一种海洋浮标系统及电压反馈调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海洋浮标系统，包括浮标主体，浮标主体底部设置有浮标球头座，浮标球头座内设置有与其活动连接的浮标球头；浮标球头座外表面绕制有球形初级线圈，浮标球头内设有空腔且内表面绕制有与所述初级线圈耦合的球形次级线圈；浮标主体内设置有与初级线圈电连接的初级电路；浮标球头底部连接有次级电路腔，次级电路腔内设置有与次级线圈电连接的次级电路，次级电路还电连接有水下电缆，水下电缆上电连接有若干传感器；本发明专利技术还公开了一种电压反馈调节方法；本发明专利技术可以在海浪的影响下，在一定范围内自由倾斜或旋转，而不会造成下方海缆的弯折、扭曲，从而大大延长海洋浮标系统的使用寿命，降低使用成本。降低使用成本。降低使用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋浮标系统及电压反馈调节方法


[0001]本专利技术涉及海洋监测设备
，具体涉及一种海洋浮标系统及电 压反馈调节方法。

技术介绍

[0002]海洋中蕴含着极其丰富的各类资源，而海洋浮标是进行海洋探索的重 要海洋装备之一，其上携带多种监测传感器及配套设备，可以对其所在海 域进行水质、盐分、浊度、气象、水文、等多项参数的实时在线原位监测， 并通过GPRS、北斗短报文进行通讯，将监测信息传输至终端系统。
[0003]为了从多层次、多角度采集海洋数据，海洋浮标系统除了其海面交界 处的浮标体部分，还会在海面以下，在海洋剖面上布放更多的传感器，来 监测不同深度下海洋的各类参数。这些传感器往往通过单根电能与信号复 合的电缆，与海面的浮标体进行穿仓连接。而海洋环境复杂多变，海浪、 海水腐蚀等恶劣环境严重威胁海洋浮标的使用寿命，其中电缆与海洋浮标 的相连处，是最为脆弱易损的部位之一。因此设计一种可以避免电缆与浮 标体连接处受损破坏的海洋浮标系统，将大大延长海洋浮标的使用寿命和 使用成本。
[0004]海洋浮标系统布放在海面之上，无时无刻不在随着波浪倾斜摇摆和旋 转。因此浮标与电缆的连接处，会发生弯折、扭转，从而造成磨损、缠绕、 断裂等损伤。目前，为了避免浮标电缆弯折扭曲从而破损的情况，有几种 常见的连接方式。
[0005]公告号为CN105691556B的专利说明书中公开了一种海洋环境噪声源 记录浮标，浮标与电缆采用硬连接的方式，电缆直接从浮标腔体内穿出， 这种结构导致海面浮标任何摆动旋转，都会直接作用于电缆连接处，电缆 完全依靠自身的保护材质来抵抗风浪作用，采用高强度的特种电缆会大大 增加浮标系统的使用成本，同时尽管特种电缆强度较高，但依然很难抵抗 日积月累的疲劳损伤；
[0006]公告号为CN106965905B的专利说明书中公开了一种海洋声学测量浮 标系统，包括浮体、仪器舱、受力器、集成式单条电缆阵，浮体嵌在仪器 舱上部的外侧，仪器舱下面通过受力器连接集成式单条电缆阵，集成式单 条电缆阵上设置声学传感器，声学传感器的信号线连接仪器舱的控制装置, 集成式单条电缆阵阵体下端悬挂铅鱼；该方案在舱体下面通过受力器连接 集成式单条电缆，可以起到一定的缓冲作用，但是专利中受力器的过缆端 件处的电缆依然是硬连接，因此缓冲效果有限，并不能从根本上解决上述 问题。
[0007]公开号为CN111976897A的专利说明书中公开了一种浮标基海洋观测 系统，包括水面浮标、系留机电缆、水体观测节点及海底观测节点，所述 系留机电缆的两端分别连接所述水面浮标及所述海底观测节点，所述水体 观测节点设置于所述系留机电缆的中间部位，所述水面浮标的能源经所述 系留机电缆传输至所述水体观测节点及海底观测节点，所述水体观测节点 将采集的水体数据及所述海底观测节点将采集的海底数据经所述系留机 电缆传输至所述水面浮标。该方案在浮标腔体与电缆连接处使用了一种万 向节结构，万向节虽然可以抵消海面浮标的倾斜摆动等姿态，但是无法消 除扭转作用对电缆造成的损伤。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种基于非接触式电能与信号传输的海 洋浮标系统，可以在海浪的影响下，在一定范围内自由倾斜或旋转，而不 会造成下方海缆的弯折、扭曲，从而大大延长海洋浮标系统的使用寿命， 降低使用成本。
[0009]一种海洋浮标系统，包括浮标主体，其特征在于，所述浮标主体底部 设置有浮标球头座，所述浮标球头座内设置有与其活动连接的浮标球头； 浮标球头座外表面绕制有球形初级线圈，浮标球头内设有空腔且内表面绕 制有与所述初级线圈耦合的球形次级线圈；
[0010]浮标主体内设置有与初级线圈电连接的初级电路；浮标球头底部连接 有次级电路腔，次级电路腔内设置有与次级线圈电连接的次级电路，次级 电路还电连接有水下电缆，水下电缆上电连接有若干传感器。
[0011]本方案中，电缆与浮标主体之间采用活动连接的方式，避免了传统硬 连接方式造成的电缆扭伤；同时，电磁耦合器采用的是“球形”线圈，大 大提高了耦合系数，并且无磁芯的设计也使系统传输更加稳定，损耗更小， 效率更高。
[0012]作为优选，所述初级线圈和次级线圈均采用利兹线，即以聚氨酯漆包 线为芯的涤纶丝包线。利兹线是使用多股相互绝缘的单线绞合而成，避免 高频电流在导线中由于“趋肤效应”和“邻近效应”引起的损耗，其外部 缠绕的涤纶丝可以起到良好的绝缘效果。
[0013]作为优选，所述水下电缆上设置有配重块。
[0014]作为优选，所述浮标球头与浮标主体接触部位设置有防水罩。
[0015]作为优选，所述初级电路包括对信号进行调制的信号调制模块，所述 次级电路包括对信号进行解调的信号解调模块。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种电压反馈调节方法，反馈电路通过采 样获得次级侧当前的电力参数，并将其传输至初级侧的控制器，此时控制 器根据当前次级侧的电力参数与目标参数的差值，改变其输出的PWM驱动 信号的占空比。
[0017]作为优选，当次级侧输出电压降低时，初级侧控制器会使驱动信号的 占空比增大，从而使逆变器的功率管的导通时间增加，以令逆变电路的输 出电压增加，次级侧通过电磁耦合器接收到的电压会同步增加，来弥补耦 合状况变化导致的电压降低；当次级侧电压升高时，反馈调节的过程与上 述相反；系统的闭环传递函数为
[0018][0019]其中，U
O
为输出电压，U
′
O
为给定电压值，K
A
为电压放大倍数，K
V
为 驱动与逆变器的等效电压放大系数，K
MV
为电磁耦合器的电压传输系数， K
R
为整流器的等效电压变换系数，K
α
为反馈传输途径中的等效电压变换 系数，T
α
为反馈信号传输的延迟时间，T
d
为系统总延迟时间，T
C
为整流滤 波环节的等效时间常数。
[0020]作为优选，所述控制器产生4路PWM信号。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]浮标主体和电缆连接处通过球头的电磁耦合结构，而非传统的“硬连 接”。当浮标在海面上因为风浪摇摆旋转的时候，球头结构可以在多个自 由度上随动，使得海面以下的长电缆线保持竖直方向不动，避免了电缆弯 折扭曲破坏的情况。
[0023]同时电磁耦合器采用的是“球形”线圈，大大提高了耦合系数，并且 无磁芯的设计
也使系统传输更加稳定，损耗更小，效率更高。
附图说明
[0024]图1为本专利技术浮标系统的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术浮标系统的传输系统示意图；
[0026]图3为球头耦合结构的剖视图；
[0027]图4为初级系统与次级系统组成示意图；
[0028]图5为非接触电能传输电压反馈控制系统动态结构图；
[0029]图6为信号调制解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋浮标系统，包括浮标主体，其特征在于，所述浮标主体底部设置有浮标球头座，所述浮标球头座内设置有与其活动连接的浮标球头；浮标球头座外表面绕制有球形初级线圈，浮标球头内设有空腔且内表面绕制有与所述初级线圈耦合的球形次级线圈；浮标主体内设置有与初级线圈电连接的初级电路；浮标球头底部连接有次级电路腔，次级电路腔内设置有与次级线圈电连接的次级电路，次级电路还电连接有水下电缆，水下电缆上电连接有若干传感器。2.根据权利要求1所述的海洋浮标系统，其特征在于：所述初级线圈和次级线圈均采用利兹线。3.根据权利要求1所述的海洋浮标系统，其特征在于：所述水下电缆上设置有配重块。4.根据权利要求1所述的海洋浮标系统，其特征在于：所述浮标球头与浮标主体接触部位设置有防水罩。5.根据权利要求1所述的海洋浮标系统，其特征在于：所述初级电路包括对信号进行调制的信号调制模块，所述次级电路包括对信号进行解调的信号解调模块。6.一种电压反馈调节方法，其特征在于：反馈电路通过采样获得次级侧当前的电力参数，并将其传输至初级侧的控制器，此时控制器根据当前次级侧的电力参数与目标参数的差值，改变其输出的PWM驱动信号的占空比，从而使次级输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，赵起超，段智勇，郅慧，张予睿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：