WiSub的通用AUV连接器

由Claudio Paschoa提供 • 28 二月 2018

WiSub首席执行官Mark Bokenfohr的早期职业生涯是基于工作级遥控潜水器（ROV）和相关系统的开发，交付和海上作业，其中水下连接器的局限性很容易被观察到。 “在海洋科学行动期间，我使用低速电感调制解调器作为ROV试点，但我确信，石油和天然气行业也应该开发无针连接器，尽管需要花费另外的十年时间，对国家进行一些改变，并且在我跨跃建立一家能够提供此类解决方案的公司之前的正确时机。 UAC项目正式命名为“通用AUV无针充电和数据传输接口”。在内部，我们称这个项目为“无销AUV接口”或PAX。“WiSub已经开发了先进的水下连接的重大进展，但是我们必须将先前的无针连接技术为我们提供更大更大梦想的灵感，“Bokenfohr说道。

在与Bokenfohr交谈时，您立刻感受到他对Universal UUV Connector（UAC）潜力的热情和知识。看看这一突破涉及的历史很重要。 “无针式电感连接器已经在水下使用了数十年，其开发用于克服固定湿式连接器的显着局限性。这一领域最早的应用中有一些简单地将变压器分成两部分，基于100年前尼古拉特斯拉的专利原理提供无线电源。数据已经通过电磁学（EM）无线传输数十年，“Bokenfohr解释道。然而为了使UAC概念成熟，关键的技术发展是必要的。 “通信技术方面的重大和相对较新的发展使得基于EM的水下连接的先进水平得到了飞跃。电动汽车的商用可用性也催生了高功率无线充电的发展; WiSub与一位这样的开发人员合作开发了我们的Torden产品，该开发人员将18kW的电力转移到移动的电动汽车中。 WiSub将谐振功率传输的最新方法和电路与极高频率的革命性应用结合在一起，以在海水的短距离传输数据和功率。我们站在巨人的肩膀上看到了更多。“

根据Bokenfohr的说法，这种无引脚连接有一些特殊的特性，可以让UAC在水下保持可靠的数据和电力传输，这对于建立可靠的AUV坞站至关重要 - “保持可靠的连接意味着保持连接和断开连接而不会增加故障风险或性能下降。如果仔细处理并插入一次，传统的固定连接可以合理可靠地执行;有些人可能会认为它们就像一个焊点 - 连接一次而不打算分开。由于需要动态密封腐蚀性高压水，因此要在每次尝试密封和重新密封时都能完美地对准引脚，以保持连接器的精密移动部件安全并在多个湿配合循环中保持连接可靠性更具挑战性引起接地故障或故障。水中的污染物和粗糙的操作员处理加剧了密封和对齐的问题。引脚到插座结构的基本物理特性也限制了数据传输可能的速度，这是由于长的无屏蔽，未扭曲的引脚长度引起了干扰的可能性。由于没有动态密封圈磨损，更容易匹配的容差，免受污染，并且没有引脚对齐，折断或弯曲，因此无针连接在多次插拔循环中本质上更可靠。降低机械复杂性对提高可靠性非常有用，并证明固态电子器件的应用是合理的。智能连接器可以提供哪些“简单”引脚无法实现的进一步增强功能，如本地化网络诊断。“

UAC概念可行的重大突破之一与WiSub的专利高速，高频微波电子技术有关 - “基于EM的通信在无线射频范围内（300 MHz以下）已有数十年的历史，并且已适用于短距离（几米）的低速数据传输。高频数据传输由于其在海水中的衰减非常高而被忽略 - 通过海水在10厘米以上不可能实现GHz水平的EM波传播，并且实际上仅在5厘米以下才有用。由于“无线”技术总是被理解为“无线传输”，因此从未被认为是“无线通信”的实际距离。高频EM对于无引脚连接器非常有效，而且由于它对其他人来说不是显而易见的，所以我们能够在水下通信中获得这项创造性的专利。“Bokenfohr解释道。注意这项技术相对于传统的低频RF，电感或声学技术的优势也很有趣。 WiSub基于微波的水下数据链路提供的宽带宽数据传输速度是其主要优势，起始速率为100Mbps，发展速度超过1Gbps。 “由于所涉及的频率，这种高速优势是可能的，这需要小的（微）波长，这恰好是防止这些波长距离传播的相同特征。微波定义为工作在300MHz至300GHz的频率范围内;在水下通信领域中应用的其他技术通常以低得多的频率运行，并且相应地降低数据速率。利用声学通信可以实现kbps（千比特每秒）的数据速度。射频通信链路（3KHz至300GHz范围内）能够在一些仪表上实现相似的数据速度。用于功率传输的感应链路通常也用于数据传输，频率间隔很小，这也会带来干扰的风险。在GHz上使用微波进行数据传输和在kHz上使用更长波长进行功率传输的另一个实际好处是频率间的大分离，这可以避免干扰问题。此外，声学通信也受到水体中浊度和噪音的不利影响，这不会影响基于EM的系统，“Bokenfohr说。

寻找一个强大而可靠的海底AUV对接站已经持续了至少十年。随着海底油气生产领域的规模，深度和复杂性的增加，对长期AUV和ROV对接的需求大大增加。在简化运营物流和降低支持船的成本方面，UAC提供的可能性可能确实是一个改变游戏规则的游戏。据Bokenfohr称：“除非通过无针连接器建立，否则AUV对接极其危险。对接之前已经被使用无线水下技术的其他人所证实，但是这些发展在与其他系统的兼容性方面受到限制，并且特定于某些车辆和网络。通过提供可在多个AUV系统之间兼容的通用连接系统，PAX连接系统将提高长期海底扩展站的可行性，鼓励在全球所有海底工业中部署和扩散该技术。该项目的另一个成果是将能量从AUV传输到水下环境中的分布式传感器，并收集由这些传感器收集的数据。水下部署的传感器并未连接到昂贵的有线网络，因此电池寿命，数据传输速度和通信距离受到限制。使AUV成为“海底居民”可以在不需要有线网络的情况下进行局部配电，将通信距离缩短至厘米，同时将数据通信速度提高至Mbps，而不是声学通信物理学所施加的限制。“

UAC的主要特性和功能及其深度评级展示了其可能用于O＆G行业的许多可能用途。 “PAX项目将提供两个分立的接口，这些系统中的技术都基于WiSub屡获殊荣的Torden和Maelstrom产品。 Torden PAX开发将用于给AUV充电，而新的开发Fonn将用于AUV充电。两者都将采用WiSub专利的半双工100Mbps微波数据链路。“

这些是连接上的间隙容差以及它的数据和功率传输能力 - 10mm间隙。 100Mbps数据传输，250W @ 24vdc（Fonn仪器接口）和3kW @ 300vdc（Torden PAX AUV接口）。 “我们还没有观察到深度会影响无针连接器的性能，除非材料受到压缩（例如换能器头周围的封装材料）和海水间隙增加。该项目的进一步研究将确认项目结果的运行参数。该项目对石灰质矿床的计划研究预计将产生更多关于环境因素的有用信息，这些信息可能会影响无销连接器的性能。“Bokenfohr还指出了他的合作伙伴在项目中的多样性和重要性：”PAX项目汇集了多元化一群参与者，一些彼此直接竞争，但都将从发展中受益。一些项目参与者有现有的商业关系，他们包括AUV制造商，AUV运营商，声学通信系统提供商，海底基础设施利益相关者和学术界，他们都在项目中发挥作用。每个人都有自己独特的能力和宝贵的经验和建议，以开发最相关的结果。“

WiSub相信它将在不久的将来使用UAC技术在深水AUV坞站使用，并在今年年底之前部署一套系统。 “Fonn 250W开发目前正处于最后阶段，第一个硬件将于2017年12月部署。Torden PAX 3kW将于2018年第二季度/第三季度部署。驻地ROV和AUV系统将通过这些开发项目启用。然而，WiSub现有的产品已经部署并用作与北美客户的AUV对接接口。 WiSub在高频数据传输方面的创新增加了一个重要组件，以实现更快的数据传输速度，这一进步在OTC 2015上得到了认可，通过一组行业专家授予WiSub的Maelstrom连接系统成为新技术奖的焦点。 Maelstrom是我们开发的第一款旗舰产品，它展示了微波频率下高速无引脚通信的能力，以及感应式功率传输方法，以满足业界对可重复可靠连接的需求。 Torden在2017年5月也获得了自己的Spotlight奖，这证实了该行业在无针水下连接器解决方案中继续看到了巨大的价值，“Bokenfohr总结道。

（如发布于2018年1月/ 2月版的海洋科技记者 ）