水下LiFi應(yīng)用

大多數(shù)遙控水下航行器（ROV）是由有線連接控制的。他們的電纜長度對他們的操作范圍是一個硬性限制，其他潛在的因素，如電纜的重量和脆弱性可能是有限性的。無線電波在水中會迅速被吸收，阻礙了水下的無線電通信。由于光可以穿過水，因此基于Li-Fi的通信提供了更大的流動性。Li-Fi的效用受限于光能穿透水的距離。大量的光不會穿透超過200米。超過1000米，就沒有光可以穿透。

在適當(dāng)?shù)臈l件下，進(jìn)入水中的陽光可進(jìn)入海洋約1000米（3280英尺），但很少有超過200米（656英尺）的明顯光線。海洋根據(jù)深度和光照度被分為三個區(qū)域。上方200米（656英尺）的海域被稱為親水區(qū)，即 "陽光區(qū)"。這個區(qū)域包含了絕大多數(shù)的商業(yè)漁業(yè)，也是許多受保護(hù)的海洋哺乳動物和海龜?shù)募覉@。只有少量的光線可以穿透這個深度。200米（656英尺）和1000米（3280英尺）之間的區(qū)域通常被稱為 "黃昏 "區(qū)，但正式名稱是 "呼吸困難區(qū)"。在這個區(qū)域，隨著深度的增加，光的強(qiáng)度迅速消散。深度超過200米時，只有極少量的光可以穿透，光合作用已不可能。

蚜蟲區(qū)，或稱"午夜"，存在于1,000米（3,280英尺）以下的深度。陽光無法穿透到這些深度，該地區(qū)沐浴在黑暗之中。

Hydromea水下通信的LiFi解決方案

在水下連接設(shè)備可能是一項(xiàng)困難的任務(wù)。無線電波在水下不好用，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀妆凰?。這意味著無線電波在水下不能超過一米的距離。許多傳感器只提供有線連接，但它們是不切實(shí)際的，因?yàn)槟惚仨毎言O(shè)備從水中取出來才能讀取其數(shù)據(jù)。

Hydromea公司的工程師們想出了一個解決方案：用光來傳輸海洋或湖面以下的數(shù)據(jù)。他們已經(jīng)開發(fā)了一種名為LUMA的水下調(diào)制解調(diào)器，通過快速閃爍的藍(lán)光進(jìn)行通信。該調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為它所發(fā)出的光脈沖，或者反過來，將它所接收的光脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)--所有這些都在眨眼之間完成。

"我們選擇藍(lán)光是因?yàn)楸M管水對電磁波來說通常是不透明的，但對藍(lán)光和綠光有一個小的透明帶。這就是我們的系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)距離發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的原因，"該公司的首席技術(shù)官Felix Schill說。雖然水很容易吸收大多數(shù)波，特別是紅外波，只有藍(lán)光和綠光可以穿過它。太陽的紅色和黃色光波在幾米內(nèi)就會被吸收。

開發(fā)LUMA最困難的部分是確保它能在足夠長的距離內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，并在各種條件下可靠地工作。"Schill說："由于光在水下通常會迅速擴(kuò)散，找到一種在50或100米距離內(nèi)發(fā)送通信的方法是很困難的。"我們花了很長時間才開發(fā)出一個足夠敏感的接收器，即使從很遠(yuǎn)的地方也能捕捉到微小的光脈沖。"

LUMA被設(shè)計為可在高達(dá)6000米的水下工作。它是一個完全包含在塑料外殼中的裝置，完全被透明的塑料包裹著，因此在極端的水壓下不會崩潰。該系統(tǒng)已經(jīng)由德國阿爾弗雷德-魏格納極地和海洋研究所的科學(xué)家在太平洋海平面以下4280米處進(jìn)行了測試。巴爾說："后來，一些在近海作業(yè)的公司與我們聯(lián)系，他們對我們的技術(shù)感興趣，希望我們能鋪設(shè)水下管道或?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電場建造地基"。

Bahr和Schill早在2004年在他們還是澳大利亞的學(xué)生時就開始研究水下Wi-Fi系統(tǒng)。多年來，他們充實(shí)了設(shè)計的細(xì)節(jié)，并在EPFL的博士后工作期間最終完成了設(shè)計。今天，他們?nèi)匀慌c學(xué)校合作。例如，他們正在幫助LéXPLORE開發(fā)機(jī)器人和通信系統(tǒng)，這是一個位于普利維迪附近的日內(nèi)瓦湖岸邊的研究平臺。

在那里，湖泊學(xué)家正在使用LUMA定期檢查水下收集的數(shù)據(jù)，并確保測量儀器的正常工作，因?yàn)閭鞲衅餍枰谒峦Ａ魯?shù)月之久。一個調(diào)制解調(diào)器安裝在數(shù)據(jù)記錄器上，該記錄器收集來自水下傳感器的科學(xué)數(shù)據(jù)，另一個調(diào)制解調(diào)器安裝在一個海底機(jī)器人上，該機(jī)器人潛到傳感器所在的地方，即時收集傳感器的數(shù)據(jù)。"巴爾說："LéXPLORE的科學(xué)家們向我們反饋了他們的具體需求，這有助于我們進(jìn)一步提高調(diào)制解調(diào)器的性能。