[發明專利]水下XCTD剖面儀傳輸線間分布電容的建模計算方法

無效

• 申請號: 201310426322.8
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103544339A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 鄭羽;趙宣;李靜;黃超超;王金海;李紅志
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術領域

本發明涉及投棄式深海參數測量儀器水下走航式投棄式溫、鹽、深測量儀（XCTD）中有線傳輸信道，特別是一種投棄式溫、鹽、深（XCTD）剖面儀傳輸線間分布電容計算的建模方法。?

背景技術

投棄式電導率、溫度、深度剖面儀（Expendable?Conductivity?Temperature?Depth?Profiling?System,?簡稱XCTD）也稱投棄式溫、鹽、深測量儀，是國外近年研制并得到快速發展的一種先進快速、低成本海水電導率、溫度剖面測量設備，它能夠在快速下降過程中實時測量海水的溫度和電導率，并通過下降的時間和下降速率來計算相應的深度，最大測量深度可達2000m左右。但XCTD的特點為投棄使用，為了節約成本，其數據傳輸線采用性價比更高的單根雙股漆包線，傳輸線分別以螺旋式纏繞在水上和水下線軸。XCTD投棄時，水下傳感器實時采集數據，并通過漆包線實時傳輸。由于纏繞狀態下的漆包線在儀器下放過程中不斷展開，線上分布參數會產生相應的變化，這樣就不能保證一個穩定的數據傳輸信道，其信道阻抗參數隨著纏繞漆包線的展開是在實時改變的。了解信道阻抗參數變化特點，對信道的阻抗參數建模和信號傳輸特性的分析具有重要的意義。?

根據所做過的一些研究表明，XCTD(拋棄式鹽、溫、深)剖面儀下沉到一定深度后信號傳輸嚴重失真，傳輸電纜動態展開后的線間電容對信號的完整性傳輸的破壞性越來越大，但是幾千米完全展開海水電纜電容的實時測量難度大，因此本文應用COMSOL?Multiphysics來計算水下電纜的電容值，對分析我國863計劃自主研發的XCTD剖面儀深水信道信號傳輸完整性具有重要的參考價值。?

發明內容

本發明的目的是解決XCTD信號傳輸中信道阻抗的動態變化對信號傳輸質量的影響問題，提出一種動態分布電容的計算方法，即水下XCTD剖面儀傳輸線間分布電容的建模方法。?

本發明方法根據具體應用環境建立了XCTD電纜電容計算模型，從理論上建立了平行電纜電容計算和偏心電纜電容計算的數學公式，并且采用Comsol?Multiphysics進行線間電容仿真計算。?

本發明的技術方案：?

本發明基于水下XCTD剖面儀線間電容計算，發明了一種應用ProE軟件三維建模與COMSOL?Multiphysics軟件分析的結合計算電路參數的方法，可表述為，按照傳輸線的具體纏繞的物理結構，利用ProE軟件對其進行三維建模，之后將建立的模型導入Comsol?Multiphysics中，采用AC/DC模塊計算該模型的電容值等電抗參數，從而得兩金屬導線之間的分布電容值以及每一根金屬導線與海水之間的電容值。最后將所得的這兩個電容值和理論計算值進行比較，來驗證仿真結果的正確性。

本發明提供的水下XCTD剖面儀傳輸線間分布電容的建模方法，具體步驟是：?

第1步、構造電纜傳輸線的物理結構模型

利用ProE三維建模軟件，根據纏繞線軸的物理結構建立物理計算模型，如圖1所示的物理模型結構圖，該結構圖包括：中部表示兩根平行金屬導線的兩個圓形區域即第一區域和第二區域，兩個圓形區域之外表示絕緣外皮層的第三區域，以及第三區域之外表示電纜工作環境空間的第四區域；

第2步、建立平行電纜分布電容的計算模型

將建立的物理計算模型導入在Comsol?Multiphysics之后，在模型創建器中選擇材料選項，為物理模型結構圖中的各個區域，設定電導率和物理參數。并選擇計算模型庫里選擇AC/DC模塊內相應計算模型，利用Comsol?Multiphysics中的模型創建器在圖形創造界面創造根據電纜的工作環境要求，設置電纜中通入電纜金屬導線的電流幅值和類型，以及參考地等電路參數和環境參數。之后，進行網格劃分，將整個模型剖分成很多小區域進行計算，這里可以使用Comsol?Multiphysics的自動網格劃分功能，也可按照計算精度自行劃分。

第3步、得到電極電容的場域與計算結果?

軟件仿真計算，得到相應的2D、3D的電勢分布圖。得到相應的電容分布和電容值。加以驗證，從而得兩金屬導線之間的分布電容值以及每一根金屬導線與海水之間的電容值。

本發明的優點和有益效果：