎo)線回路方式實現(xiàn)高壓直流輸電。分析了PWM控制、雙管正激變換和ISOP組合系統(tǒng)的輸入側(cè)均壓和輸出側(cè)均流技術(shù)，提出了將功率MOSFET以輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的方式連接，采用基于PWM電流型反饋控制的雙管正

5、激電路的方法，實現(xiàn)了接駁盒的2kV/400V DC/DC變換器的2kV DC高壓直流電能到400V DC中壓直流電能的轉(zhuǎn)換。
　　 4.設(shè)計了基于MSP430F149單片機的接駁盒電能管理系統(tǒng)，采用霍爾電流傳感器測量海底觀測設(shè)備的電流，采用分壓的方法測量電壓，使用熱敏電阻測量接駁盒內(nèi)部的溫度，并通過機械繼電器開關(guān)的遠程分合控制，實現(xiàn)了海底觀測設(shè)備的電能分配控制。
　　 5.開展了ZERO接駁盒系統(tǒng)的實驗室高壓艙和水池實驗