[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

说明书

本实用新型公开了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，包括水上系统、系留缆和水下系统；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，水上电能发送模块包括逆变电路和水上谐振环路；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，水下电能接收模块包括整流电路和水下谐振环路；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。本实用新型实现电能和数据的并行传输，适用于不同功率需求，成本较低。

技术领域

本实用新型属于海洋监测领域，更具体的说，是涉及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。

背景技术

海洋占地球总面积的百分之七十以上，但是到目前为止，人类探索的海洋只有5％，如果能对海洋资源加以有效利用，将为我国的经济发展提供强大的动力。海洋立体监测系统成为人们探索海洋的一种现代化海洋观测设施。海洋浮标是海洋立体监测网中的重要一环，为了达到浮标长期、实时监测的目标，必须解决浮标水下传感器的供电与数据回传问题。目前海洋浮标水下传感器一般采用自身携带的电池进行供电，难以实现较长时间的续航；而在数据传输方面，通常采用自容式数据存储方式，无法实现数据的实时回传。

为了克服现有的海洋观测系统中水下传感器电能供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，本课题采用感应耦合电能传输技术实现对水下负载，即超级电容的供电。

目前针对感应耦合技术的研究多注重在电能传输方面，但在实际工程中，系统还需要具备状态监测、闭环控制等功能，因此需要在水上及水下系统之间实现单向或双向数据传输。现有的数据传输方法如下：

(1)系统电能和数据分时传输。电能传输的过程中信号线路断开，数据不能进行实时传输；信号传输时无法进行电能传输，分时传输的方式在周期性测量工作中能够保证系统的需求，但是当用户需要紧急通讯时，存在水下控制中心电力不足的隐患。

(2)使用WIFI等无线通信模块进行数据实时传输。该类方法的工作频率属于特高频微波范围，而海水对无线电波的衰减能力非常强，因此不适用于所述的海洋浮标系统。

(3)使用调幅式方法实现电能和数据的并行传输，该类方案中电能和数据的传输共用耦合器并公用一个频段。在数据正向传输时，采用频移键控FSK或移幅键控ASK的方式，数据反向传输时，采用负载调制技术。此类方法会大大降低系统的传输效率，并且数据在传输时速率受限于开关频率，不适用于高速通信的场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，基于感应耦合的海洋浮标非接触电能和数据并行传输的问题，提出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，从而实现电能和数据的并行传输，适用于不同功率需求，成本较低。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本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，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；