發(fā)布時間：2020-05-12 00:37

【摘要】：海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁技術(shù)是海洋科學與技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題。將多個海底觀測設(shè)備在水下連接,實現(xiàn)對各種海底觀測設(shè)備所需電能和信息集中控制和管理的技術(shù),稱為水下接駁技術(shù)。應(yīng)用水下接駁技術(shù)對電能和信息實施控制和管理的裝置,稱為接駁盒。傳統(tǒng)的海洋觀測技術(shù)受到電能長期供給和信息實時傳送的限制�；谒陆玉g技術(shù)的海底觀測網(wǎng)絡(luò)能夠提供持續(xù)電能供給和實時高帶寬數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)了對海底的長期連續(xù)實時原位觀測。 在國家985工程2期浙江大學機電系統(tǒng)創(chuàng)新平臺項目“海底觀測網(wǎng)絡(luò)試驗平臺”的資助下,本文在理論分析和實驗測試的基礎(chǔ)上,對海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁盒原型系統(tǒng)技術(shù)進行了較為系統(tǒng)的研究,并初步建成ZERO系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論有： 1.提出了一種模塊化的接駁盒原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用主控電路腔、高壓轉(zhuǎn)換腔和低壓轉(zhuǎn)換腔3個耐壓密封腔體,實現(xiàn)了接駁盒原型系統(tǒng)的機電集成封裝。基于第一強度理論,完成了接駁盒耐壓腔體的強度設(shè)計計算和穩(wěn)定性校核,并利用ANSYS軟件對耐壓腔體和端蓋進行了仿真分析,保證了接駁盒能夠用于深海高壓環(huán)境。接駁盒耐壓腔體使用雙層O形密封圈實現(xiàn)了可靠的軸向密封。采用腔體內(nèi)部充油散熱和端蓋散熱相結(jié)合的方法,保證了接駁盒系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 2.提出了一種由監(jiān)控中心層、主干網(wǎng)層和子網(wǎng)層構(gòu)成的海底觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。參照OSI/RM模型,設(shè)計了一種基于TCP/IP協(xié)議的主干網(wǎng)通信協(xié)議分層模型。針對信息傳輸?shù)膶崟r性要求,采用了基于TCP/IP協(xié)議的光以太網(wǎng)技術(shù)、Modbus協(xié)議、RS485協(xié)議和應(yīng)用層自定義協(xié)議相結(jié)合的方法,實現(xiàn)了海底觀測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集及相應(yīng)的通信控制。采用SNTP服務(wù)器對時和指令幀對時相結(jié)合的組合授時方法,實現(xiàn)了系統(tǒng)的精確時間同步。 3.通過對高壓直流輸電和交流輸電的對比分析,確定ZERO系統(tǒng)采用金屬導線回路方式實現(xiàn)高壓直流輸電。分析了PWM控制、雙管正激變換和ISOP組合系統(tǒng)的輸入側(cè)均壓和輸出側(cè)均流技術(shù),提出了將功率MOSFET以輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的方式連接,采用基于PWM電流型反饋控制的雙管正激電路的方法,實現(xiàn)了接駁盒的2kV/400V DC/DC變換器的2kV DC高壓直流電能到400V DC中壓直流電能的轉(zhuǎn)換。 4.設(shè)計了基于MSP430F149單片機的接駁盒電能管理系統(tǒng),采用霍爾電流傳感器測量海底觀測設(shè)備的電流,采用分壓的方法測量電壓,使用熱敏電阻測量接駁盒內(nèi)部的溫度,并通過機械繼電器開關(guān)的遠程分合控制,實現(xiàn)了海底觀測設(shè)備的電能分配控制。 5.開展了ZERO接駁盒系統(tǒng)的實驗室高壓艙和水池實驗研究,實驗結(jié)果表明了所設(shè)計的水下接駁盒原型系統(tǒng)能夠應(yīng)用于海底的高壓環(huán)境,驗證了水下接駁技術(shù)的有效性和可靠性。 本文的研究成果為我國實際的海底觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進行了先期的理論研究,提供了重要的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)支撐。所研制的水下接駁盒原型系統(tǒng)在海洋環(huán)境監(jiān)測、海嘯災害監(jiān)測和海底資源勘探等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：P715

【參考文獻】

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本文編號：2659331