[实用新型]基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统

权利要求书

1.一种基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统，其特征在于，包括水上系统、系留缆和水下系统，所述水上系统和系留缆通过水上电磁耦合器连接，所述水下系统和系留缆通过水下耦合器连接；

所述水上系统包括直流电源、水上中央处理器、水上电能发送模块和水上双向通信单元，所述水上电能发送模块包括逆变电路和水上谐振环路；所述逆变电路由直流电源供电，所述逆变电路输出端与水上谐振环路连接，所述水上谐振环路和系留缆通过水上电磁耦合器耦合，所述水上谐振环路和水上双向通信单元耦合连接；

所述水下系统包括负载、水下中央处理器、水下电能接收模块和水下双向通信单元，所述水下电能接收模块包括整流电路和水下谐振环路；所述水下谐振环路和系留缆通过水下电磁耦合器耦合，所述水下谐振环路输出端连接整流电路，整流电路输出端连接负载，所述水下谐振环路和水下双向通信单元耦合连接；

所述水上双向通信单元和水下双向通信单元均有两种工作模式，包括发送模式和接收模式；所述水上中央处理器由直流电源供电，产生的方波信号为水上电能发送模块提供控制信号，并控制水上双向通信单处于何种工作模式，其中，水上电能发送模块和水上双向通信单元在控制上是解耦的；所述水下中央处理器由接收的电能供电，控制水下电能接收模块，并控制水下双向通信单元处于何种工作模式，其中水下电能接收模块和双向通信单元在控制上是解耦的；

所述逆变电路、水上谐振环路、系留缆、整流电路和水下谐振环路通过感应耦合将电能从水上的直流电源非接触传输到水下的负载，所述水上双向通信单元和水下双向通信单元负责水上系统和水下系统的信息通信，电能传输和数据传输均以耦合方式共用系留缆实现。

2.根据权利要求1所述的基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统，其特征在于，所述水上系统放置于浮标体防水仪器舱内，所述水下系统放置于水下电磁耦合密封装置内。

3.根据权利要求1所述的基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统，其特征在于，所述系留缆为铜缆，兼具高导电性和高抗拉强度，相当于一个中间线圈，既是水上耦合器的次级线圈，又是水下耦合器的初级线圈，连接水上系统和水下系统；所述系留缆为电能谐振环路、数据传输链路、以及浮标本体与深水锚连接的锚系缆；系留缆电能谐振环路用于将接收的交流电压无线传输给水下系统，采用串联补偿结构，包括串联连接的系留缆自感L₂、水上耦合器次级线圈L₄、水下耦合器初级线圈L₅、系留缆自身电阻与线圈交流电阻R₂。

4.根据权利要求1所述的基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统，其特征在于，所述逆变电路用于将直流电压转换为交流电压，采用全桥电路，其控制信号由水上中央处理器发出，包括一号开关管(Q₁)、二号开关管(Q₂)、三号开关管(Q₃)、四号开关管(Q₄)，所述一号开关管(Q₁)和二号开关管(Q₂)互补开通，所述三号开关管(Q₃)和四号开关管(Q₄)互补开通，所述一号开关管(Q₁)与二号开关管(Q₂)的驱动信号为互补PWM波，且两路互补PWM波之间有一定的死区时间；一号开关管(Q₁)、二号开关管(Q₂)、三号开关管(Q₃)、四号开关管(Q₄)的驱动信号频率与水上系统、系留缆和水下系统的谐振频率均相等。

5.根据权利要求1所述的基于频分复用实现电能和数据并行传输的海洋浮标系统，其特征在于，所述水上谐振环路为串联补偿结构，包括串联于逆变电路两路输出端之间的水上耦合器初级线圈(L₁)、水上数据线圈(L₆)、水上补偿电容(C₁)、水上线圈交流电阻(R₁)。