WiSubのユニバーサルAUVコネクタ

Claudio Paschoa • 28 2月 2018

WiSubのCEO、Mark Bokenfohrは、水中コネクタの限界が容易に観察できる、作業クラスの遠隔操作型水中乗り物（ROV）および関連システムの開発、配送、オフショア運用に基づいていました。 「海洋科学の運用中に低速誘導モデムをROVパイロットとして使用した結果、石油・ガス業界向けにピンレスコネクタを開発する必要があると確信していましたが、それにはさらに10年しかかかりませんでした。私がそのようなソリューションを提供する会社を築くために跳躍する前の正しいタイミング。正式には、UACプロジェクトは「ユニバーサルAUVピンレス充電およびデータ転送インターフェース」と呼ばれています。内部ではこのプロジェクトを「Pin-less AUV Interface」またはPAXと呼んでいます」WiSubは最先端の水中接続の進歩に向けて大きな進歩を遂げましたが、以前のピンレス接続テクノロジーより大きな夢と夢を実現するためのインスピレーションを与えてくれた」と語った。

Bokenfohrと話すときには、ユニバーサルAUVコネクタ（UAC）の可能性について彼が持っている情熱と知識をすぐに感じることができます。このブレークスルーに関わる歴史を見ることは重要です。 「ピンレスの誘導コネクタは、数十年にわたり水中で使用されており、ピン付きウェットメイトコネクタの重要な制限を克服するために開発されました。この分野で最も初期のアプリケーションの一部は、単純にスプリットトランスの半分で、100年前にNikola Teslaによって特許取得された原理に基づいてワイヤレス電力を供給していました。データはまた、数十年にわたって電磁気学（EM）を介して水を介して無線で転送されてきました」とBokenfohr氏は説明します。しかし、UACの概念が時代を迎えるためには、重要な技術開発が必要でした。 「スルーエア技術の重要かつ比較的最近の進展により、EMベースの水中接続の最先端技術が飛躍的に向上しました。電気自動車の商業的利用可能性はまた、より高出力の無線充電の開発を生み出した。 WiSubは、移動電気自動車に18kWを転送していたそのような開発者と協力して、Torden製品を開発しました。 WiSubは、水中の非常に高い周波数の革命的な応用により、海水の短い隙間にデータと電力を伝送する共振電力伝送で可能な最新の方法と回路と結びついています。私たちはさらに巨人の肩に立っているのを見てきました。

Bokenfohr氏によれば、UACが水中で信頼できるデータと電力転送を維持できるようにするピンレス接続の特徴がいくつかあります。これは信頼できるAUVドッキングステーションを実現する上で不可欠です。障害やパフォーマンスの低下のリスクを増加させることなく切断します。レガシー・ピン接続は、慎重に処理して一度だけ接続すれば、合理的に確実に実行できます。一度接続して分離するつもりはないはんだ接合部のようなものもあります。腐食性の高圧水に対して動的にシールする必要があるため、コネクタの精密可動部品を安全に保ち、数回のウェットメイトサイクルで信頼性の高い接続を行うには、地絡や故障が発生する。水面の汚染物質やオペレータの操作が荒いと、シーリングとアラインメントの問題が悪化します。ピン間の構造の基本的な物理的性質は、妨害の可能性を導く長さのシールドされていない、撚り戻されていないピンの長さのために、データ転送が可能な速度も制限します。ダイナミックシールが摩耗していないため、より優れた嵌合公差、汚染に対する耐性、ピンの整列、破損、または曲がりがないため、ピンレス接続は本質的に複数の交代サイクルにわたって信頼性が高くなります。機械的複雑さの低減は、信頼性の向上に価値があり、ソリッドステートエレクトロニクスの応用を正当化する。インテリジェントコネクタは、ローカルネットワーク診断などの「シンプルな」ピンでは不可能な機能を提供します。

UACの概念を実現する重要なブレークスルーの1つは、WiSubの特許取得済み高速高周波マイクロ波技術に関するものです。「EMベースの通信は何十年もの間、無線周波数範囲（300MHz未満）で知られており、短距離（数メートル）にわたる低速データ伝送に適用される。海水での減衰が非常に高いため、高周波データ伝送は無視されています。-GHzレベルの電磁波伝播は、海水で10センチメートルを超えては不可能であり、実際には5センチメートル未満では実用的ではありません。これは、「無線通信」のための実用的距離とは決して考えられませんでした。なぜなら、「ある距離を越えて移動する」ことは、常に「無線」技術で理解されていたからです。しかし、高周波EMはピンレスコネクタではうまく機能しますが、他の人には決して明白ではなかったため、水中通信におけるこの独創的なステップのために特許を取得することができました」とBokenfohr氏は説明します。従来の低周波RF、誘導または音響技術に比べて、この技術の利点に注目することも興味深いものです。 WiSubのマイクロ波ベースの水中データリンクは、広帯域にわたって高いデータ伝送速度を実現しており、100Mbpsから始まり、開発時には1Gbpsを超えています。 「この高速の利点は、関連する周波数のために可能で、小さな（マイクロ）波長を必要とするが、これはまた、これらの波の長距離移動を防ぐ同じ機能である。マイクロ波は300MHz〜300GHzの周波数範囲で動作するように定義されています。水中通信の分野で適用される他の技術は、典型的には、はるかに低い周波数で動作し、それに応じてデータレートが低くなる。音響通信では、kbps（キロビット/秒）のデータ速度が可能です。 （3KHzから300GHzの範囲内の）無線周波数通信リンクは、いくつかのメーターにわたって同様のデータ速度を達成することができる。電力転送に使用される誘導リンクは、周波数間の間隔が狭く、データ転送にも使用されることが多く、干渉のリスクもあります。データ転送のためにGHzでマイクロ波を使用し、電力伝送のためにkHzでより長い波長を使用するというさらなる実用的利点は、周波数間の大きな分離であり、干渉の問題を回避する。さらに、音響通信は、EMベースのシステムに影響を与えない水柱の濁りや騒音によって悪影響を受けます」とBokenfohr氏は述べています。

堅牢で信頼性の高い海底AUVドッキングステーションの探索は、少なくとも10年は続いています。海底の石油・ガス生産分野の規模、深さ、複雑さの増加に伴い、長期的なAUVとROVのドッキングの必要性が大きく増加しています。運行のロジスティクスを簡素化し、船舶のコストを削減するという観点からは、UACが提供する可能性はまさにゲームの変革者かもしれません。 Bokenfohrによれば、「AUVドッキングは、ピンレスコネクタを介して確立されない限り、非常に危険です。ドッキングは、以前はワイヤレス水中技術を使用して他の人たちによって実証されてきましたが、これらの開発は他のシステムとの互換性や特定の車両やネットワークに限定されていました。 PAX接続システムは、複数のAUVシステム間で互換性のある汎用接続システムを提供することにより、長期の海底ドッキングステーションの実行可能性を高め、国際的にすべての海底産業に技術の展開と普及を促します。このプロジェクトの結果として、AUVから水中環境の分散型センサに電力を供給し、そのようなセンサによって収集されたデータを収穫する能力が得られます。水中に設置され、高価な有線ネットワークに接続されていないセンサは、バッテリ寿命、データ伝送速度および通信距離に制限がある。 AUVを「海底居住者」にすることで、ケーブル通信ネットワークを必要とせずにローカライズされた電力配分が可能になり、通信距離をセンチメートルに短縮し、音響通信物理学の限界ではなくデータ通信速度をMbpsに上げます。

UACの主な特性と機能と深度評価は、O＆G業界で可能性のある多くの用途を示しています。 「PAXプロジェクトは、賞を受賞したWiSubのTordenとMaelstrom製品に基づいて、これらのシステム内に2つの個別のインターフェイス、テクノロジーを提供します。 Torden PAXの開発はAUVの充電に使用され、新しい開発FonnはAUVからの充電に使用されます。どちらも、WiSubの特許取得済み半二重100Mbpsマイクロ波ベースのデータリンクを適用します。

これは、接続のギャップ許容値とそのデータおよび電力転送機能（10mmのギャップ）です。 100Mbpsのデータ転送、250W @ 24VDC（Fonn機器インタフェース）および3kW @ 300vdc（Torden PAX AUVインタフェース）。 「材料が圧縮されている場合（トランスデューサヘッド周辺のカプセル材料など）および海水ギャップが増加する場合を除き、深さがピンレスコネクタの性能に影響することはありませんでした。プロジェクトのさらなる研究は、プロジェクトの結果の運用上のパラメータを確認するでしょう。このプロジェクトで予定されている石灰鉱床の研究は、ピンレスコネクタの性能に影響する可能性のある環境要因についての有益な情報をもたらすと期待されています」Bokenfohr氏は、プロジェクトにおけるパートナーの多様性と重要性を指摘しました。参加者のグループ、お互いに直接競争する人もいますが、そのすべてがその恩恵を受けるでしょう。プロジェクト参加者のいくつかは、既存の商業的関係を持ち、AUV製造業者、AUV事業者、音響通信システムプロバイダー、海底インフラの利害関係者、学界などが参加しています。最も関連性の高い成果の開発には、それぞれ独自の能力と貴重な経験とアドバイスがあります。

WiSubは、近年深海のAUVドッキングステーションで使用するUAC技術を運用し、今年末までに1システムを導入する予定です。 "Fonn 250Wの開発は現在、最終段階にあり、2017年12月に導入される最初のハードウェアです.Torden PAX 3kWは、2018年第2四半期に導入されます。これらの開発により、常駐ROVシステムとAUVシステムの両方が有効になります。 WiSubの既存製品はすでに導入されており、北米の顧客とのAUVドッキングインターフェイスとして使用されています。 WiSubの高周波データ転送における革新は、WiSubのMaelstrom接続システムにSpotlight on New Technology Awardを与えた業界専門家のパネルを通じて、OTC 2015で認められたより速いデータ転送速度を可能にするための不可欠な要素を追加しました。 Maelstromは、マイクロ波周波数での高速ピンレス通信機能と、反復可能な信頼性の高い接続のための業界のニーズを満たす誘導電力転送方式を実証する最初の主力製品として開発されました。また、Torden社は2017年5月に独自のSpotlight賞を受賞し、ピンレス水中コネクタソリューションで業界が引き続き大きな価値を見出していることを確認しました」とBokenfohr氏は結論づけています。

（ Marine Technology Reporterの 2018年1月/ 2月号に掲載）