专利名称：基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水上、水下无线通信技术领域，具体涉及一种基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置。
背景技术：
基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置主要用于科研人员深入了解海洋环境中各个定点地震异常状况，通过该检测装置的测量，可以获取特定研究海域的定点的、长期的海底磁力监测数据。基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置由海底磁力三分量仪器、水下数据传输、水上数据传输、地面接收端四个主要组成部分。其中，利用海底磁力仪中的磁力三分量数据可以有效地作为磁场异常判断依据，为进一步判定异常状况提供丰富可靠的信息和资料。对于水下数据部分而言，与现有陆地通信方式类似，水下数据通信也可采用有线和无线方式实现。但由于电磁波在水中衰减速度非常快，无法实现较长距离的无中继无线通信，因而水下无线通信几乎全部依赖声纳通信系统。然而在某些水下应用领域中， 如自升降监测浮标数据回收、水下工作站或深潜器的数据对接等，考虑到通信双方中有一方处于不确定运动状态，出于设备安全原因，数据传输必须采用非接触方式实现。同时，在这些应用领域中，由于需要传输的数据量不大，传输距离近，若采用声通信系统实现，则不仅成本过高，同时设备功耗大增，不利于监测浮标等自容式设备的长期无人值守工作；而在其他水下无线传输方式中，水下激光通信系统通信距离远、传输率较高，但结构复杂、造价高，同时通信的方向性要求高；水下LED光学通信系统造价低、功耗低、传输距离较远、但同样存在方向性要求过高问题，若无相应装置保证其探头在较小的范围内对准，则通讯性能将大幅下降甚至通讯中断。此外，就水上数据通信而言，水上透明卫星通信部分采用无线铱星数传模块，该种通信实时性、通讯速率、抗干扰能力强，并且通讯费用较低。无论在任何地方都能够保证数据通讯的信号强度和可靠性，不受天气、高度、电离层、距离等不稳定因素的制约。基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置选取具有磁场强度性质的磁力仪三分量检测数据作为地震异常状况判定依据，利用水下耦合传输方式对水下检测数据进行实时传送，该传送方式具有成本低、效果好的优点，有效地解决了其他传输方式成本高、传输距离受限的缺陷。同时，水上数据传输采用了铱卫星通信的方式，该通信方式方便快捷、距离远、传输效率高，通过该传输方式，可有效地将检测数据传递至地面接收端，方便研究人员对海底异常状况做出判断。通过一系列的研究，进一步促成对应的海底扩张说与板块构造说进入更深层次的探究，方便为海底研究对地球科学的发展做出更大的贡献。
发明内容本实用新型发明的目的在于提供一种基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置包括海底磁力仪、锚碇重块、耦合信号发送模块、通信线缆、发送线圈、接收线圈、浮标体、铱星发送模块、耦合信号接收模块、第一天线、地面接收装置。浮标体的顶端设置有第一天线，底端系有通信线缆，通信线缆从上至下依次设置有接收线圈、发送线圈、耦合信号发送模块和锚碇重块，海底磁力仪与耦合信号发送模块输入端信号连接，耦合信号发送模块输出端与发送线圈连接；所述的浮标体内设置有耦合信号接收模块和铱星发送模块，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块的输出端与铱星发送模块的输入端信号连接；铱星发送模块通过第一天线与地面接收装置进行通讯。所述的地面接收装置包括铱星接收模块和地面数据接收终端，铱星接收模块通过第二天线与铱星发送模块通讯，铱星接收模块的输出端与地面数据接收终端输入端信号连接。所述的耦合信号接收模块包含第一数据接口、调制电路、功放电路；第一数据接口的一端与海底磁力仪输出端信号连接，第一数据接口的另一端与调制电路信号连接，调制电路与功放电路信号连接，功放电路与发送线圈信号连接。所述的耦合信号发送模块包含放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路以及第二数据接口，放大电路一端连接接收线圈，另一端与前端滤波电路一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电路另一端连接第二数据接口。本实用新型中涉及调制电路、功率放大电路、放大电路、滤波电路、检波电路以及数字信号还原电路均采用现有成熟技术。本实用新型提出的耦合信号发送模块和耦合信号接收模块基于电磁感应原理，对于收、发线圈相对位置的方向性要求较低，可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传输，满足某些特定水下应用领域中数据传输的低成本、低功耗和高可靠性要求。 而且，通信双方无需添加额外的通信线路，既保证了数据通信的可靠性，同时也保障了水下设备的灵活性和安全性。此外，本实用新型提出的铱星发送模块和铱星接收模块具有较好的封装接口，为数据的接收和发送提供了便利，无需进行复杂的手工卫星接收、发送操作， 只需将串行接口连接需要传递的信号线，数据传输便可开始。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的水下数据耦合传输结构示意图；图3为本实用新型的耦合信号发送模块结构示意图；图4为本实用新型的耦合信号接收模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置，包括海底磁力仪1、耦合信号发送模块2、发送线圈3、通信缆线12、接收线圈4、耦合信号接收模块5、铱星发送模块6、第一天线7、铱星卫星8、第二天线9、铱星接收模块10和地面服务站11。其中耦合信号发送模块和耦合信号接收模块构成了水下无线数据收发模块。浮标体的顶端设置有第一天线，底端系有通信线缆，通信线缆从上至下依次设置有接收线圈、发送线圈、耦合信号发送模块和锚碇重块，海底磁力仪与耦合信号发送模块输入端信号连接，耦合信号发送模块输出端与发送线圈连接。浮标体内设置有耦合信号接收模块和铱星发送模块，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块的输出端与铱星发送模块的输入端信号连接；铱星发送模块通过第一天线与地面接收装置进行通讯。地面接收装置包括铱星接收模块和地面数据接收终端，铱星接收模块通过第二天线与铱星发送模块通讯，铱星接收模块的输出端与地面数据接收终端输入端信号连接。如图2所示，水下无线数据收发模块，包括海底磁力仪1、耦合信号发送模块2、发送线圈3、接收线圈4、耦合信号接收模块5以及铱星发送模块6。海底磁力仪1通过串口与耦合信号发送模块2信号连接，耦合信号发送模块2的输出端与发送线圈3信号连接，发送线圈3与接收线圈4在海水介质中以电磁耦合方式信号连接，接收线圈4与耦合信号接收模块5的输入端信号连接，耦合信号接收模块5通过串口与铱星发送模块6连接。如图3所示，耦合信号发送模块2包含数据接口 2-1、调制电路2-2、功放电路2_3， 数据接口 2-1与调制电路2-2信号连接，调制电路2-2与功放电路2-3信号连接，功放电路 2-3与发送线圈3信号连接。耦合信号发送模块2中数据接口采用RS232串口，用于接收待发送数据，调制电路采用幅度键控(Α 5Κ)调制方式，将待发送数据调制到一定频率的载波信号上，功放电路采用甲乙类互补推挽功率放大电路，用于将经过调制的数据信号进行功率放大。如图4所示，耦合信号接收模块5包含放大电路5-1、前端滤波电路5-2、检波电路 5-3、后端滤波电路5-4、数字信号还原电路5-5以及数据接口 5-6，放大电路5-1 —端连接收线圈4，另一端与前端滤波电路5-2 —端信号连接，前端滤波电路5-2另一端与检波电路 5-3 一端信号连接，检波电路5-3另一端与后端滤波电路5-4 —端信号连接，后端滤波电路 5-4与数字信号还原电路5-5 —端信号连接，数字信号还原电路5-5另一端连接数据接口 5-6。耦合信号接收模块5中放大电路采用集成运放构成的电压放大电路实现接收线圈上微弱电压信号的放大，前端滤波电路采用集成运放构成的有源低通滤波器滤除频率高于载波频率的噪声信号，检波电路采用二极管包络检波电路获取已发生畸变的基带信号，后端滤波电路采用有源低通滤波器进一步滤除干扰成分，数字信号还原电路采用施密特触发电路实现基带数据信号的还原，数据接口电路采用RS232串口，用于向数据接收终端传输还原后的数据信号。发送线圈3和接收线圈4均为采用漆包线绕制的具有一定匝数和半径的封闭空心线圈，其一端与对应的模块连接，另一端接地，用于经过功率放大后的调制信号的耦合输出ο铱星发送模块6和铱星接收模块10包含数据接收接口、铱星发送控制器、数据发送接口，接收数据串口与铱星发送控制器信号连接，铱星发送控制端与数据发送串口信号连接。本实用新型装置的工作方式为海底磁力仪将三分量磁力数据经串行RS232接口传送给耦合信号发送模块2，调制电路产生载波并采用ASK方式将待发送数据信号调制到载波上，调制信号经过功放电路发大后输出到发送线圈3 ；接收线圈4在一定的距离和空间角度范围内通过电磁耦合方式从发送线圈3获取经调制的发送信号，并将其传输至耦合信号接收模块5，由放大电路和前端滤波电路将信号进行放大并滤除高于载波频率的干扰信号后，输出至检波电路；检波电路采用二极管包络检波方式获取已发生畸变的基带信号， 经低通滤波后再利用施密特触发电路还原出原始发送信号；经还原的发送信号通过串口 RS232通信传送铱星发送模块6，铱星发送模块6经内部处理后通过第一天线7将数据源源不断地发送给铱星卫星8，第二天线9接收到卫星传递的数据，传递给铱星接收模块10，再传输至地面服务站11。
权利要求1.基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置，包括海底磁力仪、锚碇重块、耦合信号发送模块、通信线缆、发送线圈、接收线圈、浮标体、铱星发送模块、耦合信号接收模块、第一天线和地面接收装置，其特征在于浮标体的顶端设置有第一天线，底端系有通信线缆，通信线缆从上至下依次设置有接收线圈、发送线圈、耦合信号发送模块和锚碇重块，海底磁力仪与耦合信号发送模块输入端信号连接，耦合信号发送模块输出端与发送线圈连接；所述的浮标体内设置有耦合信号接收模块和铱星发送模块，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块的输出端与铱星发送模块的输入端信号连接； 铱星发送模块通过第一天线与地面接收装置进行通讯；所述的地面接收装置包括铱星接收模块和地面数据接收终端，铱星接收模块通过第二天线与铱星发送模块通讯，铱星接收模块的输出端与地面数据接收终端输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置，其特征在于 所述的耦合信号接收模块包含第一数据接口、调制电路、功放电路；第一数据接口的一端与海底磁力仪输出端信号连接，第一数据接口的另一端与调制电路信号连接，调制电路与功放电路信号连接，功放电路与发送线圈信号连接。
3.根据权利要求1所述的基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置，其特征在于 所述的耦合信号发送模块包含放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路以及第二数据接口，放大电路一端连接接收线圈，另一端与前端滤波电路一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电路另一端连接第二数据接口。
专利摘要本实用新型涉及一种基于海水耦合传输的海底磁力异常检测装置。现有海洋设备数据通讯成本高，功耗大。本实用新型中浮标体的顶端设置有第一天线，底端系有通信线缆，通信线缆从上至下依次设置有接收线圈、发送线圈、耦合信号发送模块和锚碇重块，海底磁力仪与耦合信号发送模块输入端信号连接，耦合信号发送模块输出端与发送线圈连接；浮标体内设置有耦合信号接收模块和铱星发送模块，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块的输出端与铱星发送模块的输入端信号连接；铱星发送模块通过第一天线与地面接收装置进行通讯。本实用新型能满足某些特定水下应用领域中数据传输的低成本、低功耗和高可靠性要求。
文档编号G01V7/00GK202110298SQ20112021798
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月25日 优先权日2011年6月25日
发明者刘俊, 周巧娣, 王晖, 盛庆华, 章雪挺, 蔡文郁 申请人:杭州电子科技大学