[发明专利]适用于非接触电能和数据传输的系留缆

说明书

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；