CN105698101A - 一种用于水下机器人的自容式示位灯标及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水下机器人的自容式示位灯标，壳体的上端面依次螺纹连接有灯座、灯罩，壳体内部由上而下依次设有驱动电路板、第一夹板、第一固定板、蓄电池组、第二固定板、第二夹板、压力开关，壳体下端固定连接有底座；其控制方法为利用压力开关根据潜水器所处位置相对于水平面的深度对电池供电进行开通和关断操作。本发明可以在潜水器浮到水面后自动开通电路输出频闪示位信号，有效的降低了示位功能所消耗的能源；可在不同潜水器的工作深度下正常工作，同时也可以在水面其他设备上作为警示灯使用；同时本发明为自容式示位灯标，所携带蓄电电池组作为备用能源专为灯标供电，有效的保证了示位灯标的工作时间长度，而且便于更换及充电。

Description

一种用于水下机器人的自容式示位灯标及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于水下机器人的自容式示位装置，具体地说是一种利用专为水中工作环境设计的组成部件，构成密封性能良好的密闭壳体，与内部电路及灯光信号传播距离远、穿透能力强的LED发光二极管,同时内部集成专为自身供电的电池组所构成水下机器人器示位灯标及其控制方法。

背景技术

鉴于自主水下机器人航行任务结束后上浮水面,便于搜索与查找,一般都要进行示位指示，因增加示位频闪灯自主水下机器人相应增加控制电路和连接线路,增加了自主水下机器人的复杂性，所以对一个外置的、自容式的频闪灯示位装置更适合自主水下机器人应用，不会对自主水下机器人有限的能量储备造成了不必要的消耗；安装位置不受潜水器结构布置的限制，外挂或高高架起都可，同时示位效果良好，示位距离及穿透能力较好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低功耗、耐压强的潜水器示位灯标及其控制方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于深海潜水器的示位灯标，壳体的上端面依次螺纹连接有灯座、灯罩，壳体内部由上而下依次设有驱动电路板、第一夹板、第一固定板、蓄电池组、第二固定板、第二夹板、压力开关，壳体下端固定连接有底座。

所述灯座中心设有凸出的半球状电路板，其表面固定有多个均匀分布的LED发光二极管。

所述壳体为下端敞开式的中空结构，上端面设有孔，驱动电路板的输出端通过该孔与LED发光二极管连接。

所述第一固定板和第二固定板均为一面带有多个圆形凹槽的塑料板，用于固定蓄电池组的多个圆柱蓄电池；第一固定板和第二固定板带有凹槽的一面相对设置。

所述第一夹板上螺栓连接有驱动电路板，并插置多个长螺杆；所述长螺杆分布于圆柱蓄电池的间隙中，长螺杆的两端分别与第一夹板、第二夹板螺栓连接。

所述压力开关倒置于第二夹板与底座之间，其上盖上的孔与底座的孔对应且孔径相同。

所述压力开关包括壳体、胶垫、簧片、推杆、微动开关、下盖和上盖，壳体为下端敞开式的中空结构，壳体顶面通过覆盖的胶垫与两端开口的中空结构上盖密封连接；所述上盖中心设有圆孔使海水与胶垫接触；壳体顶面与胶垫之间还设有簧片，壳体内设置的微动开关的推杆通过壳体顶面的孔抵接于簧片内侧；所述壳体下端与下盖连接，微动开关的一对常闭触点通过导线穿过下盖设置的孔分别与蓄电池组正极、驱动电路板正极输入端连接。

所述蓄电池组的供电输入端与充电插头连接，所述蓄电池组包括多个串联和/或并联的蓄电池。

所述底座上插置用于给蓄电池充电的充电插头，还设有用于渗入海水的孔，该孔径与压力开关上盖的内径相同。

一种用于深海潜水器的示位灯标的控制方法，包括以下步骤：

当潜水器进入到水中之后，压力开关的胶垫在外部水压的作用下会产生形变，对簧片产生压力；蓄电池组通过驱动电路板对LED发光二极管供电使其发光；

当潜水器进入水中超过一定深度时，压力开关的胶垫在水压的作用下使簧片发生形变，推动推杆移动，使微动开关的一对常闭触点断开，蓄电池组的输出断路，LED发光二极管不发光。

本发明具有以下有益效果及优点：

1、本发明适用性强、应用领域广泛，在结构设计上，使其所有组成部件构成一个密闭性能良好的密封腔体，电路及供电电池均置于密封腔体内，此项发明不仅使示位灯作为一个独立的功能部件，更在很大程度上增强了其密封耐压性能，可在各种潜水器上使用，其结构示意如图1所示，同时也可以在水面其他设备上作为警示灯使用。

2、示位灯光线穿透能力强，传播距离远，有利于潜水器的搜寻；本发明所采用的LED发光二极管工作时发出的为橙红色漫散射光线，可视的发光角度为120°，如图2所示，通过二极管个体的安装位置组合，可使示位的有效视角范围达到半球形状。本发明发光强度可达10万mcd，光线波长的峰值为640nm，典型值为625nm，范围为600～670nm，其穿透能力强，加上其发光为一定频率的闪烁光线，因此可以在更远距离及更大视角范围内起到醒目的示位效果，十分便于潜水器上浮后的搜寻工作。

3、内部电路设计简单、体积小、功耗低、实用寿命长；本发明的内部电路设计简单，其结构示意图如图3所示，其直径尺寸仅为40mm，正面器件高度仅为4.5mm，反面器件高度仅为5mm，发光器件为采用最先进技术生产的LED发光二极管，具有功耗低、可靠性强、实用寿命长灯特点；电路供电电池组的通断由压力开关根据潜水器所处水中深度进行操作，这样在水下工作过程中，示位灯工作，水面下3米以内才开始工作，这样极大的降低了功耗，其工作原理流程图如图4所示。

4、本发明可以在潜水器浮到水面后自动开通电路输出频闪示位信号，有效的降低了示位功能所消耗的能源；可在不同潜水器的工作深度下正常工作，因此完全可以在浅水、深水潜水器上应用，同时也可以在水面其他设备上作为警示灯使用。

5、本发明为自容式示位灯标，所携带蓄电电池组作为备用能源专为灯标供电，有效的保证了示位灯标的工作时间长度，而且便于更换及充电。

附图说明

图1为深海潜水器示位灯标整体结构示意图；

图2为示位灯光线的可视区域示意图；

图3为驱动电路板外形结构图；

图4为示位灯标工作原理示意图；

图5为压力开关结构示意图；

其中，1灯罩、2螺母、3灯座、4LED发光二极管、5壳体、6LED驱动电路板、7蓄电池组、8压力开关、9充电插头、10底座、11长螺杆、12夹板、13固定板、14密封圈、15上盖、16下盖、17微动开关外接导线、18胶垫、19簧片、20推杆、21微动开关、22壳体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明涉及一种深海潜水器示位灯标，该发明由内部频闪灯驱动电路、供电电池组、电池组壳体、压力开关、灯罩紧固螺母、LED发光二极管串联组、灯罩、灯座、固定螺丝等组成。灯罩、灯罩紧固螺母、供电电池壳体共同组成示位灯的密封壳体，可承受几千米海水压力。内部电路板通过螺钉固定在灯座上。本发明结构简单、能源独立、功耗低、灯光信号传播距离远、穿透能力强、可在几千米深度海洋环境中工作，且可根据潜水器在水面或水下两种状态进行示位灯标供电电源的开通和闭断操作。

一种用于深海潜水器的示位灯标，由灯罩1、灯罩紧固螺母2、灯座3、由LED发光二极管4组成的信号灯、电池组壳体5、LED驱动电路板6、蓄电池组7、电池组压力开关8、电池充电插头9及密封圈、电池壳体底座10、电池组固定长螺杆11、电池组夹板12、电池位置固定板13、密封圈14及固定螺钉等构成；灯罩、灯罩紧固螺母、电池组壳体、压力开关和充电口构成一个密闭腔体，使内部器件与外部环境隔离。

LED发光二极管组的驱动电路由脉冲震荡电路、驱动放大电路组成，该电路由蓄电池组进行供电，并且由压力开关根据潜水器所处位置海水压力控制供电开关的开通和关断，进而可在工作时可输出一定频率的闪烁光信号。安装在灯标内部的电池作为内部电路的供电电源，并且压力开关可以根据潜水器所处位置相对于水平面的深度对电池供电进行开通和关断操作，这样可以在潜水器浮到水面后开通电路输出频闪示位信号，有效的降低了示位功能所消耗的功耗；电池充电接口安装有密封盖，从而保证该装置的封闭性能。

整个灯标所有部件都集中安装在密封壳体内，形成一个独立的功能模块，有利于维护，且密封效果更加理想，可以承受几千米海底环境中的海水压力；独立供电可以使示位灯标的有效工作脱离潜水器，从而减少潜水器的能量负担，还可以延长灯标的工作时间；其频闪示位信号由LED发光二极管产生，功耗低，示位距离远，辨别能力强。

深海潜水器示位灯标为解决耐压能力强、可胜任深海工作的要求，利用透明灯罩、灯罩紧固件、密封圈灯座及蓄电池组共同组成密闭性能良好的密封壳体，将灯标供电的蓄电池组、LED发光二极管及其驱动电路、压力开关密封到壳体内，且各组部件之间采用高性能密封橡胶圈进行密封，可以承受海底几千米环境下的压力，保证灯标在深海潜水器上可以正常工作；LED发光二极管供电线路由压力开关根据潜水器所处相对海平面的位置控制开通和关断，这样只有在潜水器浮出水面以后，灯标才开始工作，大大节省了潜水器所带的有限的能量；供电电源有封装在压力开关中，加强密闭性能的同时，使灯标成为一个独立功能部件，更有利于设备的维护。

深海示位灯标内部LED驱动电路主要包括顺序连接的脉冲震荡电路及驱动放大电路，蓄电电池通过压力开关与脉冲震荡电路的输入端连接，同时安装在电池组壳体内的还有压力开关，可根据潜水器在水面和海底两种状态，对电源进行开通和关断操作。当灯标工作时，电池给内部电路供电，脉冲震荡电路产生脉冲信号，经过放大电路放大后作用于LED发光二极管，即可输出特定频率的频闪灯示位信号。

如图1所示，本发明为深海潜水器所设计，主要由外部有透明灯罩1、灯罩紧固件(螺母)2、内部安装有压力开关的电池组壳体5、电池壳体底座10、密封圈14及内部的LED发光二极管4串联组、驱动电路板6组成。其中灯罩1与灯罩紧固螺母2、灯罩紧固螺母2与灯座3彼此之间安装有密封圈14，通过灯罩紧固螺母2利用螺纹与电池组壳体5相连；蓄电池组利用长螺杆11将单个圆柱蓄电池7固定成一体，电池位置固定板13为带有凹槽的塑料板，用来固定单个圆柱蓄电池的相对位置，电池夹板13带有螺纹，用来配合长螺杆11将单个圆柱蓄电池7及电池位置固定板紧固在一起，驱动电路板6利用螺杆固定在蓄电池组上，电池组依靠压力开关8固定在电池组壳体5内，且电池组壳体5与压力开关8接触面加有密封圈；电池组充电插头9与压力开关8为一体结构，其插头处在潜水器工作中利用密封橡胶块进行密封。外部器件形成一个良好的密封腔体，为示位灯在深海中可以正常工作提供保障。

如图2所示，为提升示位灯的示位功能，本发明LED灯采用橙红漫散射发光二极管，这种光线穿透能力强，便于目标的搜索，同时灯罩设计成半球形，每个发光二极管光线的可视角度达到120°，本发明采用的发光二极管串联组由五个发光二极管组成，发光二极管外形为矩形，安装方式为中心一个发光二极管水平放置，其余四个发光二极管分别放置在其四边，且每个发光二极管与水平面的夹角为60°，通过发光二极管串联组中二极管布局的改善，可使光线形成更大的可视范围，由于受到灯罩半球的影响，因此示位灯的光线范围为半球形，同时由于光线是按一定频率进行闪烁的光信号，进一步提升了示位性能。

图3为内部LED驱动电路外形尺寸图，该电路结构简单，体积小，通过安装孔由紧固螺钉固定在示位灯内部。

图4为内部LED驱动电路工作原理示意图，示位灯供电由蓄电池组完成，同时由压力开关根据潜水器在水中的深度来进行对开通或关断操作，这样当潜水器下潜到水中一定深度时，电路断电，较少了功耗，可使示位灯有效工作时间更长。脉冲震荡电路产生震荡脉冲信号，之后通过放大电路作用于LED发光二极管串联组，从而输出频闪光信号。

图5所示为压力开关结构示意图，图中22为压力开关外壳壳体，压力开关中的胶垫18直接与外部气体或水相连，底部直接与簧片19连接，当潜水器进入到水中之后，胶垫18在外部水体的压力下会产生形变，对簧片19产生压力。当水深超过一定深度(这个深度值与簧片的对应关系通过计算得到，不同应用环境设定值不一样)施加在簧片18上的压力变可使其发生形变，当潜水器达到该深度时，胶垫18上产生的压力使簧片19发生形变，推动推杆20移动，触动微动开关21触点，微动开关发生动作，其控制的对象为蓄电池组对示位灯标的供电，使簧片19产生形变的水深，需要根据项目的实际需要进行设计，本发明中所使用的簧片特征为：当潜水器进入水中(该应用设定值为3米)超过3米后，蓄电池组供电开关关闭；当潜水器上浮过程中，潜水器离水面距离达到3米之内时，蓄电池组供电开关接通。

本发明的示位灯标的组装过程如下：

本发明在实际应用中，将图5所示的压力开关，倒置安装在图1中8靠左的位置，上盖15与电池壳体底座10的内断面接触，两接触面间通过密封圈密封，两端面的孔径相同且安装时要相对齐，下盖16与夹板12的下断面接触，通过拧紧电池底座10，将蓄电池组7与压力开关8固定在电池壳体5内，微动开关外接导线一端连接电池组正极，另一端连接驱动电路板供电信号正极的输入端口；图1中压力开关右侧空隙用来通过充电插头9的内置导线，两根导线分别连接蓄电池组7的正、负极，用来为蓄电池组7充电；当潜水器进入水中开始工作后，海水会通过电池壳体底座10及压力开关上盖15上的孔与胶垫18接触，这样胶垫18表面的压力与潜水器所处的水深成正比，从而达到根据潜水器在水下、水面两种状态，对频闪灯的供电进行关断和开通操作。

本发明的示位灯标的控制方法具体包括以下步骤：

当潜水器进入到水中之后，压力开关8的胶垫18在外部水压的作用下会产生形变，对簧片19产生压力，此时压力并未到达簧片19变形的最大承受压力，因此微动开关的常闭触点保持连接，蓄电池组7通过驱动电路板6对LED发光二极管4保持供电使其发光；

当潜水器进入水中超过一定深度时，压力开关8的胶垫18在水压的作用下使簧片19到达变形的最大承受压力，簧片19发生形变，推动推杆20移动，使微动开关21的一对常闭触点断开，蓄电池组7的输出断路，LED发光二极管不发光。

另外，示位灯标还可以通过电池充电插头9给内部的蓄电池组7充电，因此在潜水器航行过程中不需外接电源，节省了潜水器的内部能源。

Claims (10)

1.一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：壳体(5)的上端面依次螺纹连接有灯座(3)、灯罩(1)，壳体(5)内部由上而下依次设有驱动电路板(6)、第一夹板(12)、第一固定板(13)、蓄电池组(7)、第二固定板(13)、第二夹板(12)、压力开关(8)，壳体(5)下端固定连接有底座(10)。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述灯座(3)中心设有凸出的半球状电路板，其表面固定有多个均匀分布的LED发光二极管(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述壳体(5)为下端敞开式的中空结构，上端面设有孔，驱动电路板(6)的输出端通过该孔与LED发光二极管(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述第一固定板(13)和第二固定板(13)均为一面带有多个圆形凹槽的塑料板，用于固定蓄电池组(7)的多个圆柱蓄电池；第一固定板(13)和第二固定板(13)带有凹槽的一面相对设置。

5.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述第一夹板(12)上螺栓连接有LED驱动电路板(6)，并插置多个长螺杆(11)；所述长螺杆(11)分布于圆柱蓄电池的间隙中，长螺杆(11)的两端分别与第一夹板(12)、第二夹板(12)螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述压力开关(8)倒置于第二夹板(12)与底座(10)之间，其上盖(15)上的孔与底座(10)的孔对应且孔径相同。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述压力开关(8)包括壳体(22)、胶垫(18)、簧片(19)、推杆(20)、微动开关(21)、下盖(16)和上盖(15)，壳体(22)为下端敞开式的中空结构，壳体(22)顶面通过覆盖的胶垫(18)与两端开口的中空结构上盖(15)密封连接；所述上盖(15)中心设有圆孔使海水与胶垫(18)接触；壳体(22)顶面与胶垫(18)之间还设有簧片(19)，壳体(22)内设置的微动开关(21)的推杆(20)通过壳体(22)顶面的孔抵接于簧片(19)内侧；所述壳体(22)下端与下盖(16)连接，微动开关(21)的一对常闭触点通过导线穿过下盖(16)设置的孔分别与蓄电池组(7)正极、LED驱动电路板(6)正极输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述蓄电池组(7)的供电输入端与充电插头(9)连接，所述蓄电池组(7)包括多个串联和/或并联的蓄电池。

9.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人的自容式示位灯标，其特征在于：所述底座(10)上插置用于给蓄电池(7)充电的充电插头(9)，还设有用于渗入海水的孔，该孔径与压力开关上盖(15)的内径相同。

10.一种用于水下机器人的自容式示位灯标的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

当潜水器进入到水中之后，压力开关(8)的胶垫(18)在外部水压的作用下会产生形变，对簧片(19)产生压力；蓄电池组(7)通过LED驱动电路板(6)对LED发光二极管(4)供电使其发光；

当潜水器进入水中超过一定深度时，压力开关(8)的胶垫(18)在水压的作用下使簧片(19)发生形变，推动推杆(20)移动，使微动开关(21)的一对常闭触点断开，蓄电池组(7)的输出断路，LED发光二极管(4)不发光。