海洋視界｜ROV的電力/信號傳輸

來源：發(fā)布時間：2024-10-22

現(xiàn)階段，觀察級水下機器人的動力系統(tǒng)按照供電方式主要分為系纜供電和電池供電兩種，目前市面上幾乎所有的觀察級ROV都采用系纜供電，系纜除了供電、信號傳輸以外，而且，還可以保證ROV可以順利的回到母船，畢竟誰也不想看到自己心愛的“寶貝”游著游著就不見了……

根據(jù)水下機器人的類型和臍帶纜長度，電力系統(tǒng)可以是交流電，也可以是直流電。一般來說，工作級遙控水下機器人采用交流電，在水下將一部分電力轉(zhuǎn)換成直流，在這個輸送過程中，通常會有超過20%的電力損耗，如果系纜較長、功率較大的話采用交流臍帶纜。此外，由于工作級機器人的體型很大，可以容納大功率電氣設備，通過電壓將電力輸送至水下，能夠減少損耗。例如，有些6000米深度等級的機器人采用460Hz，6.6kV。

使用高頻交流是因為水下變壓器設備的尺寸和重量都可以減小，有人推算過，將頻率從60Hz升高到400Hz，變壓器質(zhì)量可以減少66%。Saab Seaeye 的Leopard ROV以800Hz的高頻傳輸3000伏交流電，大大減小了水下變壓器的尺寸和臍帶纜的直徑。

ROV用零浮力纜.jpg 如果系纜較長的話，需要用到電纜絞盤，絞盤上面有滑環(huán)?；h(huán)也稱為旋轉(zhuǎn)接頭，是一種光/電機械接頭，通過旋轉(zhuǎn)接頭可以傳輸光電信號和電力。該設備對絞車旋轉(zhuǎn)期間持續(xù)地向水下機器人供電、遙控至關(guān)重要。如果臍帶纜只有銅線，滑環(huán)就是由電刷和旋轉(zhuǎn)金屬環(huán)組成的簡單結(jié)構(gòu)。但是如果臍帶纜里面有光纖，滑環(huán)就會非常復雜、昂貴。無論是電的、光的、還是光電混合的水密纜，都能多通道傳輸，單通道光纖滑環(huán)與多通道光纖滑環(huán)設計結(jié)構(gòu)和工作原理是有很大的區(qū)別，多通道光纖滑環(huán)只有多模傳輸,而單通道光纖滑環(huán)可以有單模和多模。每款滑環(huán)都有一個通道數(shù)，這是固定的，你需要用這個滑環(huán)來傳輸多少信號量，這也是在設備設計之前已經(jīng)做好的事情，這些都要選擇，即使為了后續(xù)擴展的需要，可以預留2個備用通道，雖然現(xiàn)在用不到，后面如果進行設備升級或者更新?lián)Q代的時候，也能用到。在許多情況下，滑環(huán)選擇和光纖芯數(shù)都得設計冗余，以備不測。

較大的水下機器人系統(tǒng)，由于本體和臍帶纜絞車的尺寸較大，需要定制收放系統(tǒng)（LARs）和臍帶纜管理系統(tǒng)（臍帶纜中繼器TMS）。雖然對于小型觀察級機器人來說，用交流電的不多，但也不是說沒有。波爾圖大學的水下系統(tǒng)技術(shù)實驗室開發(fā)的一種機器人通過230V交流電，在水下轉(zhuǎn)換成375V直流電，再進一步轉(zhuǎn)換成48V的直流電用來驅(qū)動推進器。交流臍帶纜中混合光纖是很常見的，但是交流電會對信號產(chǎn)生干擾，需要一定的shielding層。

觀察級ROV采用直流更加普遍，原因如下：

*尺寸限制

*成本

*適用水深/臍帶纜長度

*功率要求

*復雜程度

然而，隨著機器人本身電力需求的增加，沿臍帶纜輸送的電壓也必須增加，有人開發(fā)了一種中型觀察級ROV（90公斤），采用150V直流供電。一些商業(yè)制造商也開發(fā)了150～300V直流供電的水下機器人。
近年來的趨勢是，在水面將230V的交流電轉(zhuǎn)換成400-500V直流中壓，然后輸送至水下機器人。這種方式已經(jīng)在許多海洋觀測站上應用，傳輸?shù)街鞴?jié)點的電壓為千伏，然后以400V直流電下傳到輔助節(jié)點，再將400伏直流電轉(zhuǎn)換成電子設備和傳感器的工作電壓48V、24V、12V等等。有很多觀察級水下機器人就直接用400～500V的直流電，例如 Seatronics和Saab Seaeye等。