用于海底地震仪的非接触式电能及信号传输连接器设计

来源 :中国地震学会地震观测技术专业委员会2018年学术研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tony_zq
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  随着海洋地震观测领域研究的深入以及国家海洋观测网的正式投建,电缆式海底地震仪以及此类仪器接插件的研究设计成为重点.用于海底地震仪的非接触式电能及信号传输连接器即专门设计用于海底,连接海底接驳盒和海底地震仪,为海底地震仪提供电能传输,以及实现海底地震仪与接驳盒的信号传输,从而实现地震仪与岸基站的信号传输.该连接器通过电磁耦合线圈达到非电气接触的目的,解决地震仪在海水环境下电能传输的难题,使得信号在海底地震仪之间的远距离传输成为可能.电能和信号分别绕制两组电磁耦合线圈,两部分避免了相互干扰,使得各自传输效率不受另一模块的影响.本设计主要用到单片机STM32 以及FPGA 来实现连接器的检测,控制与传输.该连接器的设计分为三个部分,硬件电路设计,软件代码编写以及结构设计与封装.硬件电路设计分为两个模块:初级端电路和次级端电路.初级端电路包含有功率放大电路,次级端电路包含有整流滤波稳压电路,两个模块都包含有STM32 连接电路和FPGA 电路.软件代码编写包括STM32 使用到的各模块的C 语言以及FPGA 使用到的各模块的Verilog 编写.STM32 的ADC 模块生成正弦信号辅助电能传输;ADC 模块连接放大器实现初级和次级端电路的电流和电压检测;SPI 模块通过连接FPGA 实现两个模块之间的数据传输;USART 模块通过上位机与STM32 的连接,完成对连接器的信号传输和控制.FPGA 的SPI 模块连接STM32 实现数据通信;编解码模块完成Manchester 的编码,使得信号能在电磁耦合器中正常传输;存储模块即FIFO 数据缓冲,解决I/O 口与编码速率不配配的的问题;数据传输模块通过FPGA 的两个I/O 引脚分别连接比较器和放大器,完成两个电磁耦合器的数据传输.结构设计与封装包括电磁耦合器的设计,整个模块的结构设计以及初级电路和次级电路的封装.电磁耦合器的设计包括磁芯的设计和线圈的绕制,磁芯采用UT 型,线圈绕制通过实验得出最佳绕制方式使得传输效率最高.整个模块的尺寸设计随电磁耦合器做相应设计.封装采用与海地地震仪相同的密封设计.
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