CN105636390B - 海底观测设备集成适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海底观测设备集成适配器，适配器为耐压密封腔体，由前端盖、筒体和后端盖依次连接组成，前端盖上装有若干个输出水密连接器和输入水密连接器,筒体内布置有集成适配器主板、两个散热板和散热板支架，散热板支架包括前支撑块、后支撑块和四根连接杆，两个散热板两端分别通过弹簧支座和弹簧固定于前支撑块和后支撑块上；散热板上安装有集成适配器主板和若干个设备接口板，集成适配器主板分别与设备接口板和输入水密连接器进行双向通信。本发明有效降低了内部功能电路的工作环境温度，提高了使用寿命和运行稳定性。本发明通过弹簧压紧方式降低内部电路模块上的发热器件与耐压密封腔体外海水之间热阻，进一步降低内部环境温度，同时降低对筒体和支架配合工艺的要求，使得装配更为简便。

Description

海底观测设备集成适配器

技术领域

本发明属于海底观测技术领域，涉及一种海底观测设备集成适配器，尤其涉及一种用于海洋多参数自动化监测的海底观测设备集成适配器。

背景技术

近年来，深海大洋的国际竞争日趋激烈。为了探索深海大洋的运行机理，国内外投入巨资开发了各类海底观测设备，用于海洋物理、海洋化学、海洋生物和海洋地质等研究领域。在实际应用中，为了能融合分析多种科学数据，必须同时集成使用多种观测设备，实现同步监测多种海洋参数。这些观测设备普遍采用12V、24V或48V的低压直流供电，且科学数据通常同时以模拟量和数字量两种形式输出，即同时具备模拟接口和数字接口。其中，数字量是观测设备在其内部直接由模拟量转换而来。

传统集成方法为自容式，即集成设备通过内置蓄电池给各个观测设备供电，同时采集各个观测设备通过模拟接口输出的科学数据，而数字接口仅用于在船上或岸上通过计算机进行测试和配置，这是因为模拟量的采集比数字量的解析更为容易。现有技术的缺点有：集成设备与各个观测设备之间通过较长的水密缆连接，信号衰减和电气噪声导致模拟量的检测精度下降，甚至淹没那些较为微弱的模拟信号，从而严重影响科学数据的可靠性；只有通过观测设备的数据接口，才能主动监测电压、电流和温度等运行状态，控制采样方式、检测量程和采样频率等工作模式，而通过模拟接口只能被动获取预设参数下的科学数据，从而大大降低观测设备的环境适应性；由于集成设备无有效的散热装置，随着待集成的观测设备的种类和数量不断增加，所需提供的总功率随之增大，使得内部供电电路的发热量也随之增加，导致内部功能电路的工作环境温度升高，从而降低使用寿命和运行稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于海水多参数自动化监测的海底观测设备集成适配器，所述适配器可以提高科学数据的采集精度和观测设备的环境适应性，且有效控制集成设备的内部温度，实现灵活接入多种观测设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

海底观测设备集成适配器，所述适配器为耐压密封腔体，由前端盖3、筒体22和后端盖14依次连接组成，所述前端盖3上装有若干个输出水密连接器1和一个输入水密连接器23,所述筒体22内布置有集成适配器主板10、第一散热板9、第二散热板18和散热板支架，所述散热板支架包括前支撑块5、后支撑块12和四根连接杆7，四根连接杆7一端与前支撑块5连接，另一端和后支撑块12连接，前支撑块5通过前支撑块固定螺栓６固定于前端盖3上；后支撑块12通过后支撑块固定螺栓固定于后端盖14上；所述第一散热板9两端分别通过第二弹簧支座20和第二弹簧19固定于前支撑块5和后支撑块12的上端面上；所述第二散热板18两端分别通过第一弹簧支座13和第一弹簧17固定于前支撑块5和后支撑块12的下端面上；第一散热板9上安装有集成适配器主板10和若干个设备接口板8，第二散热板18上安装有若干个设备接口板8，每个设备接口板8分别与集成适配器主板10进行双向通信，集成适配器主板10和输入水密连接器23进行双向通信，每个设备接口板8分别连接相应的输出水密连接器1，每个输出水密连接器1通过水密缆连接海底观测设备；所述集成适配器主板10通过输入水密连接器23接收海岸基站发送的控制指令，所述设备接口板8通过输出水密连接器１采集相应的海底观测设备输出的模拟量和数字量，并将这些模拟量和数字量发送至集成适配器主板10，集成适配器主板10通过设备接口板8发送控制指令给相应的海底观测设备，并将模拟量和数字量通过海缆发送到岸基监控计算机。

本发明中，所述前端盖3和筒体22连接处装有两道第一O型橡胶圈4，所述后端盖14与筒体22连接处装有两道第二O型橡胶圈16。

本发明中，所述前支撑块5和后支撑块12相对的两个端面上均开有四个第一阶梯孔，四根连接杆7两端的外螺纹部分分别插入前支撑块5相应的第一阶梯孔和后支撑块12上相应的第一阶梯孔中，连接杆7两端的外螺纹部分通过螺母锁紧至前支撑块5和后支撑块12上。

本发明中，所述前支撑块5上还设有四个第二阶梯孔，前支撑块固定螺栓6穿过该四个第二阶梯孔使前支撑块5固定于前端盖3上。

本发明中，所述前支撑块5的上、下端面均设有两个用于安装第二弹簧支座20的螺纹孔，所述四个第二弹簧支座20的两端均为外螺纹，其一端旋紧在前支撑块5的上、下端面相应的螺纹孔中，四个第二弹簧19分别套在相应的第二弹簧支座20上；所述后支撑块12的上、下端面均分别有两个用于安装第一弹簧支座13的螺纹孔，所述四个第一弹簧支座13的两端均为外螺纹，其一端旋紧在后支撑块12的上、下端面相应的螺纹孔中，四个第一弹簧17分别套在相应的第一弹簧支座13上。

本发明中，所述第一散热板9和第二散热板18的两端分别开有两个第三阶梯孔，所述第三阶梯孔均为两端大、中间小的三段孔，当第一弹簧支座13和第一弹簧17插入第一散热板9或第二散热板18相应的第三阶梯孔时，所述第一弹簧支座13的螺纹依次穿过第三阶梯孔上的一个大孔和小孔，且不超出第三阶梯孔上另一端的大孔，螺母21插入第三阶梯孔另一端的大孔，通过螺母21调节第一弹簧17或第二弹簧19的初始压缩量；当第二弹簧支座20和第二弹簧19插入第一散热板9或第二散热板18相应的第三阶梯孔时，第二弹簧支座20的螺纹依次穿过第三阶梯孔上的一个大孔和小孔，且不超出第三阶梯孔上另一端的大孔，螺母21插入第三阶梯孔另一端的大孔，通过螺母21调节第一弹簧17或第二弹簧19的初始压缩量。

本发明中，所述集成适配器主板10通过螺栓11固定并贴紧至第一散热板9，所述设备接口板8通过螺栓11固定并贴紧至第一散热板9和第二散热板18上。

本发明中，设备接口板8和输出水密连接器1的数量相同。

本发明中，集成适配器主板10和设备接口板8上均有微控制器和通信模块，所述微控制器和通信模块采用市售产品。

本发明的基本原理是：

海底观测设备集成适配器通过海缆连接至海岸基站，并通过水密缆连接至海底观测设备；海岸基站通过海缆输送直流电能给海底观测设备集成适配器，并与海底观测设备集成适配器之间通过海缆双向收发数据；集成适配器主板把输送给海底观测设备集成适配器的直流电能分配到各个设备接口板，将海岸基站发送给海底观测设备的控制指令转发至相应的设备接口板，将设备接口板采集的海底观测设备的科学数据和状态数据打包后转发至海岸基站；设备接口板把集成适配器主板提供的直流电变换为相应的海底观测设备运行所需的低压直流电，并把海底观测设备输出的模拟量和数字量发送给集成适配器主板，同时把集成适配器主板转发的控制指令发送给相应的海底观测设备，从而实现在陆地远程监控各个海底观测设备的运行。

本发明的有益效果是：

海底观测设备集成适配器同时采集各个海底观测设备的数字接口和模拟接口的输出信号，从而提高了科学数据的可靠性，并可主动监测各个海底观测设备的运行状态和远程控制各个海底观测设备的工作模式，从而提高了观测设备的环境适应性。

有效降低了内部功能电路的工作环境温度，提高了使用寿命和运行稳定性。相对传统的端盖散热方式，具有更充分的散热面积和电路模块安装空间，有利于降低内部环境温度；相对传统的散热板和耐压密封腔体内壁贴紧的散热方式，通过弹簧压紧方式降低内部电路模块上的发热器件与耐压密封腔体外海水之间热阻，进一步降低内部环境温度，同时降低对筒体和支架配合工艺的要求，使得装配更为简便；相对传统的腔体内部充油散热方式，避免了油液升温时体积膨胀导致腔体内部压强增大对内部电路模块的影响，且避免了使用较大体积的油压补偿器，在降低内部环境温度的同时，使得机电集成结构更为紧凑。

附图说明

图1为海底观测设备集成适配器的爆炸示意图。

图2为海底观测设备集成适配器的原理图。

图3为前、后支撑块零件示意图。

图4为前、后支撑块上的弹簧支座零件示意图。

图5为前、后支撑块之间的连接杆示意图。

图6为散热板支架的连接示意图。

图7为散热板支架与前端盖的连接示意图。

图8为散热板零件示意图。

图9为散热板零件的正视图。

图10为散热板零件的剖面图。

图11为散热板在散热板支架上的安装示意图。

图12为筒体零件示意图。

图13为海底观测设备集成适配器整体装配透视图。

图14为海底观测设备集成适配器装配后的外形图。

图中标号：１输出水密连接器，２前端盖固定螺栓、3前端盖、４第一O型橡胶圈、5前支撑块、6前支撑块固定螺栓、７连接杆、8设备接口板、９第一散热板、10集成适配器主板、11螺栓、12后支撑块、13第一弹簧支座、14后端盖、15后端盖固定螺栓、16第二O型橡胶圈、17第一弹簧、18第二散热板、19第二弹簧、20第二弹簧支座、21螺母、22筒体、23输入水密连接器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1表示了海底观测设备集成适配器的总体结构。海底观测设备集成适配器为耐压密封腔体，耐压密封腔体包括安装有输入水密连接器23和若干输出水密连接器1的前端盖3、筒体22和后端盖14，前端盖3和后端盖14上分别装有两道O型橡胶圈4和两道O型橡胶圈16，输入水密连接器23用于连接内部功能模块与外部设备，内部功能模块包括集成适配器主板10和设备接口板8，外部设备包括岸基监控计算机和海底观测设备，耐压密封腔体内设置有第一散热板9、第二散热板18和散热板支架，散热板支架包括前支撑块5、后支撑块12和四根连接杆7，所述第一散热板9安装有集成适配器主板10和若干设备接口板8，第二散热板18安装有若干设备接口板8。

图2表示了海底观测设备集成适配器的原理。海岸基站通过海缆输送400V直流电给海底观测设备集成适配器，集成适配器主板10将输入的400V直流电分配给设备接口板8，设备接口板8将输入的400V直流电隔离变换为12V、24V或48V直流电，通过输入水密连接器23和水密缆输送至相应的海底观测设备；集成适配器主板10和设备接口板8上均有微控制器和通信模块，所述微控制器和通信模块采用市售产品，集成适配器主板10与海岸基站和设备接口板8之间均可双向通信，集成适配器主板10与海岸基站之间采用以太网通信，集成适配器主板10与设备接口板8之间采用控制器局域网总线通信，集成适配器主板10接收海岸基站通过海缆发送的控制指令，设备接口板8采集相应的海底观测设备输出的模拟量和数字量，并将这些科学数据发送至集成适配器主板10，集成适配器主板10通过设备接口板8发送控制指令给相应的海底观测设备，并将科学数据打包后通过海缆发送到岸基监控计算机，从而实现在陆地远程监控各个海底观测设备的运行。

图3-图13表示了海底观测设备集成适配器的装配过程。

前支撑块5的前端面和后支撑块12的后端面均有四个第一阶梯孔，四根连接杆7两端的外螺纹部分分别插入前支撑块5相应的第一阶梯孔和后支撑块12上相应的第一阶梯孔中，连接杆7两端的外螺纹部分用螺母锁紧至前支撑块5和后支撑块12上。

前支撑块5的后端面上还有四个第二阶梯孔，通过前支撑块固定螺栓6穿过这四个阶梯孔将前支撑块5固定至前端盖3上。

前支撑块5的上、下端面均分别有两个用于安装第二弹簧支座20的螺纹孔，四个第二弹簧支座20的两端均为外螺纹，其一端旋紧在前支撑块5的上、下端面相应的螺纹孔中，四个第二弹簧19套在相应的第二弹簧支座上；后支撑块12的上、下端面均分别有两个用于安装第一弹簧支座13的螺纹孔，四个第一弹簧支座13的两端均为外螺纹，其一端旋紧在后支撑块5的上下端面相应的螺纹孔中，四个第一弹簧17套在相应的第一弹簧支座13上；第一散热板9和第二散热板18的两端分别开有两个第三阶梯孔，第三阶梯孔均为两端大、中间小的三段孔，第一散热板9和第二散热板18放进第一弹簧支座13和第二弹簧支座20后，第一弹簧17和第二弹簧19处于相应的支撑块和散热板之间，第一弹簧支座13和第二弹簧支座20的另一端螺纹穿过小孔且不超出另一端大孔，通过螺母21调节第一弹簧17或第二弹簧19的初始压缩量。

集成适配器主板10通过螺栓11固定并贴紧至第一散热板9上，设备接口板8通过螺栓11固定并贴紧至第一散热板9和第二散热板18上，第一散热板9和第二散热板18通过散热板支架上的第一弹簧17或第二弹簧19压紧至筒体22的内壁上。

前端盖固定螺栓2和后端盖固定螺母15分别用于将前端盖3和后端盖14固定在筒体22上，组成可靠的耐压密封腔体。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.海底观测设备集成适配器，所述适配器为耐压密封腔体，由前端盖(3)、筒体(22)和后端盖(14)依次连接组成，其特征在于所述前端盖(3)上装有若干个输出水密连接器(1)和一个输入水密连接器(23),所述筒体(22)内布置有集成适配器主板(10)、第一散热板(9)、第二散热板(18)和散热板支架，所述散热板支架包括前支撑块(5)、后支撑块(12)和四根连接杆(7)，四根连接杆(7)一端与前支撑块(5)连接，另一端和后支撑块(12)连接，前支撑块(5)通过前支撑块固定螺栓(６)固定于前端盖(3)上；后支撑块(12)通过后支撑块固定螺栓固定于后端盖(14)上；所述第一散热板(9)两端分别通过第二弹簧支座(20)和第二弹簧(19)固定于前支撑块(5)和后支撑块(12)的上端面上；所述第二散热板(18)两端分别通过第一弹簧支座(13)和第一弹簧(17)固定于前支撑块(5)和后支撑块(12)的下端面上；第一散热板(9)上安装有集成适配器主板(10)和若干个设备接口板(8)，第二散热板(18)上安装有若干个设备接口板(8)，每个设备接口板(8)分别与集成适配器主板(10)进行双向通信，集成适配器主板(10)和输入水密连接器(23)进行双向通信，每个设备接口板(8)分别连接相应的输出水密连接器(1)，每个输出水密连接器(1)通过水密缆连接海底观测设备；所述集成适配器主板(10)通过输入水密连接器(23)接收海岸基站发送的控制指令，所述设备接口板(8)通过输出水密连接器(1)采集相应的海底观测设备输出的模拟量和数字量，并将这些模拟量和数字量发送至集成适配器主板(10)，集成适配器主板(10)通过设备接口板(8)发送控制指令给相应的海底观测设备，并将模拟量和数字量通过海缆发送到岸基监控计算机；所述前支撑块(5)的上、下端面均设有两个用于安装第二弹簧支座(20)的螺纹孔，所述四个第二弹簧支座(20)的两端均为外螺纹，其一端旋紧在前支撑块(5)的上、下端面相应的螺纹孔中，四个第二弹簧(19)分别套在相应的第二弹簧支座(20)上；所述后支撑块(12)的上、下端面均分别有两个用于安装第一弹簧支座(13)的螺纹孔，所述四个第一弹簧支座(13)的两端均为外螺纹；其一端旋紧在后支撑块(12)的上、下端面相应的螺纹孔中，四个第一弹簧(17)分别套在相应的第一弹簧支座(13)上。

2.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于所述前端盖(3)和筒体(22)连接处装有两道第一O型橡胶圈(4)，所述后端盖(14)与筒体(22)连接处装有两道第二O型橡胶圈(16)。

3.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于所述前支撑块(5)和后支撑块(12)相对的两个端面上均开有四个第一阶梯孔，四根连接杆(7)两端的外螺纹部分分别插入前支撑块(5)相应的第一阶梯孔和后支撑块(12)上相应的第一阶梯孔中，连接杆(7)两端的外螺纹部分通过螺母锁紧至前支撑块5和后支撑块(12)上。

4.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于所述前支撑块(5)上还设有四个第二阶梯孔，前支撑块固定螺栓(6)穿过该四个第二阶梯孔使前支撑块(5)固定于前端盖(3)上。

5.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于所述第一散热板(9)和第二散热板(18)的两端分别开有两个第三阶梯孔，所述第三阶梯孔均为两端大、中间小的三段孔，当第一弹簧支座(13)和第一弹簧(17)插入第一散热板(9)或第二散热板(18)相应的第三阶梯孔时，所述第一弹簧支座(13)的螺纹依次穿过第三阶梯孔上的一个大孔和小孔，且不超出第三阶梯孔上另一端的大孔，螺母(21)插入第三阶梯孔另一端的大孔，通过螺母(21)调节第一弹簧(17)或第二弹簧(19)的初始压缩量；当第二弹簧支座(20)和第二弹簧(19)插入第一散热板(9)或第二散热板(18)相应的第三阶梯孔时，第二弹簧支座(20)的螺纹依次穿过第三阶梯孔上的一个大孔和小孔，且不超出第三阶梯孔上另一端的大孔，螺母(21)插入第三阶梯孔另一端的大孔，通过螺母(21)调节第一弹簧(17)或第二弹簧(19)的初始压缩量。

6.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于所述集成适配器主板(10)通过螺栓(11)固定并贴紧至第一散热板(9)，所述设备接口板(8)通过螺栓(11)固定并贴紧至第一散热板(9)和第二散热板(18)上。

7.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于设备接口板(8)和输出水密连接器(1)的数量相同。

8.根据权利要求1所述的海底观测设备集成适配器，其特征在于集成适配器主板(10)和设备接口板(8)上均有微控制器和通信模块。