專利名稱：水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于水下環(huán)境電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置。
背景技術(shù)：
海水是電的良導(dǎo)體，因此在水下不論傳輸電能還是電信號(hào)都不能像在陸地 輸電一樣采用裸露導(dǎo)體接觸的方式。目前采用較多的是內(nèi)部含有金屬纜、通過(guò) 導(dǎo)體接觸傳輸電能和電信號(hào)的濕拔插接頭，但此類接頭價(jià)格昂貴使用壽命短，
并且需要ROV進(jìn)行復(fù)雜的插拔操作，因此其推廣應(yīng)用受到很大限制。隨著電能 和信號(hào)傳輸技術(shù)的提高，通過(guò)水下基站向水下設(shè)備長(zhǎng)期供應(yīng)電能、發(fā)送指令和 接收數(shù)據(jù)成為可能，為此急需一種使用方便、壽命長(zhǎng)的連接裝置，作為基站和 設(shè)備間電能和信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈?
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿足水下探測(cè)設(shè)備和基站之間電能、信號(hào)傳輸?shù)?電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置。
本發(fā)明的水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，包括插座和插頭； 插座包括由第一殼體和安裝在第一殼體兩端的第一端蓋和第一透光窗口
構(gòu)成的第一密封腔，第一密封腔內(nèi)設(shè)置有第一支架，在第一支架的朝向端蓋一 側(cè)固定有電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板，第一支架的朝向第一透光窗口一側(cè)固定 有第一感光元件、第一凸透鏡和具有環(huán)形槽的第一鐵氧體磁芯，第一凸透鏡位 于第一感光元件和第一透光窗口之間，第一凸透鏡具有中心孔，中心孔中固定 有第一發(fā)光管，第一發(fā)光管的發(fā)光端朝向第一透光窗口，第一感光元件與第一 凸透鏡的焦點(diǎn)重合，第一鐵氧體磁芯置于第一凸透鏡外，在第一鐵氧體磁芯的 環(huán)形槽中纏有原邊線圈，第一鐵氧體磁芯、原邊線圈、第一發(fā)光管和第一凸透 鏡的中心線與第一殼體軸線重合，第一多芯耐壓防水導(dǎo)線穿越第一端蓋與電能
發(fā)送與信號(hào)處理電路相連，原邊線圈與電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板相連；
插頭包括由第二殼體和安裝在第二殼體兩端的第二端蓋和第二透光窗口 構(gòu)成的第二密封腔，第二密封腔內(nèi)設(shè)置有第二支架，在第二支架的朝向端蓋一 側(cè)固定有電能接收及信號(hào)處理電路板，第二支架的朝向第二透光窗口一側(cè)固定 有第二感光元件、第二凸透鏡和具有環(huán)形槽的第二鐵氧體磁芯，第二凸透鏡位 于第二感光元件和第二透光窗口之間，第二凸透鏡具有中心孔，中心孔中固定 有第二發(fā)光管，第二發(fā)光管的發(fā)光端朝向第二透光窗口，第二感光元件與第二
3凸透鏡的焦點(diǎn)重合，第二鐵氧體磁芯置于第二凸透鏡外，在第二鐵氧體磁芯的 環(huán)形槽中纏有副邊線圈，第二鐵氧體磁芯、副邊線圈、第二發(fā)光管和第二凸透 鏡的中心線與第二殼體軸線重合，第二多芯耐壓防水導(dǎo)線穿越第二端蓋與電能 接收及信號(hào)處理電路板相連，副邊線圈與電能接收及信號(hào)處理電路板相連。
上述的第一發(fā)光管和第二發(fā)光管可以是LED或者激光管。所說(shuō)的第一感光 元件和第二感光元件可以是光電池或者光敏二極管。
工作原理供能插座固定在水下基站上，接受插頭集成在水下探測(cè)設(shè)備中，
工作時(shí)通過(guò)其它外加的對(duì)接機(jī)械裝置，保證供能插座和接收插頭的軸線對(duì)齊， 并盡可能使各自的透光窗口互相靠近。水下基站通過(guò)第一多芯耐壓防水導(dǎo)線將 直流電輸入電能發(fā)送與信號(hào)處理電路，經(jīng)過(guò)電能發(fā)送與信號(hào)處理電路將直流電 變?yōu)楦哳l交流電，在原邊線圈內(nèi)產(chǎn)生出高頻交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的一部分穿過(guò) 副邊線圈，并在副邊線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。副邊線圈用于電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的 交流電勢(shì)，經(jīng)過(guò)電能接收與信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出，通過(guò)第 二多芯耐壓防水導(dǎo)線送入用電設(shè)備，為用電設(shè)備提供電能。于此同時(shí)，水下基 站通過(guò)第一多芯耐壓防水導(dǎo)線將基站傳來(lái)的控制信號(hào)輸入電能發(fā)送與信號(hào)處理 電路，經(jīng)過(guò)電能發(fā)送與信號(hào)處理電路的調(diào)制，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為第一發(fā)光管發(fā) 出的光信號(hào)，第一發(fā)光管發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)插座上的第一透光窗口和插頭上的 第二透光窗口，到達(dá)插頭上的第二凸透鏡時(shí)，已經(jīng)存在一定程度的發(fā)散，第二 凸透鏡將除中心通孔外其它區(qū)域接收到的光線聚焦到焦點(diǎn)處，位于第二凸透鏡 焦點(diǎn)處的第二感光元件接收到光信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電能接收與信 號(hào)處理電路的解調(diào)，還原為基站傳來(lái)的控制信號(hào)，通過(guò)第二多芯耐壓防水導(dǎo)線 送入水下探測(cè)設(shè)備。
在基站插座向探測(cè)設(shè)備插頭發(fā)送光信號(hào)的同時(shí)，水下探測(cè)設(shè)備通過(guò)第二多 芯耐壓防水導(dǎo)線將探測(cè)到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到電能接收與信號(hào)處理電路，經(jīng)過(guò)電 能接收與信號(hào)處理電路的調(diào)制，將探測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為第二發(fā)光管發(fā)出的光信 號(hào)，第二發(fā)光管發(fā)出的光信號(hào)穿過(guò)插頭上的第二透光窗口和插座上的第一透光 窗口，到達(dá)插座上的第一凸透鏡時(shí)，已經(jīng)存在一定程度的發(fā)散，第一凸透鏡將 除中心通孔外其它區(qū)域接收到的光線聚焦到焦點(diǎn)處，位于第一凸透鏡焦點(diǎn)處的 第一感光元件接收到光信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電能發(fā)送與信號(hào)處理電 路的解調(diào)，還原為探測(cè)設(shè)備傳來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)第一多芯耐壓防水導(dǎo)線傳入 水下基站。
從而實(shí)現(xiàn)了電能的從基站插座到探測(cè)設(shè)備插頭的單向傳輸和信號(hào)的雙向傳輸。電能和信號(hào)傳輸結(jié)束后，非接觸式連接裝置的插座和插頭可自由分離。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明作為水下探測(cè)設(shè)備和水下基站的通用連接裝置，與傳統(tǒng)的內(nèi)部含有 金屬纜、通過(guò)導(dǎo)體接觸傳輸電能和電信號(hào)的接插件相比，通過(guò)非接觸的電磁感 應(yīng)方式和光通訊方式，不需要導(dǎo)體的直接接觸，基站插座和設(shè)備插頭可以實(shí)現(xiàn) 各自獨(dú)立的完全封裝，徹底將內(nèi)部器件與周圍環(huán)境隔開，大大簡(jiǎn)化了密封，有 效防止了漏水、漏電事故，為水下機(jī)電設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件， 為水下信號(hào)傳輸和能量傳輸提供了一種使用方便、壽命長(zhǎng)的連接裝置。
圖1是水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-第一多芯耐壓防水導(dǎo)線，2-電能發(fā)送與信號(hào)處理電路板，3-第一端 蓋，4-第一感光元件，5-第一殼體，6-第一發(fā)光管，8-第一凸透鏡，9-第一鐵氧 體磁芯，10-第一支架，11-第一擋圈，12-原邊線圈，13-第一透光窗口， 14-第二 擋圈，15-第二透光窗口， 16-第二鐵氧體磁芯，17-副邊線圈，19-第二支架，20-第二殼體，21-第二凸透鏡，22-第二端蓋，23-第二發(fā)光管，24-第二多芯耐壓防 水導(dǎo)線，25-第二感光元件，26-電能接收與信號(hào)處理電路板。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，包括插座和插
頭；
插座包括由第一殼體5和安裝在第一殼體5兩端的第一端蓋3和第一透 光窗口 13構(gòu)成的第一密封腔，第一密封腔內(nèi)設(shè)置有第一支架10,在第一支架 10的朝向端蓋一側(cè)固定有電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板2，第一支架10的朝向第 一透光窗口 13 —側(cè)固定有第一感光元件4、第一凸透鏡8和具有環(huán)形槽的第一 鐵氧體磁芯9，第一凸透鏡8位于第一感光元件4和第一透光窗口 13之間，第 一凸透鏡8具有中心孔，中心孔中固定有第一發(fā)光管6，第一發(fā)光管6的發(fā)光端 朝向第一透光窗口 13，第一感光元件4與第一凸透鏡8的焦點(diǎn)重合，第一鐵氧 體磁芯9置于第一凸透鏡8外，在第一鐵氧體磁芯9的環(huán)形槽中纏有原邊線圈 12，第一鐵氧體磁芯9、原邊線圈12、第一發(fā)光管6和第一凸透鏡8的中心線 與第一殼體5軸線重合，第一多芯耐壓防水導(dǎo)線1穿越第一端蓋3與電能發(fā)送 與信號(hào)處理電路2相連；原邊線圈12與電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板2相連。
插頭包括由第二殼體20和安裝在第二殼體20兩端的第二端蓋22和第二
5透光窗口 15構(gòu)成的第二密封腔，第二密封腔內(nèi)設(shè)置有第二支架19，在第二支架 19的朝向端蓋一側(cè)固定有電能接收及信號(hào)處理電路板26，第二支架19的朝向 第二透光窗口 15—側(cè)固定有第二感光元件25、第二凸透鏡21和具有環(huán)形槽的 第二鐵氧體磁芯16，第二凸透鏡21位于第二感光元件25和第二透光窗口 15之 間，第二凸透鏡21具有中心孔，中心孔中固定有第二發(fā)光管23，第二發(fā)光管 23的發(fā)光端朝向第二透光窗口 15，第二感光元件25與第二凸透鏡21的焦點(diǎn)重 合，第二鐵氧體磁芯16置于第二凸透鏡21外，在第二鐵氧體磁芯16的環(huán)形槽 中纏有副邊線圈17，第二鐵氧體磁芯16、副邊線圈17、第二發(fā)光管23和第二 凸透鏡21的中心線與第二殼體20軸線重合，第二多芯耐壓防水導(dǎo)線24穿越第 二端蓋22與電能接收及信號(hào)處理電路板26相連；副邊線圈17與電能接收及信 號(hào)處理電路板26相連。
本發(fā)明中的第一、第二透光窗口可采用耐高壓的光學(xué)玻璃制成，透光且不 導(dǎo)電、不導(dǎo)磁。圖例中，第一透光窗13通過(guò)第一擋圈11固定在第一殼體5上， 第二透光窗15通過(guò)第二擋圈14固定在第二殼體20上。這樣，第一、第二擋圈 既有將透光窗口固定在殼體上的作用，也起到防止第一透光窗口和第二透光窗 口發(fā)生直接碰撞的作用。
權(quán)利要求
1.水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，其特征是包括插座和插頭；插座包括由第一殼體(5)和安裝在第一殼體(5)兩端的第一端蓋(3)和第一透光窗口(13)構(gòu)成的第一密封腔，第一密封腔內(nèi)設(shè)置有第一支架(10)，在第一支架(10)的朝向端蓋一側(cè)固定有電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板(2)，第一支架(10)的朝向第一透光窗口(13)一側(cè)固定有第一感光元件(4)、第一凸透鏡(8)和具有環(huán)形槽的第一鐵氧體磁芯(9)，第一凸透鏡(8)位于第一感光元件(4)和第一透光窗口(13)之間，第一凸透鏡(8)具有中心孔，中心孔中固定有第一發(fā)光管(6)，第一發(fā)光管(6)的發(fā)光端朝向第一透光窗口(13)，第一感光元件(4)與第一凸透鏡(8)的焦點(diǎn)重合，第一鐵氧體磁芯(9)置于第一凸透鏡(8)外，在第一鐵氧體磁芯(9)的環(huán)形槽中纏有原邊線圈(12)，第一鐵氧體磁芯(9)、原邊線圈(12)、第一發(fā)光管(6)和第一凸透鏡(8)的中心線與第一殼體(5)軸線重合，第一多芯耐壓防水導(dǎo)線(1)穿越第一端蓋(3)與電能發(fā)送與信號(hào)處理電路(2)相連，原邊線圈(12)與電能發(fā)送及信號(hào)處理電路板(2)相連；插頭包括由第二殼體(20)和安裝在第二殼體(20)兩端的第二端蓋(22)和第二透光窗口(15)構(gòu)成的第二密封腔，第二密封腔內(nèi)設(shè)置有第二支架(19)，在第二支架(19)的朝向端蓋一側(cè)固定有電能接收及信號(hào)處理電路板(26)，第二支架(19)的朝向第二透光窗口(15)一側(cè)固定有第二感光元件(25)、第二凸透鏡(21)和具有環(huán)形槽的第二鐵氧體磁芯(16)，第二凸透鏡(21)位于第二感光元件(25)和第二透光窗口(15)之間，第二凸透鏡(21)具有中心孔，中心孔中固定有第二發(fā)光管(23)，第二發(fā)光管(23)的發(fā)光端朝向第二透光窗口(15)，第二感光元件(25)與第二凸透鏡(21)的焦點(diǎn)重合，第二鐵氧體磁芯(16)置于第二凸透鏡(21)外，在第二鐵氧體磁芯(16)的環(huán)形槽中纏有副邊線圈(17)，第二鐵氧體磁芯(16)、副邊線圈(17)、第二發(fā)光管(23)和第二凸透鏡(21)的中心線與第二殼體(20)軸線重合，第二多芯耐壓防水導(dǎo)線(24)穿越第二端蓋(22)與電能接收及信號(hào)處理電路板(26)相連，副邊線圈(17)與電能接收及信號(hào)處理電路板(26)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，其特征 是第一發(fā)光管(6)和第二發(fā)光管(23)是LED或者激光管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，其特征 是第一感光元件(4)和第二感光元件(25)是光電池或者光敏二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水下環(huán)境電能與信號(hào)傳輸非接觸式連接裝置，其包括插座和插頭，通過(guò)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)從插座到插頭間的單向電能傳輸；通過(guò)光通訊原理實(shí)現(xiàn)插座和插頭間的雙向信號(hào)傳遞。本發(fā)明與傳統(tǒng)的電能與信號(hào)傳輸連接裝置相比，不需要插座和插頭間的直接接觸，插座和插頭可以實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立的完全封裝，將內(nèi)部器件與周圍環(huán)境隔開，大大簡(jiǎn)化了密封，可有效防止漏水、漏電事故，為水下機(jī)電設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好條件，另外，也避免了水下濕插拔接插件必須使用水下機(jī)器人插拔操作而導(dǎo)致的高額費(fèi)用。
文檔編號(hào)H02M3/22GK101667777SQ20091015353
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者李德駿, 李澤松, 楊燦軍, 麟 林, 鷹 陳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)