阅读说明：本技术 一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统 (A kind of Quan Haishen broken isometric buoy observation system based on optoelectronic composite cable ) 是由 李超 宁春林 苏清磊 李安山 裴彦良 王肖闯 刘志豪 李劳钰 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统,包括依次连接的海面浮标平台、浮标锚系系统和海底观测系统；其中,海面浮标平台设有数据采集系统和电源系统；浮标锚系系统包括光电复合缆,光电复合缆上通过多个分离盒分离出多个分支并进行光电分离,各分支用于挂载观测传感器；数据采集器采集光电复合缆上和海底观测系统中观测传感器的数据,实现剖面和海底的观测。本发明通过在光电复合缆上采用分离盒进行光电分离,通过分离出的光单元实现了传感器的持续供电,保证了系统的稳定运行。(The Quan Haishen broken isometric buoy observation system based on optoelectronic composite cable that the invention discloses a kind of, including sequentially connected jellyfish platform, dan anchor system system and submarine observation system；Wherein, jellyfish platform is equipped with data collection system and power-supply system；Dan anchor system system includes optoelectronic composite cable, isolates multiple branches by multiple Seperating boxs on optoelectronic composite cable and carries out photodetachment, and each branch is used for carry observation sensor；Data collector acquires the data on optoelectronic composite cable with observation sensor in submarine observation system, realizes the observation of section and seabed.The present invention is realized the continued power of sensor by the light unit isolated, ensure that the stable operation of system by using Seperating box to carry out photodetachment on optoelectronic composite cable.)

一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统

技术领域

本发明属于远洋监测技术领域，尤其涉及一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

海洋浮标是以锚定在海上的观测浮标为主体组成的海洋水文水质气象自动观测站。它能按规定要求长期、连续地为海洋科学研究、海上石油(气)开发、港口建设和国防建设收集所需海洋水文水质气象资料，特别是能收集到调查船难以收集的恶劣天气及海况的资料。随着海洋监测的发展，需要监测的指标增加，浮标上搭载的观测仪器越来越多，能源供给需求随之增大，并且，通信的及时性也受到限制。

据发明人了解，目前海洋剖面浮标存在以下问题：

水下传感器的供电是自身电池提供，容量有限，不能长期高频率工作；

水下传感器的实时通信方式为感应耦合式，数据带宽较小，无法实现大数据量的传输；

海底观测设备都采用自容式结构，无法实现数据的实时传输，因此无法实现灾害的预报预警。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统，包括依次连接的海面浮标平台、浮标锚系系统和海底观测系统；

其中，海面浮标平台设有数据采集系统和电源系统；浮标锚系系统包括光电复合缆，光电复合缆上通过多个分离盒分离出多个分支并进行光电分离，各分支用于挂载观测传感器；数据采集器采集光电复合缆上和海底观测系统中观测传感器的数据，实现剖面和海底的观测。

进一步地，通过分离盒的各分支经光电分离后的电单元上设有降压模块。

进一步地，浮标锚系系统还包括上光电连接组件，海面浮标平台与光电复合缆通过上光电连接组件连接，所述上光电连接组件中设有光电转换器。

进一步地，通过分离盒的各分支经光电分离后的光单元上设有光电转换器。

进一步地，浮标锚系系统还包括下光电连接组件，光电复合缆与海底观测系统通过下光电连接组件连接，所述下光电连接组件中设有光电转换器。

进一步地，所述海底观测系统包括主接驳盒、次接驳盒，以及分别连接主接驳盒和次接驳盒的观测传感器；其中，主接驳盒与下光电连接组件连接。

进一步地，所述海面浮标平台还设有海面气象系统。

进一步地，所述电源系统包括依次连接的太阳能供电系统、蓄电池和升压系统。

进一步地，所述海面浮标平台还设有卫星通信/定位系统，经由浮标锚系系统向海底观测系统提供秒脉冲信号，用于海底观测系统中设备的校时。

进一步地，数据采集系统将采集的数据通过所述卫星通信/定位系统实时传输至岸站系统。

本发明的一个或多个实施例提供了一种浮标锚系系统，其特征在于，向上连接海面浮标平台上设置的数据采集系统和电源系统，向下连接海底观测系统；

所述浮标锚系系统包括光电复合缆，光电复合缆上通过多个分离盒分离出多个分支并进行光电分离，各分支用于挂载观测传感器。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明于浮标平台上设有太阳能电源系统并通过光电复合缆传输，在光电复合缆上通过分离盒分离出分支用于挂载观测传感器，各分支于分离盒内部进行光电分离得到光单元和电单元，其中，电单元用于向传感器传输电能，克服了传感器自身电量有限的缺陷，能够为传感器持续供电，保证了观测系统的稳定运行。

本发明中采用通信协议代替传统的感应耦合式通信方法，在浮标平台上的数据采集系统和光电复合缆之间，和光电复合缆上各分支光单元上均设有光电转换器，从而实现数据采集系统与光电复合缆上传感器之间的实时通信，且能够实现大数据量的传输；并且，在光电复合缆的末端和主接驳盒之间也设有光电转换器，从而也实现了海底观测数据的实时传输，保证了数据的实时性，为可能的灾害预警提高了保障。

本发明设置了卫星通信/定位系统，除了能够实现浮标的定位以外，还利用其输出的秒脉冲信号，依次经由上光电连接组件、光电复合缆和下光电连接组件将秒脉冲信号传输至海底观测系统，用于主接驳盒及其连接的观测传感器、次接驳盒及其连接的观测传感器的校时，从而实现了观测系统中各传感器的时间同步，能够更为精确的还原深海剖面和海底的情况。

本发明通过在浮标平台塔架上设置海面气象系统进行海面气象观测，在光电复合缆上挂载观测传感器进行深海剖面观测，在海底设置接驳盒和观测传感器进行海底观测，实现了海面、深海剖面和海底的全面立体监测。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例中全海深剖面立体浮标观测系统整体示意图；

图2为本发明一个或多个实施例中全海深剖面立体浮标观测系统整体框架示意图；

图3为本发明一个或多个实施例中全海深剖面立体浮标观测系统具体框架示意图；

图4为本发明一个或多个实施例中全海深剖面立体浮标观测系统光电传输过程示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于光电复合缆的全海深剖面立体浮标观测系统，如图1-2所示，包括：海面浮标平台、浮标锚系系统和海底观测系统。

所述海面浮标平台包括浮标塔架和浮标体，浮标塔架设于浮标体上。

其中，浮标塔架用于安装海面气象系统、卫星通信/定位系统和太阳能供电系统。海面气象系统包括各类气象传感器，用于采集海面气温、气压、相对湿度、降水、风速、风向、太阳短波辐射、长波辐射等气象参数；卫星通信/定位系统用于浮标定位、浮标将采集到的数据实时回传岸站系统；太阳能供电系统用于为蓄电池储能系统供电。

浮标体用于安装数据采集控制系统、蓄电池储能系统和升压系统。数据采集控制系统用于控制浮标系统各传感器的数据采集和数据传输；蓄电池储能系统用于存储浮标系统需要使用的电能；升压系统用于将蓄电池提供的48V直流电升压至200-400V直流电，升压后为光电复合缆和海底观测系统传输电能。电源采用太阳能电池板和蓄电池组合供电方式，对浮标、光电复合缆、传感器提供工作电压48V，保证了系统的持续供电。

所述浮标锚系系统包括上光电连接组件、下光电连接组件和光电复合缆，并且，光电复合缆的一端通过上光电连接组件与浮标体中设置的升压系统连接，另一端通过下光电连接组件与海底观测系统中的主接驳盒连接。

本实施例中，浮标锚系由采用“倒S型”单点系泊方式，以光电复合缆为主体，整个锚系长度为水深1.4～1.6倍。

如图3所示，上光电连接组件包括固定法兰、万向节、电滑环、光电分离腔，光电分离腔中含有光电转换器，能够实现光信号与电信号之间的转换。其中，光电复合缆在不同水深挂载相应的观测传感器构成全海深的剖面观测系统。本实施例中，所述观测传感器包括温盐传感器。

进一步地，光电复合缆内含多路光纤和电源，在每一处挂载传感器的位置使用分离盒，分离盒用于复原被破开的护套和铠装钢丝，保证抗拉强度和防水等级。通过分离盒进行电单元和光单元的分离，电单元通过降压模块将高压直流电降为低压直流电供传感器使用，保证了传感器的持续供电，使得传感器的运行不再受限于自身的电池容量，光单元通过光电转换器将光信号和电信号转换实现通信，保证了数据传输的实时性。

具体地，光电复合缆上通过多个分离盒分离出多个分支，分别与观测传感器连接，并且各分支于分离盒内部实现光单元和电单元的分离。其中，各分支上，分离盒与观测传感器之间的电单元上设有降压模块，光单元上设有光电转换器。其中，降压模块用于将分离出的电能进行降压来为相应的观测传感器供电，光电转换器用于进行光信号和电信号的转换实现观测传感器与数据采集控制系统的通信。数据采集系统与光电复合缆上挂载的传感器通信过程如下：数据采集系统发送的控制指令通过上光电连接组件中的光电转换器由电信号转换为光信号，经由光电复合缆传输，然后通过各分支上设置的光电转换器由光信号转换为电信号传递给传感器；各分支上的传感器采集的感测数据通过相应的光电转换器由电信号转换为光信号，经由光电复合缆传输，然后通过上光电连接组件中的光电转换器由光信号转换为电信号传输至数据采集系统。

上光电连接组件中的光电转换器下方还连接光纤汇聚交换机，每个分支都相应的设有一个光纤交换机，设置在每一个分支光单元中的光电转换器之上。上端的光纤汇聚交换机配合每一个分支的光纤交换机，能够控制数据采集控制系统的信号具体是通过那根光纤传输到哪个传感器，实现数据采集控制器与每一个分支的通信。

下光电连接组件上端与光电复合缆相连，下端与主接驳盒相连，光电连接组件包括光电分离腔、电滑环、万向节、固定法兰，光电分离腔中含有光电转换器，能够实现光信号与电信号之间的转换。

海底观测系统由主接驳盒、次级接驳盒和海底观测传感器组成，其中主接驳盒和次级接驳盒为海底观测系统提供电能并作为海底观测传感器的数据中继，将海底观测传感器采集的数据通过光电复合缆传输给浮标数据采集控制系统。

所述主接驳盒包括电源系统、控制系统，以及与所述控制系统连接的存储系统、时钟系统和通信系统，所述电源系统用于为主接驳盒供电。与所述主接驳盒连接的观测传感器包括但不限于地震仪和海流计。

所述次接驳盒包括电源系统、控制系统，以及与所述控制系统连接的存储系统、时钟系统和通信系统，所述电源系统用于为次接驳盒供电。与所述次接驳盒连接的观测传感器包括但不限于温盐传感器、溶解氧传感器和地磁传感器。

本系统具体的电能传输过程和通信过程如图3和4所示，本系统的电能传输过程包括：浮标平台上太阳能板和蓄电池所组成的电源系统提供48V DC电源，经由升压系统将48V直流电升压为200-400V直流电，经上光电连接组件传输至光电复合缆内，从而实现在光电复合缆内的低损耗传输。在挂载传感器的节点，由分离盒分支出电单元，并经降压模块降压给传感器使用。在光电复合缆的末端，通过下光电连接组件连接主接驳盒，在主接驳盒内通过降压模块给主接驳盒供电，主接驳盒同时通过电缆为次级接驳盒和与之相接的传感器供电。本系统的通信传输过程包括：浮标数据采集器通过RS485通信协议与上光电连接组件中的光电转换器相连，光电转换器将RS485的电信号转换为光信号，并通过光纤汇聚交换机将光信号传输至相应节点的光纤交换机，光信号再由各分支上的光电转换器将光信号转换为RS485电信号实现与传感器的通信。在光电复合缆的末端与主接驳盒的通信协议为RS232，主接驳盒和次级接驳盒以及与之相连的传感器之间采用RS232的通信协议。浮标上卫星通信/定位系统的GPS模块将1PPS信号(秒脉冲信号)经过上光电连接组件中的光电转换器转换为光信号，通过光纤传输，再由下光电连接组件中的光电转换器转换为1PPS电信号传输至主接驳盒，实现主接驳盒的校时，并通过串口为次级接驳盒和与之相连的传感器提供校时信息。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

本发明于浮标平台上设有太阳能电源系统并通过光电复合缆传输，在光电复合缆上通过分离盒分离出分支用于挂载观测传感器，各分支于分离盒内部进行光电分离得到光单元和电单元，其中，电单元用于向传感器传输电能，克服了传感器自身电量有限的缺陷，能够为传感器持续供电，保证了观测系统的稳定运行。

本发明中采用通信协议代替传统的感应耦合式通信方法，在浮标平台上的数据采集系统和光电复合缆之间，和光电复合缆上各分支光单元上均设有光电转换器，从而实现数据采集系统与光电复合缆上传感器之间的实时通信，且能够实现大数据量的传输；并且，在光电复合缆的末端和主接驳盒之间也设有光电转换器，从而也实现了海底观测数据的实时传输，保证了数据的实时性，为可能的灾害预警提高了保障。

本发明设置了卫星通信/定位系统，除了能够实现浮标的定位以外，还利用其输出的秒脉冲信号，依次经由上光电连接组件、光电复合缆和下光电连接组件将秒脉冲信号传输至海底观测系统，用于主接驳盒及其连接的观测传感器、次接驳盒及其连接的观测传感器的校时，从而实现了观测系统中各传感器的时间同步，能够更为精确的还原深海剖面和海底的情况。

本发明通过在浮标平台塔架上设置海面气象系统进行海面气象观测，在光电复合缆上挂载观测传感器进行深海剖面观测，在海底设置接驳盒和观测传感器进行海底观测，实现了海面、深海剖面和海底的全面立体监测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。