用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法，分支单元装置包括启动电路、供电电路、继电器控制电路、测量电路、微控制器。分支单元能够使得多个观测设备连接构成海底观测网系统，并且通过内部微控制器调用海缆故障隔离方法，在海底光电复合缆故障时断开继电器的开关，实现海缆故障的隔离。本发明专利技术具有功耗低、可靠性高、设计简单的特点，可实现接驳盒并行连接，有效隔离海缆故障，保证海底观测网无故障部分可靠运行。

For a branch unit and submarine cable fault isolation method of submarine observation network system

The present invention relates to a branch unit device and cable fault isolation method of submarine observation network system, the branch unit comprises a starting circuit, power supply circuit, relay control circuit, measuring circuit, micro controller. The branch unit can make a plurality of observation equipment connected submarine observation network system, and through the internal microcontroller call cable fault isolation method, relay switch in submarine optical composite cable failure, cable fault isolation system. The invention has the characteristics of low power consumption, high reliability, simple design, can realize the connection box are connected in parallel, effectively isolating the cable fault, ensure submarine observation network fault free operation part.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于深海海底观测系统
，公开一种具有低功耗、高可靠性的用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法。
技术介绍
海洋，在给人类带来丰富资源的同时，又带给人类许多未知的灾难。若能深刻认识海洋，预测海洋的各种变化，即可实现与海洋和谐共处的同时，合理开发、利用海洋资源。与科考船、水下滑翔机、ROV、AUV、浮标等传统的海洋观测手段相比，海底观测网打破了能量和数据传输的限制，实现了对海底的长期、实时、连续、大范围、原位观测。持续稳定的电能供给、通讯是海底观测网长期运行的前提和基础。海底光电复合缆(简称“海缆”)作为数据通信和能源供给的载体。海缆放置于环境恶劣的海底，频繁的海上活动、海底地震、海啸造成海缆故障率逐年增高。海缆故障如不及时隔离，势必造成整个观测网瘫痪。为了实现对海洋大范围的观测，需要连接多个接驳盒。接驳盒如果采用串联连接的方式，其中任何一个接驳盒出现故障，整个观测网络则不能运行。分支单元实现了接驳盒的并联连接，可有效隔离海缆故障和接驳盒故障，为无故障部分正常运行提供保障。因此，分支单元具有重大的现实意义和应用价值。为了保障海底观测网可靠稳定运行25年以上，需要高可靠性的分支单元及海缆故障隔离方法，对出现的海缆故障进行应急处理。目前市场上还没有分支单元装置及有效的故障隔离方法，无法满足大规模海底观测网建设的需要。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种分支单元装置及海缆故障隔离方法，以实现对海缆故障和接驳盒故障的有效隔离，为海底观测网长期、可靠、稳定运行提供保障。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法。用于海底观测网系统的分支单元装置，包括：启动电路，连接继电器开关两侧的主光电复合缆，用于控制继电器开关闭合；测量电路，包括电压测量模块和电流测量模块；所述电压测量模块分别连接继电器开关一侧的主光电复合缆、微控制器，用于测量分支单元装置电压、并输出给微控制器；所述电流测量模块被串联接入继电器开关与接驳盒之间的分支光电复合缆，用于测量分支光电复合缆电流、并输出给微控制器；微控制器，分别连接测量电路和继电器控制电路，用于接收分支单元装置电压和分支光电复合缆电流，并识别海缆故障、输出电平信号给继电器控制电路；继电器控制电路，连接微控制器和继电器开关，用于接收微控制器输出的电平信号、并通过内部的驱动芯片反向放大，从而控制继电器开关断开、隔离海缆故障；供电电路，一端连接主光电复合缆、另一端分别连接测量电路、微控制器、继电器控制电路，用于获取主光电复合缆中的电能并输出给微控制器、测量电路、继电器控制电路；继电器开关，为4个，其中2个主光电复合缆继电器开关接入主光电复合缆，2个分支光电复合缆继电器开关接入分支光电复合缆。所述启动电路和供电电路在分支单元装置两侧对称配置，实现分支单元装置从左、右两侧均可以实现继电器开关的闭合、断开。所述启动电路通过电容充放电控制继电器开关闭合。所述电压测量模块为霍尔电压传感器；所述电流测量模块为霍尔电流传感器。所述供电电路内部包括4个稳压二极管、4个普通二极管、DC/DC隔离电源模块、DC/DC低压转换模块；所述稳压二极管采用背靠背的连接方式被串联在主光电复合缆中获取不稳定的12V电压，再通过DC/DC隔离电源模块转换为稳定的12V电压、最后通过DC/DC低压转换模块转换为3.3V输出；所述4个普通二极管构成桥式整流电路。海缆故障隔离方法，包括以下步骤：步骤1：启动电压测量模块，采集分支单元装置电压值，等待电缆电压稳定，进入模式判断；步骤2：再次启动电压测量模块，采集各个分支单元装置输出的电压值；步骤3：如果某个分支单元装置输出的电压值在6000V<U<10000V范围内，则海缆无故障；步骤4：如果某个分支单元装置输出的电压值U≦6kV，再次采集该分支单元装置输出的电压值；步骤5：如果该采集分支单元装置输出的电压值不在100V<U<600V范围内，返回步骤2；步骤6：如果该分支单元装置输出的电压值在100V<U<600V范围内，进入海缆故障判断，并启动电流测量模块，采集分支光电复合缆电流。步骤6.1：如果分支光电复合缆电流I>50mA，则微控制器输出高电平给驱动芯片，驱动芯片输出低电平控制2个分支光电复合缆继电器开关断开，隔离分支光电复合缆故障；步骤:6.2：如果分支光电复合缆电流I≦50mA，再次启动电压测量模块，采集分支单元装置电压值V，计算延迟时间t＝分支单元装置电压值V×时间常数C；待延迟程序结束后，微控制器输出高电平给驱动芯片，驱动芯片输出低电平控制2个主光电复合缆继电器开关断开，隔离主光电复合缆故障。所述微控制器通过电压测量模块和电流测量模块检测分支单元装置电压、分支光电复合缆电流时，采用平均滤波的方法。本专利技术具有以下优点及有益效果：1、本专利技术选用MSP430控制器，系统构成简单，可靠性高，功耗低，使用方便，抗干扰能力强。2、海缆故障隔离方法简单实用。本专利技术利用分支单元装置电压值和分支光电复合缆电流，实现故障海缆的隔离，提高了海底观测系统运行的稳定性，可有效隔离故障，使无故障部分正常运行。3、本专利技术实现了海底观测网接驳盒的并行连接，易于实现接驳盒的扩展，扩大对海洋的观测面积。4、便于推广。本专利技术所提出的稳压二极管取电技术可以应用在低功耗、取电困难的工业领域。附图说明图1为本专利技术分支单元装置应用在海底观测系统的整体架构框图；图2为本专利技术分支单元装置结构图；图3为本专利技术分支单元装置中启动电路原理图；图4为本专利技术分支单元装置中供电电路原理图；图5为本专利技术分支单元装置中测量电路原理图；图6为本专利技术分支单元装置中继电器控制电路原理图；图7为本专利技术海缆故障隔离方法流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术涉及深海海底观测系统
，具体为用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法。海底观测网系统如图1所示，包括岸基站、分支单元、接驳盒、观测设备、海底光电复合缆。其中，岸基站为整个观测系统提供电能，岸基站利用AC/DC转换设备，将380V交流电转换为10kV直流电，通过海底光电复合缆将电能输送到接驳盒，接驳盒利用DC/DC转换设备将10kV转换为375V,375V再转换为48V、24V为观测设备提供电能；岸基站输出电压可调，启动过程中岸基站输出电压+600V，分支单元启动电路电容充放电实现继电器开关S1、S2、S3、S4闭合，从而将接驳盒与岸基站连通，当网络中所有的分支单元启动过程结束后，调节岸基站输出电压为-10kV，供电系统进入正常工作模式，观测设备对海洋实现观测，观测数据通过光电复合缆的光纤实时传送到岸基站；海缆故障识别算法对海缆运行状态进行实时监控，海缆故障发生后，微控制器利用海缆故障识别算法识别海缆故障并报警，工作人员调节岸基站输出电压为-600V，分支单元根据检测的电压进入故障隔离模式，调用海缆故障隔离方法，实现对故障的隔离，保障海底观测系统无故障部分正常运行；分支单元的主要功能，在系统启动过程中闭合继电器内部开关S1、S2、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，包括：启动电路，连接继电器开关两侧的主光电复合缆，用于控制继电器开关闭合；测量电路，包括电压测量模块和电流测量模块；所述电压测量模块分别连接继电器开关一侧的主光电复合缆、微控制器，用于测量分支单元装置电压、并输出给微控制器；所述电流测量模块被串联接入继电器开关与接驳盒之间的分支光电复合缆，用于测量分支光电复合缆电流、并输出给微控制器；微控制器，分别连接测量电路和继电器控制电路，用于接收分支单元装置电压和分支光电复合缆电流，并识别海缆故障、输出电平信号给继电器控制电路；继电器控制电路，连接微控制器和继电器开关，用于接收微控制器输出的电平信号、并通过内部的驱动芯片反向放大，从而控制继电器开关断开、隔离海缆故障；供电电路，一端连接主光电复合缆、另一端分别连接测量电路、微控制器、继电器控制电路，用于获取主光电复合缆中的电能并输出给微控制器、测量电路、继电器控制电路；继电器开关，为4个，其中2个主光电复合缆继电器开关接入主光电复合缆，2个分支光电复合缆继电器开关接入分支光电复合缆。

【技术特征摘要】
1.用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，包括：启动电路，连接继电器开关两侧的主光电复合缆，用于控制继电器开关闭合；测量电路，包括电压测量模块和电流测量模块；所述电压测量模块分别连接继电器开关一侧的主光电复合缆、微控制器，用于测量分支单元装置电压、并输出给微控制器；所述电流测量模块被串联接入继电器开关与接驳盒之间的分支光电复合缆，用于测量分支光电复合缆电流、并输出给微控制器；微控制器，分别连接测量电路和继电器控制电路，用于接收分支单元装置电压和分支光电复合缆电流，并识别海缆故障、输出电平信号给继电器控制电路；继电器控制电路，连接微控制器和继电器开关，用于接收微控制器输出的电平信号、并通过内部的驱动芯片反向放大，从而控制继电器开关断开、隔离海缆故障；供电电路，一端连接主光电复合缆、另一端分别连接测量电路、微控制器、继电器控制电路，用于获取主光电复合缆中的电能并输出给微控制器、测量电路、继电器控制电路；继电器开关，为4个，其中2个主光电复合缆继电器开关接入主光电复合缆，2个分支光电复合缆继电器开关接入分支光电复合缆。2.根据权利要求1所述的用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，所述启动电路和供电电路在分支单元装置两侧对称配置，实现分支单元装置从左、右两侧均可以实现继电器开关的闭合、断开。3.根据权利要求1所述的用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，所述启动电路通过电容充放电控制继电器开关闭合。4.根据权利要求1所述的用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，所述电压测量模块为霍尔电压传感器；所述电流测量模块为霍尔电流传感器。5.根据权利要求1所述的用于海底观测网系统的分支单元装置，其特征在于，
\t所述供电电路内部包括4个稳压二极管、4个普通二极管、DC/DC隔离电源模块、DC/DC低压转换模块；所述稳压...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯迎宾，李智刚，何震，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21