摘要：为实现深海海底观测网络的长期连续观测,设计一套基于水下接驳技术的接驳盒原型系统.通过分析接驳盒体系结构,采用多个耐压密封腔体作为水下接驳盒的机电集成封装结构,完成耐压腔体机械结构和散热结构设计.在实验的基础上,利用MOSFET器件以输入串联和输出并联相结合的方式,把2kV高压直流电转换为400V中压直流电,实现深海远距离高压直流电能传输.针对深海观测仪器设备通信的实时性要求,采用基于TCP/IP的光以太网技术和应用层自定义协议技术来实现通信控制.实验验证了在40MPa下,水下接驳盒原型系统能够正常工作.该水下接驳盒原型系统合理且实用,为实现深海海底观测网络的长期连续观测提供了技术支撑.

摘要：为了实现海底观测网长期稳定运行,设计一种可靠性高、响应速度快的电能监控管理系统.该系统用于海底观测网络接驳盒,主要任务是实现电能接驳的远程设置控制,同时完成各路外接传感器电压电流及接驳盒内部各腔体的温度漏水情况的监控.系统下位机主要基于单片机和复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计实现.通过单片机采集多点温度和漏水信号,监控接驳盒腔体状态;通过CPLD控制高速采样芯片时序,检测负载电压电流参数,结合控制指令和远程阈值设定完成异常判断,实现实时负载监控和异常处理.下位机通过以太网与基站上位机通信,完成监控数据上传和控制指令接收.结果表明,该系统在美国蒙特利加速研究系统(MARS)海底观测网上已完成了为期6个月的接驳联调海试,运行稳定无故障.

摘要：海底接驳是将多个设备在水下连接,实现对电能和信息交互的集中管理,是研制深海勘探装备、构建海底观测网的核心技术之一。美国、日本、加拿大等海底接驳技术起步较早,逐步发展了负高压单级直流输电、大功率电能转换、水下湿插拔、大型光纤通信组网等技术,采用模块化设计、多级接驳盒互连的结构方式,已在多个海域建成了大型的海底观测网。近十年,随着国内开始布局近海海洋观测系统,接驳盒设计制造、负高压输电、远程通信与控制等技术发展迅速。以科学节点形式的水下接驳系统,已在多个海域成功应用。但目前,还没有形成大型的观测网,部分深水关键部件,例如水下湿插拔连接器、光电复合缆等,还主要依赖进口。在引进吸收国外先进技术的同时,研发高性能的控制器、大功率的转换模块、水下连接器以及光电复电缆将是未来接驳系统一个非常重要的方向。

摘要：针对深海海底环境的长期连续观测问题,设计一种基于水下接驳盒的深海海底观测网络。该网络由基站监控中心、水下接驳盒和海底观测传感器3个部分组成。采用嵌入式工控机和单片机相结合的方法,实现水下接驳盒的数据采集和电能管理,并给出系统的硬件、软件设计方案。实验结果证明,该系统适用于深海海底高压特殊环境下长期连续的实时观测。

摘要：应用ADAMS和CFD分析软件,建立海底观测网接驳盒布放与回收过程的仿真动力学分析模型,研究了接驳盒在入水前的动力学特性和入水后的流体动力学特性,为实际布放和回收操作提供了理论依据,为保护腔体内部精密电子器件及提高接驳盒布放控制精度和稳定性提供了理论支持,也可为接驳盒的设计与制造提供理论参考.

摘要：为了实现海底观测网络接驳盒的不间断供电,设计出一种性能稳定、快速响应的电源管理系统。该系统硬件资源包括单片机、主电源与后备电源切换控制电路、充电电路、电源参数检测及通讯电路;系统通过单片机实时监测接驳盒的电流、电压与温度等电源系统参数,针对出现的异常状况,可快速主动地在主电源与后备电源之间进行切换控制,并依据海岸基站发出的远程指令对电源管理系统进行故障应急处理。试验证明,该系统运行稳定,能够保障海底观测网络的正常运转,降低了其维护成本。

摘要：接驳盒是海底观测网的重要组成部分,可为海底观测网提供持续电能供给和实时高带宽数据传输。以某型接驳盒设计为例,从其功能设计、供电传输设计、通信及控制设计、舱体设计等方面介绍分析了相关技术难点。同时,针对目前我国海底观测网接驳盒技术水平现状提出了一些技术发展方向建议。

摘要：面向海表和海底立体观测与探测的需求,构建了一种新概念的浮标基海洋观测系统,获取时间、空间同步的水文/气象/水质观测数据、海表/海底摄录数据,并实时回传到岸基数据中心.将浮标、海底接驳盒采用光电复合缆连接起来,通过浮标、光电缆为海底观测系统供电;同时,将海底观测信息通过光电缆传输到海表浮标,然后通过卫星通信/无线通信将水面、海底的观测数据传输到岸基,实现了海底、海表观测数据的实时传输.系统在通信、系留、能源等方面进行了全新的设计,并构建了“海底观测(接驳盒)-以太网-光交换机-光电复合缆-光交换机-以太网-卫星(浮标)”的通信链路.为实现浮标系留,采用纤维材料设计了中性的光电复合缆,降低了对浮标储备浮力的要求,并适用于大深度的布放.针对光电缆能源传输方式及海底供电要求,采用风能/太阳光能互补方式供电,采用直流升压/降压等方式解决系留缆直流输电问题.为实现系统在深海的布放,设计了专用绞车.通过绞车依次布放海底节点、缆,避免使用遥控水下机器人安装操作和海底湿插拔技术,降低了系统的成本和试验的风险.通过近海试验,验证了整套通信链路的可靠性,以及系统长期、稳定供电的能力,掌握了系统的布放回收技术.该系统满足了海表、海底实时观测与数据传输的需求,实现了海表、海底的同步观测;并实现了海表/海底摄录数据的实时回传,在深远海声学、地质、地震等方面观测具有重要意义.

摘要：为了实现深海海底观测网时间同步,针对海底观测网通信网络拓扑结构,提出基于网络时间协议(NTP)和IEEE1588协议的时间同步应用方案.介绍NTP和IEEE1588(PTP)协议时钟同步原理.设计岸基站、接驳盒层、观测仪器层进行时间同步的硬件结构.该系统以岸基站PTP主时钟接收到的GPS/北斗双参考源的卫星信号为时间源,解码输出NTP同步信号和PTP同步信号经由光纤以太网通过深海光电复合缆进行远程传输,利用各层时间同步装置获取精确时间.开展实验室环境下的时间同步监测实验.结果表明,PPS信号时间同步精度小于500ns,NTP时间同步精度小于400μs,PTP时间同步精度小于3μs.

摘要：为了实现对深海海底观测网络的观测传感器电能供给状态的在线实时监测,提出了一种基于水下接驳盒的远程电力监控方案。设计了电力监控系统的总体结构和接驳盒节点的硬件结构。监控系统以水下接驳盒为核心节点,通过光以太网进行远程通信,采用霍尔电流传感器和热敏电阻温度传感器相结合的方法,实现了对各种海底观测传感器的电流、温度监测和电能分配控制。实验测试证实了所设计的水下接驳盒装置是可靠的,同时也说明该监控系统能够应用于深海海底的高压特殊环境。