海底观测网水下主基站制造技术

本发明专利技术涉及一种海底观测网水下主基站，包括防拖网结构和功能单元，防拖网结构为整体式椭球面结构，由保护罩组件、支撑骨架组件、底部支撑组件和底部封闭组件通过螺栓和螺母相互连接而成，功能单元安装在防拖网结构内，由海缆终端组件、电力单元组件、通信单元组件、接海阴极组件和湿插拔连接器组件通过水密连接器和水密缆相互连接而成。水下主基站通过含海底中继器和海底分支器的标准单极光电复合通信海缆连接至岸基站，采用以海水作为电流回路的负高压单极直流输电和有中继的波分复用光纤通信，并通过海缆分段继电保护来提高海底观测网的可靠性。本发明专利技术结构简单、体积紧凑和布放稳定，能降低外力破坏的风险，并减少泥沙沉积，还具有输电效率高、通信容量大和传输距离远的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海底观测
，涉及一种海底观测网水下主基站，尤其涉及一种采用整体式椭球面防拖网结构、分段保护的负高压单极直流输电和有中继的波分复用光纤通信的海底观测网水下主基站。
技术介绍
海洋占地球表面70%以上，极大影响着全球环境和气候变化，且蕴藏着巨大的能源和资源，是人类可持续发展的基础，因此理解其运行机理对于人类文明的发展极为重要。而要理解海洋必须有目的地对海洋开展长期实时观测，但其巨大体量很多年来严重阻碍了人类深入观测其内部的复杂动态过程，造成了观测数据的严重缺乏。传统的海洋观测方式中占主导地位的是船基考察方式，主要是从船上用科学仪器直接观测海洋，这种方式受制于船时和天气等因素，只能断断续续地观测，获取零零散散的数据。通过船只布放的自容式或锚系式的着底器只能支持少量海底设备的短期供电，且无法实时传输数据，并需要较为频繁的定期维护。各种水下机器人，包括载人深潜器、遥控运载器、自主机器人、海底爬行车和水下滑翔机等，是海底探测的有力工具，但也无法长期蹲守海底，且仍不同程度受制于船时等因素。卫星遥测遥感对地观测系统使人类可长期观测地面和海面，但无法穿透巨厚的海水直接观测海底。只有通过长期连续观测实现原位蹲点，获得大量高分辨率的时空序列参数，才能够捕捉海洋中存在着海底火山喷发、地震、海啸、滑坡和风暴潮等很多重要的突发现象，也才能更有效地理解海洋中存在着板块运动、海洋沉积、海洋酸化、生物多样性和物质循环等很多重要的长期过程。海底观测网可满足这些关乎社会经济发展的重大科学需求，并被列入2013年国务院讨论通过的《国家重大科技基础设施建设中长期规划2012-2030年》中，即通过海缆连接陆地和海底，实现长期实时观测较广范围的海底区域，被称为国际海洋科技领域的革命。该领域国内外尚处于起步阶段，而水下主基站是海底观测网的核心组网装备，在现有技术中存在以下缺点：采用分体式梯形防脱网结构，结构复杂、体积大和成本高，且海底长期布放稳定性差，易被渔业拖网等外力破坏；采用双极供电或恒流供电，导致海底观测网在海缆上的电能损耗大、输电效率低和供电能力差，且在海缆发生接地故障的情况下，易引起全系统崩溃，因此运行可靠性低；采用非中继的单波长光纤通信，所有水下主基站共用同一波长传输数据，因此传输距离短、通信容量小和数据传输速率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种海底观测网水下主基站，所述水下主基站通过含海底中继器和海底分支器的标准单极光电复合通信海缆连接至岸基站，采用结构简单、体积紧凑和布放稳定的整体式椭球面防拖网结构，采用输电效率高的负高压直流恒压方式并联供电，采用通信容量大和传输距离远的有中继波分复用光纤通信，并通过海缆分段继电保护来提高海底观测网的可靠性。本专利技术的技术方案是：所述海底观测网水下主基站，包括防拖网结构100和功能单元200，所述功能单元200安装在防拖网结构100内：所述防拖网结构100由保护罩组件110、支撑骨架组件120、底部支撑组件130和底部封闭组件140组成，所述保护罩组件110为近椭球面结构，通过支撑骨架组件120支撑，支撑骨架组件120安装在底部支撑组件130上，底部支撑组件130固定于底部封闭组件140上方；所述支撑骨架组件120包括支撑骨架连接块121、外围支撑骨架123和中心支撑骨架125，支撑骨架连接块121为十二边形结构，其相隔的六个侧面上开有圆孔，外围支撑骨架123的一端固定于支撑骨架连接块121的圆孔内，所述支撑骨架连接块121的中心设有螺纹孔，所述螺纹孔用于连接中心支撑骨架125一端，所述支撑骨架连接块121上还设有弧形吊耳，用于布放和回收过程中起吊水下主基站；所述底部支撑组件130由底部支撑架131和布放辅助吊耳132组成，底部支撑架131为近椭圆形结构，所述底部支撑架131由横梁、纵梁和椭圆环组成，椭圆环内沿横向和纵向布置有若干横梁和纵梁，使底部支撑架131呈网格状的结构，所述外围支撑骨架123和中心支撑骨架125的另一端分别固定于横梁和纵梁连接处；所述布放辅助吊耳132布置于横梁或纵梁上；所述底部封闭组件140由底部封闭板141和底部支撑脚142组成；底部支撑脚142均匀分布于底部封闭板141底部的四周；所述功能单元200包括海缆终端腔体211、电力单元腔体221、通信单元腔体231、接海阴极241、湿插拔连接器插头、水密连接器和水密缆，所述海缆终端腔体211一端连接至分支海缆末端，另一端安装有第一水密连接器261和第二水密连接器262，所述海缆终端腔体211将海缆内的供电导线和通信光纤分离，所述供电导线和通信光纤在海缆终端腔体内部分别连接至第一水密连接器261和第二水密连接器262，所述海缆终端腔体211通过第一水密缆271连接至电力单元腔体221，所述海缆终端腔体211通过第二水密缆272连接至通信单元腔体231，所述电力单元腔体221与通信单元腔体231之间分别通过第三水密连接器263、第三水密缆273以及第四水密连接器264、第四水密缆274进行连接，所述接海阴极241通过第五水密连接器265和第五水密缆275连接至电力单元腔体221，所述湿插拔连接器插头254通过湿插拔连接器插座251、第六水密连接器266和第六水密缆276连接至通信单元腔体231；所述电力单元腔体221将-6kV至-12kV的负高压直流电降压变换为375V直流电后，再将该375V直流电通过第三水密连接器263和第三水密缆273输送至通信单元腔体231，所述通信单元腔体231通过湿插拔连接器插座251和湿插拔连接器插头254连接至海底机器人或仪器平台，并通过第四水密连接器264和第四水密缆274采集电力单元腔体221的运行状态数据；所述通信单元腔体231内设有光纤通信模块和电能监控模块，通过光纤通信模块控制海底机器人或仪器平台的数据传输，并将海底机器人或仪器平台的科学数据发送至数据服务器334，通过电能监控模块控制海底机器人或仪器平台的供电通断，并将水下主基站的状态数据发送至数据服务器334。本专利技术中，所述海缆终端腔体211外罩有海缆终端保护罩212，海缆终端保护罩212通过海缆终端上夹具213和海缆终端下夹具214固定于底部支撑架131上。本专利技术中，所述电力单元腔体221外罩有电力单元保护罩222，所述电力单元保护罩222通过电力单元上夹具223和电力单元下夹具224固定于底部支撑架131上。本专利技术中，所述通信单元腔体231外罩有通信单元保护罩232，所述通信单元保护罩232通过通信单元上夹具233和通信单元下夹具234固定于底部支撑架131上。本专利技术中，所述接海阴极241通过接海阴极上夹具242和接海电极下夹具243固定于底部支撑架131上。本专利技术中，所述保护罩组件110由椭球面保护罩111、安装检修窗112、湿插拔操作门114、湿插拔操作门栓115和湿插拔操作门栓支撑块113组成，所述安装检修窗112通过螺栓固定于椭球面保护罩111的前后表面，所述椭球面保护罩111两侧分别设置有湿插拔操作门114，所述湿插拔操作门114一侧通过转轴与椭球面保护罩111活动连接，另一侧通过转轴与湿插拔操作门栓115活动连接，所述湿插拔操作门栓115可绕其转轴转动，所述椭球面保护罩111上设有湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
所述海底观测网水下主基站，其特征在于包括防拖网结构(100)和功能单元(200)，所述功能单元(200)安装在防拖网结构(100)内：所述防拖网结构(100)由保护罩组件(110)、支撑骨架组件(120)、底部支撑组件(130)和底部封闭组件(140)组成，所述保护罩组件(110)为近椭球面结构，通过支撑骨架组件(120)支撑，支撑骨架组件(120)安装在底部支撑组件(130)上，底部支撑组件(130)固定于底部封闭组件(140)上方；所述支撑骨架组件(120)包括支撑骨架连接块(121)、外围支撑骨架(123)和中心支撑骨架(125)，支撑骨架连接块(121)为十二边形结构，其相隔的六个侧面上开有圆孔，外围支撑骨架(123)的一端固定于支撑骨架连接块(121)的圆孔内，所述支撑骨架连接块(121)的中心设有螺纹孔，所述螺纹孔用于连接中心支撑骨架(125)一端，所述支撑骨架连接块(121)上还设有弧形吊耳，用于布放和回收过程中起吊水下主基站；所述底部支撑组件(130)由底部支撑架(131)和布放辅助吊耳(132)组成，底部支撑架(131)为近椭圆形结构，所述底部支撑架(131)由横梁、纵梁和椭圆环组成，椭圆环内沿横向和纵向布置有若干横梁和纵梁，使底部支撑架(131)呈网格状的结构，所述外围支撑骨架(123)和中心支撑骨架(125)的另一端分别固定于横梁和纵梁连接处；所述布放辅助吊耳(132)布置于横梁或纵梁上；所述底部封闭组件(140)由底部封闭板(141)和底部支撑脚(142)组成；底部支撑脚(142)均匀分布于底部封闭板(141)底部的四周；所述功能单元(200)包括海缆终端腔体(211)、电力单元腔体(221)、通信单元腔体(231)、接海阴极(241)、湿插拔连接器插头、水密连接器和水密缆，所述海缆终端腔体(211)一端连接至分支海缆末端，另一端安装有第一水密连接器(261)和第二水密连接器(262)，所述海缆终端腔体(211)将海缆内的供电导线和通信光纤分离，所述供电导线和通信光纤在海缆终端腔体内部分别连接至第一水密连接器(261)和第二水密连接器(262)，所述海缆终端腔体(211)通过第一水密缆(271)连接至电力单元腔体(221)，所述海缆终端腔体(211)通过第二水密缆(272)连接至通信单元腔体(231)，所述电力单元腔体(221)与通信单元腔体(231)之间分别通过第三水密连接器(263)、第三水密缆(273)以及第四水密连接器(264)、第四水密缆(274)进行连接，所述接海阴极(241)通过第五水密连接器(265)和第五水密缆(275)连接至电力单元腔体(221)，所述湿插拔连接器插头(254)通过湿插拔连接器插座(251)、第六水密连接器(266)和第六水密缆(276)连接至通信单元腔体(231)；所述电力单元腔体(221)将‑6kV至‑12kV的负高压直流电降压变换为375V直流电后，再将该375V直流电通过第三水密连接器(263)和第三水密缆(273)输送至通信单元腔体(231)，所述通信单元腔体(231)通过湿插拔连接器插座(251)和湿插拔连接器插头(254)连接至海底机器人或仪器平台，并通过第四水密连接器(264)和第四水密缆(274)采集电力单元腔体(221)的运行状态数据；所述通信单元腔体(231)内设有光纤通信模块和电能监控模块，通过光纤通信模块控制海底机器人或仪器平台的数据传输，并将海底机器人或仪器平台的科学数据发送至数据服务器(334)，通过电能监控模块控制海底机器人或仪器平台的供电通断，并将水下主基站的状态数据发送至数据服务器(334)。...

【技术特征摘要】
1.所述海底观测网水下主基站，其特征在于包括防拖网结构(100)和功能单元(200)，所述功能单元(200)安装在防拖网结构(100)内：所述防拖网结构(100)由保护罩组件(110)、支撑骨架组件(120)、底部支撑组件(130)和底部封闭组件(140)组成，所述保护罩组件(110)为近椭球面结构，通过支撑骨架组件(120)支撑，支撑骨架组件(120)安装在底部支撑组件(130)上，底部支撑组件(130)固定于底部封闭组件(140)上方；所述支撑骨架组件(120)包括支撑骨架连接块(121)、外围支撑骨架(123)和中心支撑骨架(125)，支撑骨架连接块(121)为十二边形结构，其相隔的六个侧面上开有圆孔，外围支撑骨架(123)的一端固定于支撑骨架连接块(121)的圆孔内，所述支撑骨架连接块(121)的中心设有螺纹孔，所述螺纹孔用于连接中心支撑骨架(125)一端，所述支撑骨架连接块(121)上还设有弧形吊耳，用于布放和回收过程中起吊水下主基站；所述底部支撑组件(130)由底部支撑架(131)和布放辅助吊耳(132)组成，底部支撑架(131)为近椭圆形结构，所述底部支撑架(131)由横梁、纵梁和椭圆环组成，椭圆环内沿横向和纵向布置有若干横梁和纵梁，使底部支撑架(131)呈网格状的结构，所述外围支撑骨架(123)和中心支撑骨架(125)的另一端分别固定于横梁和纵梁连接处；所述布放辅助吊耳(132)布置于横梁或纵梁上；所述底部封闭组件(140)由底部封闭板(141)和底部支撑脚(142)组成；底部支撑脚(142)均匀分布于底部封闭板(141)底部的四周；所述功能单元(200)包括海缆终端腔体(211)、电力单元腔体(221)、通信单元腔体(231)、接海阴极(241)、湿插拔连接器插头、水密连接器和水密缆，所述海缆终端腔体(211)一端连接至分支海缆末端，另一端安装有第一水密连接器(261)和第二水密连接器(262)，所述海缆终端腔体(211)将海缆内的供电导线和通信光纤分离，所述供电导线和通信光纤在海缆终端腔体内部分别连接至第一水密连接器(261)和第二水密连接器(262)，所述海缆终端腔体(211)通过第一水密缆(271)连接至电力单元腔体(221)，所述海缆终端腔体(211)通过第二水密缆(272)连接至通信单元腔体(231)，所述电力单元腔体(221)与通信单元腔体(231)之间分别通过第三水密连接器(263)、第三水密缆(273)以及第四水密连接器(264)、第四水密缆(274)进行连接，所述接海阴极(241)通过第五水密连接器(265)和第五水密缆(275)连接至电力单元腔体(221)，所述湿插拔连接器插头(254)通过湿插拔连接器插座(251)、第六水密连接器(266)和第六水密缆(276)连接至通信单元腔体(231)；所述电力单元腔体(221)将-6kV至-12kV的负高压直流电降压变换为375V直流电后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕枫，周怀阳，吴正伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31