本实用新型涉及海洋观测技术领域，尤其是涉及一种水下传感器光纤供能系统。
背景技术：
海底观测网是由岸基站、海缆、海底主基站、海底接驳盒(海底适配器)及各种水下传感器等设备构成的，用于海洋环境观测。现有技术中，水下传感器通过水密电缆与海底观测网的适配器相连获得电能，实现观测任务。
现有技术的不足主要有：水密电缆中传输电能易对传感器输出的电信号产生电磁干扰，导致传感器采集数据不准确；水密电缆在海底极端环境下易因绝缘退化、外力破坏而造成短路故障，导致传感器停止运行；水密电缆绝缘耐压低、导线电阻大，使其线路降压大、传输电流小，难以远距离供电给传感器。
中国专利cn201921030812.5公开了一种基于光纤传能的能量传输系统，由于光电转换器运行时会大量发热，在水下会造成耐压密封腔体内温度快速升高，导致光电转换器转换效率降低，降低稳定性和工作寿命。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水下传感器光纤供能系统，通过电能驱动激光束，将电能转换为光能，在光纤中长距离传输能量，传感器通过光电转换获得电能，避免电磁干扰和短路风险，实现长距离部署水下传感器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水下传感器光纤供能系统，包括海底接驳盒、水下激光器、水密光纤和终端装置，所述水下激光器分别与海底接驳盒和水密光纤连接，所述水密光纤与终端装置连接，所述终端装置连接有水下传感器，所述水下激光器将从海底接驳盒获得的电能转化为光能，通过水密光纤将光能传输到终端装置，所述终端装置内设有光电转换模块和能量管理模块，所述光电转换模块将接收的光能换为电能，所述能量管理模块对电能进行处理并储存，所述终端装置将电能传输到水下传感器进行供电，所述能量管理模块中设有光电转换器温控电路控制光电转换模块的温度。
所述光电转换模块中设有光电转换器。
所述光电转换器温控电路包括三极管、热敏电阻、运算放大器、半导体制冷器及电桥电路。
进一步地，所述热敏电阻设于光电转换器上，根据光电转换器的温度调整阻值，对应调整所述电桥电路的平衡状态，以此控制相应输出电压和三极管导通状态。
进一步地，所述半导体制冷器设于光电转换器上，用于将光电转换器的温度维持在预设的温度区间。
所述能量管理模块还设有储能蓄电池及其充放电监控电路、降压电路、微控制器及其电能监控电路和稳压电路。
所述稳压电路具体为低压直流稳压电路。
所述储能蓄电池及其充放电监控电路，用于储存电能并监控蓄电池充放电状态。
所述稳压电路，用于为水下传感器、微控制器、电能监控电路和光电转换器温控电路提供稳定工作电压。
进一步地，所述能量管理模块中设有继电器，继电器一端与稳压电路连接作为直接供电通路，另一端与储能蓄电池及其充放电监控电路连接作为备用供电通路。
所述微控制器及其电能监控电路，监控系统输入和输出的电压和电流，控制继电器闭合或断开，实现水下传感器的供电或断电。
进一步地，所述继电器还与微控制器及其电能监控电路中的微控制器连接。
所述水下激光器采用水密接头与海底接驳盒的供电口连接。
所述终端装置采用水密电缆与水下传感器连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.本实用新型的光电转换器温控电路功耗低、结构简单，通过热敏电阻来实时反应光电转换器的温度变化，并设有半导体制冷器对光电转换器进行降温，避免温度过高导致转换效率降低，影响水下系统的运行稳定性和工作寿命。
2.本实用新型水下激光器和终端装置之间通过水密光纤进行连接，避免传输电能时对产生电磁干扰，同时避免了短路风险，实现长距离部署水下传感器。
3.本实用新型的能量管理模块通过继电器与稳压电路、储能蓄电池及其充放电监控电路连接，形成直接供电通路和备用供电通路对水下传感器进行供电，采用多项监控措施进行监测，简单高效，提高了系统的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型能量管理模块的供电示意图；
图3为本实用新型光电转换器温控电路的结构示意图；
图4为本实用新型微控制器的功能示意图；
图5为本实用新型实施例中供能系统运行时的流程示意图。
附图标记：
1-海底接驳盒；2-水下激光器；3-水密光纤；4-终端装置；5-光电转换模块；6-能量管理模块；7-光电转换器温控电路；8-降压电路；9-储能蓄电池与充放电监控电路；10-稳压电路；11-微控制器及其电能监控电路；12-水下传感器；13-光电转换器接口；14-5v降压电路；15-3.3v降压电路；16-12v稳压电路；19-继电器；20-充电电路；21-蓄电池；22-电压、电流监测与数模转换电路；23-12v放电电路；24-供电接口；25-电桥电路；26-运算放大器；27-三极管；28-热敏电阻；29-半导体制冷器；30-mcu连接引脚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，一种水下传感器光纤供能系统，布设在海底观测区域，避免了温度过高导致转换效率降低，包括海底接驳盒1、水下激光器2、水密光纤3和终端装置4，水下激光器2分别与海底接驳盒1和水密光纤3连接，其中水下激光器2采用水密接头与海底接驳盒1的供电口连接，水密光纤3与终端装置4连接，终端装置4采用水密电缆与水下传感器12连接，水下激光器2将从海底接驳盒1获得的电能转化为光能，通过水密光纤3将光能传输到终端装置4，终端装置4内设有光电转换模块5和能量管理模块6，光电转换模块5将接收的光能换为电能，能量管理模块6对电能进行处理并储存，终端装置4将电能传输到水下传感器12进行供电，能量管理模块6中设有光电转换器温控电路7控制光电转换模块5的温度。
光电转换模块5中设有光电转换器。
如图3所示，光电转换器温控电路7与3.3v降压电路15相连，通过mcu连接引脚30与微控制器18连接，基于电桥平衡原理，通过控制半导体制冷器的工作状态，将光电转换器维持在合适温度，以提高工作效率。光电转换器温控电路7包括三极管27、热敏电阻28、运算放大器26、半导体制冷器29及电桥电路25，电桥电路25由热敏电阻28与其余三个电阻构成平衡电桥，运算放大器26引脚间电压为电桥电路25的输出电压。
光电转换器的温度处于正常状态时电桥电路25平衡，电桥输出电压为零，三极管27不导通，半导体制冷器29不工作；温度过高时热敏电阻28的阻值变化，电桥电路25失衡并产生非零输出电压，经运算放大器26后导通三极管27，半导体制冷器29工作，同时输出温度异常信息至微控制器18，半导体制冷器29工作至电桥电路25重平衡时停止工作。
光电转换器温控电路7包括三极管27、热敏电阻28、运算放大器26、半导体制冷器29及电桥电路25。
热敏电阻28设于光电转换器上，根据光电转换器的温度调整阻值，对应调整所述电桥电路25的平衡状态，以此控制相应输出电压和三极管27的导通状态。
半导体制冷器29设于光电转换器上，用于将光电转换器的温度维持在预设的温度区间。
能量管理模块6还设有储能蓄电池及其充放电监控电路9、降压电路8、微控制器及其电能监控电路11和稳压电路10。
稳压电路10具体为低压直流稳压电路，包括12v稳压电路16，本实施例中，12v输出电路16优选可动态输入并稳定输出，并具有过流和过热保护功能的稳压芯片，分别输出至稳压电路和放电电路。
稳压电路10的稳压值随传感器及芯片所需进行调整。
如图2所示，降压电路8包括3.3v降压电路15和5v降压电路14，本实施例中3.3v降压电路15优选可根据负载自动调整占空比系数的降压芯片，用于为微控制器18供电；5v降压电路14优选转换效率高、输入范围宽的降压芯片，用于为光电转换器温控电路7供电。
储能蓄电池及其充放电监控电路9，用于储存电能并监控蓄电池充放电状态，包括充电电路20、12v放电电路23和蓄电池21，本实施例中，储能蓄电池及其充放电监控电路9优选能够动态实现恒流恒压充电控制功能的充电保护芯片，前端连接光电转换器接口13，后端连接蓄电池21、12v放电电路23和电压、电流监测与数模转换电路22，充电保护芯片具备电压自检和温度自检功能，根据输出电压和温度值动态调整工作模式，降低功耗并保证充电安全；电压、电流监测与数模转换电路22设有指示正在充电、充电结束和充电异常的状态指示元件，及时将信息反馈至微控制器控制及预警；蓄电池21优选容量大、安全系数高的锂电池进行储能。
稳压电路10，用于为水下传感器12、微控制器18、电能监控电路和光电转换器温控电路7提供稳定工作电压。
能量管理模块6设有直接供电通路和备用供电通路，直接供电通路包括稳压电路10，备用供电通路包括储能蓄电池及其充放电监控电路9。
能量管理模块6中设有继电器19，继电器19的一端与直接供电通路和备用供电通路连接，另一端与能量管理模块6的供电接口24连接，继电器19与微控制器18连接。
微控制器及其电能监控电路11，监控系统输入和输出的电压和电流，控制继电器19闭合或断开，实现水下传感器12的供电或断电，包括微控制器18、继电器19和电能监测电路，本实施例中，优选低功耗、高效率的微控制器处理数据，与继电器相连控制开合状态；电能监测电路优选低功耗芯片进行搭建，电压监测电路由电流监测电路串联电阻改进而成，电能监测电路与储能蓄电池及其充放电监控电路9和微控制器18相连，用于传输状态信息并实现控制。
如图4所示，微控制器18优选低功耗微控制器，采用系统正常输入与备用电池两种方式供电，确保其持续稳定运行；微控制器18预设电压与电流特征值，与继电器19相连接实现控制：电路采样电压值送至微控制器18处理，控制继电器19开合状态，决定供电方式；微控制器18同时处理电压电流监测值，与预设值比对判断工作状态，从而监控降压电路8和稳压电路10的安全；微控制器18还处理光电转换器温控电路7的温度信息，若光电转换器的工作状态不正常则及时断电自检，上报岸基站实现故障报警。
供能系统的供能效率的计算公式如下所示：
p＝[(px-αl)·η]–py
其中，α为单位长度光纤损耗，l为光纤长度，η为光电转换模块5的能量转换效率，px为水下激光器2的供能效率，py为电路中损耗的供能效率，p为供能系统的供能效率。
如图5所示，本实用新型供能系统运行时具体实现以下步骤：
s1.岸基站控制水下激光器2发射激光，经水密光纤3传输到终端装置4换为电能；
s2.微控制器18获取电能的采样电压值，判断直接供电通路是否正常运行，若运行正常转至s3，否则转至s7；
s3.继电器19闭合，微控制器18选择直接供电通路为水下传感器12供电；
s4.微控制器18通过光电转换器温控电路7监测光电转换器的温度是否正常，若正常则转至s5，否则转至s6；
s5.能量管理模块6对蓄电池21进行充电，与蓄电池21连接的充电保护芯片监测蓄电池21的电量是否充满，若是则转至s2，否则继续进行充电；
s6.微控制器18关闭光电转换器并将异常情况发送至岸基站，能量管理模块6自检后重启光电转换器并转至s4；
s7.微控制器18获取备用供电通路的电压值，判断备用供电通路是否正常运行，若运行正常转至s8，否则转至s12；
s8.继电器19闭合，微控制器18选择备用供电通路为水下传感器12供电，发送电量不足预警至岸基站；
s9.微控制器18根据预设值判断电能监控电路是否正常，若正常转至s7，否则转至s10；
s10.能量管理模块6停止对水下传感器供电，发送电能监控电路异常预警至岸基站；
s11.备用供电通路自检后能量管理模块6重启对水下传感器供电，转至s9；
s12.微控制器18发送系统故障失效请求检修的警告至岸基站。
此外，需要说明的是，本说明书中描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所做的举例说明。凡依据本实用新型构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
1.一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，包括海底接驳盒(1)、水下激光器(2)、水密光纤(3)和终端装置(4)，所述水下激光器(2)分别与海底接驳盒(1)和水密光纤(3)连接，所述水密光纤(3)与终端装置(4)连接，所述终端装置(4)连接有水下传感器(12)，所述水下激光器(2)将从海底接驳盒(1)获得的电能转化为光能，通过水密光纤(3)将光能传输到终端装置(4)，所述终端装置(4)内设有光电转换模块(5)和能量管理模块(6)，所述光电转换模块(5)将接收的光能换为电能，所述能量管理模块(6)对电能进行处理并储存，所述终端装置(4)将电能传输到水下传感器(12)进行供电，所述能量管理模块(6)中设有光电转换器温控电路(7)控制光电转换模块(5)的温度。
2.根据权利要求1所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述光电转换模块(5)中设有光电转换器。
3.根据权利要求2所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述光电转换器温控电路(7)包括三极管(27)、热敏电阻(28)、运算放大器(26)、半导体制冷器(29)及电桥电路(25)。
4.根据权利要求3所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述热敏电阻(28)设于光电转换器上。
5.根据权利要求3所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述半导体制冷器(29)设于光电转换器上。
6.根据权利要求1所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述能量管理模块(6)还设有储能蓄电池及其充放电监控电路(9)、降压电路(8)、微控制器及其电能监控电路(11)和稳压电路(10)。
7.根据权利要求6所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述能量管理模块(6)中设有继电器(19)，所述继电器(19)一端与稳压电路(10)连接，另一端与储能蓄电池及其充放电监控电路(9)连接。
8.根据权利要求7所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述继电器(19)还与微控制器及其电能监控电路(11)中的微控制器(18)连接。
9.根据权利要求1所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述水下激光器(2)采用水密接头与海底接驳盒(1)的供电口连接。
10.根据权利要求1所述的一种水下传感器光纤供能系统，其特征在于，所述终端装置(4)采用水密电缆与水下传感器(12)连接。
技术总结