用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的分支單元裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于深海海底觀測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，公開一種具有低功耗、高可靠性的用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的分支單元裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋，在給人類帶來豐富資源的同時，又帶給人類許多未知的災(zāi)難。若能深刻認識海洋，預(yù)測海洋的各種變化，即可實現(xiàn)與海洋和諧共處的同時，合理開發(fā)、利用海洋資源。與科考船、水下滑翔機、R0V、AUV、浮標等傳統(tǒng)的海洋觀測手段相比，海底觀測網(wǎng)打破了能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗?，實現(xiàn)了對海底的長期、實時、連續(xù)、大范圍、原位觀測。
[0003]持續(xù)穩(wěn)定的電能供給、通訊是海底觀測網(wǎng)長期運行的前提和基礎(chǔ)。海底光電復(fù)合纜(簡稱“海纜”)作為數(shù)據(jù)通信和能源供給的載體。海纜放置于環(huán)境惡劣的海底，頻繁的海上活動、海底地震、海嘯造成海纜故障率逐年增高。海纜故障如不及時隔離，勢必造成整個觀測網(wǎng)癱瘓。為了實現(xiàn)對海洋大范圍的觀測，需要連接多個接駁盒。接駁盒如果采用串聯(lián)連接的方式，其中任何一個接駁盒出現(xiàn)故障，整個觀測網(wǎng)絡(luò)則不能運行。分支單元實現(xiàn)了接駁盒的并聯(lián)連接，可有效隔離海纜故障和接駁盒故障，為無故障部分正常運行提供保障。因此，分支單元具有重大的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。
[0004]為了保障海底觀測網(wǎng)可靠穩(wěn)定運行25年以上，需要高可靠性的分支單元及海纜故障隔離方法，對出現(xiàn)的海纜故障進行應(yīng)急處理。目前市場上還沒有分支單元裝置及有效的故障隔離方法，無法滿足大規(guī)模海底觀測網(wǎng)建設(shè)的需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種分支單元裝置，以實現(xiàn)對海纜故障和接駁盒故障的有效隔離，為海底觀測網(wǎng)長期、可靠、穩(wěn)定運行提供保障。
[0006]本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的分支單元裝置。
[0007]用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的分支單元裝置，包括:
[0008]啟動電路，連接繼電器開關(guān)兩側(cè)的主光電復(fù)合纜，用于控制繼電器開關(guān)閉合；
[0009]測量電路，包括電壓測量模塊和電流測量模塊；所述電壓測量模塊分別連接繼電器開關(guān)一側(cè)的主光電復(fù)合纜、微控制器，用于測量分支單元裝置電壓、并輸出給微控制器；所述電流測量模塊被串聯(lián)接入繼電器開關(guān)與接駁盒之間的分支光電復(fù)合纜，用于測量分支光電復(fù)合纜電流、并輸出給微控制器；
[0010]微控制器，分別連接測量電路和繼電器控制電路，用于接收分支單元裝置電壓和分支光電復(fù)合纜電流，并識別海纜故障、輸出電平信號給繼電器控制電路；
[0011 ] 繼電器控制電路，連接微控制器和繼電器開關(guān)，用于接收微控制器輸出的電平信號、并通過內(nèi)部的驅(qū)動芯片反向放大，從而控制繼電器開關(guān)斷開、隔離海纜故障；
[0012]供電電路，一端連接主光電復(fù)合纜、另一端分別連接測量電路、微控制器、繼電器控制電路，用于獲取主光電復(fù)合纜中的電能并輸出給微控制器、測量電路、繼電器控制電路；
[0013]繼電器開關(guān)，為4個，其中2個主光電復(fù)合纜繼電器開關(guān)接入主光電復(fù)合纜，2個分支光電復(fù)合纜繼電器開關(guān)接入分支光電復(fù)合纜。
[0014]所述啟動電路和供電電路在分支單元裝置兩側(cè)對稱配置，實現(xiàn)分支單元裝置從左、右兩側(cè)均可以實現(xiàn)繼電器開關(guān)的閉合、斷開。
[0015]所述啟動電路通過電容充放電控制繼電器開關(guān)閉合。
[0016]所述電壓測量模塊為霍爾電壓傳感器；所述電流測量模塊為霍爾電流傳感器。
[0017]所述供電電路內(nèi)部包括4個穩(wěn)壓二極管、4個普通二極管、DC/DC隔離電源模塊、DC/DC低壓轉(zhuǎn)換模塊；所述穩(wěn)壓二極管采用背靠背的連接方式被串聯(lián)在主光電復(fù)合纜中獲取不穩(wěn)定的12V電壓，再通過DC/DC隔離電源模塊轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的12V電壓、最后通過DC/DC低壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為3.3V輸出；所述4個普通二極管構(gòu)成橋式整流電路。
[0018]本實用新型具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0019]1、本實用新型選用MSP430控制器，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，可靠性高，功耗低，使用方便，抗干擾能力強。
[0020]2、本實用新型利用分支單元裝置電壓值和分支光電復(fù)合纜電流，實現(xiàn)故障海纜的隔離，提高了海底觀測系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可有效隔離故障，使無故障部分正常運行。
[0021]3、本實用新型實現(xiàn)了海底觀測網(wǎng)接駁盒的并行連接，易于實現(xiàn)接駁盒的擴展，擴大對海洋的觀測面積。
[0022]4、便于推廣。本實用新型所提出的穩(wěn)壓二極管取電技術(shù)可以應(yīng)用在低功耗、取電困難的工業(yè)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型分支單元裝置應(yīng)用在海底觀測系統(tǒng)的整體架構(gòu)框圖；
[0024]圖2為本實用新型分支單元裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為本實用新型裝置中啟動電路原理圖；
[0026]圖4為本實用新型裝置中供電電路原理圖；
[0027]圖5為本實用新型裝置中測量電路原理圖；
[0028]圖6為本實用新型裝置中繼電器控制電路原理圖；
[0029]圖7為本實用新型裝置工作流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0031]本實用新型涉及深海海底觀測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)的分支單元裝置。
[0032]海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示，包括岸基站、分支單元、接駁盒、觀測設(shè)備、海底光電復(fù)合纜。其中，岸基站為整個觀測系統(tǒng)提供電能，岸基站利用AC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)備，將380V交流電轉(zhuǎn)換為10kV直流電，通過海底光電復(fù)合纜將電能輸送到接駁盒，接駁盒利用DC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)備將10kv轉(zhuǎn)換為375V，375V再轉(zhuǎn)換為48V、24V為觀測設(shè)備提供電能；岸基站輸出電壓可調(diào)，啟動過程中岸基站輸出電壓+600V，分支單元啟動電路電容充放電實現(xiàn)繼電器開關(guān)S:、S2、S3、S4閉合，從而將接駁盒與岸基站連通，當網(wǎng)絡(luò)中所有的分支單元啟動過程結(jié)束后，調(diào)節(jié)岸基站輸出電壓為-10kV，供電系統(tǒng)進入正常工作模式，觀測設(shè)備對海洋實現(xiàn)觀測，觀測數(shù)據(jù)通過光電復(fù)合纜的光纖實時傳送到岸基站；海纜故障識別算法對海纜運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，海纜故障發(fā)生后，微控制器利用海纜故障識別算法識別海纜故障并報警，工作人員調(diào)節(jié)岸基站輸出電壓為-600V，分支單元根據(jù)檢測的電壓進入故障隔離模式，實現(xiàn)對故障的隔離，保障海底觀測系統(tǒng)無故障部分正常運行；分支單元的主要功能，在系統(tǒng)啟動過程中閉合繼電器內(nèi)部開關(guān)Sp S2、S3、S4，實現(xiàn)對所有接駁盒供電，當海纜發(fā)生故障時，斷開故障電纜開關(guān)，隔離海纜故障。所述接駁盒的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊具有啟動電壓閾值，啟動前，接駁盒沒有功耗。
[0033]分支單元裝置如圖2所示，主要包括控制器、供電電路、啟動電路、測量電路、繼電器控制電路。分支單元具有兩套供電電路和啟動電路，分別位于繼電器兩側(cè)，呈對稱分布，從而保證了電流從任何一個方向流入都可以實現(xiàn)分支單元穩(wěn)定工作。
[0034]啟動電路分為左啟動電路和右啟動電路，如圖3所不。左啟動電路包括電容Q、尚壓觸發(fā)二極管D1、二極管隊、繼電器置位線圈L1、L3、分壓電阻R2;右啟動電路包括電容C4、高壓觸發(fā)二極管D3、二極管仏、繼電器置位線圈L2、L4、分壓電阻R4。啟動電路工作原理為:啟動電路采用電容充放電的方式實現(xiàn)繼電器開關(guān)的閉合，假設(shè)岸基站位于分支單元的左側(cè)，岸基站輸出電壓+600V，電容Q充電，當C i兩端的電壓超過高壓觸發(fā)二極管D i的觸發(fā)電壓時，電容Q放電，電流流過置位線圈Lp L3，繼電器Sp S3閉合。S:閉合后，啟動電壓加載至右啟動電路和下一級分支單元，右啟動電路經(jīng)過同樣的充放電