CN105739379B - 一种无引线外挂式水下传感器中继单元 - Google Patents

一种无引线外挂式水下传感器中继单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水下传感器技术领域，一种无引线外挂式水下传感器中继单元，主要包括分别安装在潜水器壳体的内壁与外壁上的主站模块及从站模块，所述主站模块，包括安装在主站模块壳体内壁上的主站超声波收发器、电能发射器、接线端子及主站模块主板，所述从站模块，包括采用密封胶固定在从站模块壳体内壁上的从站超声波收发器、电能接收器、从站模块主板及水下传感器，主站模块通过电能发射器向从站模块供电，从站模块接收电能并为水下传感器供电。主站模块通过超声波与从站模块通信，向从站模块发送控制命令，并接收从站模块发送的传感器数据。本发明不仅可以实现外挂式水下传感器的无开孔数据通信与供电，而且解决了外挂式水下传感器的长期供电和数据有效高速传输的问题，增强了潜水器的密封性和安全性。

Description

一种无引线外挂式水下传感器中继单元
技术领域
本发明涉及一种无引线外挂式水下传感器中继单元，属于水下传感器技术领域。
背景技术
我国现已进入海洋科技的高速发展阶段，深海潜水器的应用日渐增多，包括载人潜水器HOV(Human Occupied Vehicle)和无人水下潜水器UUV(Unmanned UnderwaterVehicle)。随着海洋探测深度的增加，HOV、UUV外壳耐压的问题对潜水器舱内外设备的连接方式提出了更高要求。传统的有线连接方式，需要在潜水器壳体上开孔，用引线连接潜水器舱内外设备，导致壳体耐压能力下降。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种无引线外挂式水下传感器中继单元。该水下传感器中继单元，无需要在潜水器壳体上开孔，以无引线方式实现舱外水下传感器与舱内测控系统的高速数据通信与供电，HOV、UUV外壳密封防护的设计将得以简化，壳体的耐压及系统的安全性将得以提升。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种无引线外挂式水下传感器中继单元，主要包括分别安装在潜水器壳体的内壁与外壁上的主站模块及从站模块，所述主站模块，包括安装在主站模块壳体内壁上的主站超声波收发器、电能发射器、接线端子及主站模块主板，所述主站超声波收发器及电能发射器通过导线分别与主站模块主板相连接，所述主站模块主板分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与接线端子相连接，所述接线端子分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与舱内测控系统相连接，所述主站模块壳体通过螺栓固定在潜水器外壳的内壁上；所述从站模块，包括采用密封胶固定在从站模块壳体内壁上的从站超声波收发器、电能接收器、从站模块主板及水下传感器，所述水下传感器，包括位于从站模块壳体内部的水下传感器变送装置及位于从站模块壳体外部的水下传感器敏感元件，所述水下传感器变送装置分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与从站模块主板相连接，所述从站模块主板通过导线分别与从站超声波收发器及电能接收器相连接，所述从站模块壳体通过螺栓固定在潜水器壳体外壁上。
所述主站超声波收发器，包括主站压电陶瓷片和主站耦合剂，所述主站压电陶瓷片通过主站耦合剂与潜水器壳体的内壁粘贴连接。
所述电能发射器包括主站铁芯和主站线圈，所述主站线圈紧贴潜水器壳体的内壁，并与主站模块主板中的谐振控制电路相连接。
所述主站模块主板，包括主站超声波通信电路、主站RS-485通信电路、主站电源管理电路、谐振控制电路和主站单片机，所述主站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述谐振控制电路，包括控制电路和与其通过导线相连接的驱动电路，所述主站电源管理电路，包括稳压电路及与其通过导线相连接的滤波电路，所述主站超声波通信电路、主站单片机及主站RS-485通信电路通过导线依次相连接，所述主站电源管理电路通过导线分别与主站超声波通信电路、主站单片机、主站RS-485通信电路及谐振控制电路相连接，所述谐振控制电路通过导线与主站单片机相连接。
所述从站模块主板，包括从站超声波通信电路、从站RS-485通信电路、从站电源管理电路和从站单片机，所述从站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述从站电源管理电路，包括通过导线依次相连接的整流电路、滤波电路、稳压电路和储能电容，所述从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路通过导线依次相连接，所述从站电源管理电路通过导线分别与从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路相连接。
所述从站超声波收发器，包括从站压电陶瓷片和从站耦合剂，所述从站压电陶瓷片通过从站耦合剂与潜水器壳体的外壁粘贴连接。
所述电能接收器，包括从站铁芯和从站线圈，所述从站线圈紧贴潜水器壳体的外壁，并与从站模块主板中的从站电源管理电路相连接。
本发明有益效果是：一种无引线外挂式水下传感器中继单元，主要包括分别安装在潜水器壳体的内壁与外壁上的主站模块及从站模块，所述主站模块，包括安装在主站模块壳体内壁上的主站超声波收发器、电能发射器、接线端子及主站模块主板，所述主站超声波收发器及电能发射器通过导线分别与主站模块主板相连接，所述主站模块主板分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与接线端子相连接，所述接线端子分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与舱内测控系统相连接，所述主站模块壳体通过螺栓固定在潜水器外壳的内壁上；所述从站模块，包括采用密封胶固定在从站模块壳体内壁上的从站超声波收发器、电能接收器、从站模块主板及水下传感器，所述水下传感器，包括位于从站模块壳体内部的水下传感器变送装置及位于从站模块壳体外部的水下传感器敏感元件，所述水下传感器变送装置分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与从站模块主板相连接，所述从站模块主板通过导线分别与从站超声波收发器及电能接收器相连接，所述从站模块壳体通过螺栓固定在潜水器外壳的外壁上。与已有技术相比，本发明不仅可以实现外挂式水下传感器的无开孔数据通信与供电，而且解决了外挂式水下传感器的长期供电和数据有效高速传输的问题，增强了潜水器的密封性和安全性。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中的主、从站超声波收发器结构示意图。
图3是本发明中的电能发射器和电能接收器结构示意图。
图4是本发明中的主站模块主板组成框图。
图5是本发明中的从站模块主板组成框图。
图中：1、水下传感器，2、水下传感器敏感元件，3、水下传感器变送装置，4、从站模块壳体，5、从站模块主板，6、密封胶，7、电能接收器，7a、从站铁芯，7b、从站线圈，8、从站超声波收发器，8a、从站压电陶瓷片，8b、从站耦合剂，9、螺栓，10、潜水器壳体外壁，11、电能发射器，11a、主站铁芯，11b、主站线圈，12、潜水器壳体内壁，13、主站超声波收发器，13a、主站压电陶瓷片，13b、主站耦合剂，14、主站模块壳体，15、主站模块主板，16、接线端子，17、舱内测控系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种无引线外挂式水下传感器中继单元，主要包括分别安装在潜水器壳体内壁12与潜水器壳体外壁10上的主站模块及从站模块，所述主站模块，包括安装在主站模块壳体14内壁上的主站超声波收发器13、电能发射器11、接线端子16及主站模块主板15，所述主站超声波收发器13及电能发射器11通过导线分别与主站模块主板15相连接，所述主站模块主板15分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与接线端子16相连接，所述接线端子16分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与舱内测控系统17相连接，所述主站模块壳体14通过螺栓9固定在潜水器壳体内壁12上；所述从站模块，包括采用密封胶6固定在从站模块壳体4内壁上的从站超声波收发器8、电能接收器7、从站模块主板5及水下传感器1，所述水下传感器1，包括位于从站模块壳体4内部的水下传感器变送装置3及位于从站模块壳体4外部的水下传感器敏感元件2，所述水下传感器变送装置3分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与从站模块主板5相连接，所述从站模块主板5通过导线分别与从站超声波收发器8及电能接收器7相连接，所述从站模块壳体4通过螺栓9固定在潜水器壳体外壁10上。
如图2所示，所述主站超声波收发器13，包括主站压电陶瓷片13a和主站耦合剂13b，所述主站压电陶瓷片13a通过主站耦合剂13b与潜水器壳体内壁12粘贴连接。所述从站超声波收发器8，包括从站压电陶瓷片8a和从站耦合剂8b，所述从站压电陶瓷片8a通过从站耦合剂8b与潜水器壳体外壁10粘贴连接。
如图3所示，所述电能发射器11包括主站铁芯11a和主站线圈11b，所述主站线圈11b紧贴潜水器壳体内壁12，并与主站模块主板15中的谐振控制电路相连接。所述电能接收器7，包括从站铁芯7a和从站线圈7b，所述从站线圈7b紧贴潜水器壳体外壁10，并与从站模块主板5中的从站电源管理电路相连接。
如图4所示，所述主站模块主板15，包括主站超声波通信电路、主站RS-485通信电路、主站电源管理电路、谐振控制电路和主站单片机，所述主站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述谐振控制电路，包括控制电路和与其通过导线相连接的驱动电路，所述主站电源管理电路，包括稳压电路及与其通过导线相连接的滤波电路，所述主站超声波通信电路、主站单片机及主站RS-485通信电路通过导线依次相连接，所述主站电源管理电路通过导线分别与主站超声波通信电路、主站单片机、主站RS-485通信电路及谐振控制电路相连接，所述谐振控制电路通过导线与主站单片机相连接。
如图5所示，所述从站模块主板5，包括从站超声波通信电路、从站RS-485通信电路、从站电源管理电路和从站单片机，所述从站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述从站电源管理电路，包括通过导线依次相连接的整流电路、滤波电路、稳压电路和储能电容，所述从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路通过导线依次相连接，所述从站电源管理电路通过导线分别与从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路相连接。
具体工作过程如下：舱内测控系统17由一条电源线和一条地线经过接线端子16连接到主站模块主板15中的主站电源管理电路上，经过主站电源管理电路中的滤波电路和稳压电路后，向主站单片机、主站RS-485通信电路、主站超声波通信电路和谐振控制电路供电。主站单片机通过谐振控制电路中的控制电路产生PWM波，再通过谐振控制电路中的驱动电路使电能发射器上产生交变电流，由电流产生的磁场耦合到从站模块的电能接收器中，完成电能传输。从站模块中的电能接收器7耦合的电压，经过从站电源管理电路向从站模块主板5供电。从站单片机根据指令需求，通过从站电源管理电路控制产生水下传感器1使用的电压。舱内测控系统17由两条RS-485通信线经过接线端子16连接到主站模块主板15中的主站RS-485通信电路上，并向主站模块下达指令。主站单片机通过主站RS-485通信电路接收并分析来自舱内测控系统17发送的指令，并将指令进行编码和调制后，通过主站超声波通信电路中的驱动电路，将指令发送到主站超声波收发器13上。通过潜水器外壳介质耦合，从站超声波收发器8将会接收到相应的信号。从站超声波收发器8接收到的信号经过从站超声波通信电路中的信号处理电路传送给从站单片机，由从站单片机进行解调和解码，并分析出指令内容，从站单片机将根据指令内容执行相应的任务。水下传感器1通过RS-485通信线向从站模块主板5中的从站RS-485电路发送信号，从站单片机将接受到的数据编码和调制后，通过从站超声波通信电路中的发送驱动电路，将信号发送到从站超声波收发器8上，主站超声波收发器13将会接收到相应的信号。由主站单片机将接收到的信号进行解调和解码，再通过RS-485通信线发送给舱内测控系统17，最后由舱内测控系统17完成其他任务。
本发明优点在于：一种无引线外挂式水下传感器中继单元，不仅可以实现外挂式水下传感器的无开孔数据通信与供电，而且解决了外挂式水下传感器的长期供电和数据有效高速传输的问题，增强了潜水器的密封性和安全性。

Claims (1)

1.一种无引线外挂式水下传感器中继单元，主要包括分别安装在潜水器壳体的内壁与外壁上的主站模块及从站模块，所述主站模块，包括安装在主站模块壳体内壁上的主站超声波收发器、电能发射器、接线端子及主站模块主板，所述主站超声波收发器及电能发射器通过导线分别与主站模块主板相连接，所述主站模块主板分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与接线端子相连接，所述接线端子分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与舱内测控系统相连接，所述主站模块壳体通过螺栓固定在潜水器外壳的内壁上；所述从站模块，包括采用密封胶固定在从站模块壳体内壁上的从站超声波收发器、电能接收器、从站模块主板及水下传感器，所述水下传感器，包括位于从站模块壳体内部的水下传感器变送装置及位于从站模块壳体外部的水下传感器敏感元件，所述水下传感器变送装置分别通过一条接地线、一条电源线及两条RS-485通信线与从站模块主板相连接，所述从站模块主板通过导线分别与从站超声波收发器及电能接收器相连接，所述从站模块壳体通过螺栓固定在潜水器壳体外壁上；所述主站超声波收发器，包括主站压电陶瓷片和主站耦合剂，所述主站压电陶瓷片通过主站耦合剂与潜水器壳体的内壁粘贴连接，所述电能发射器包括主站铁芯和主站线圈，所述主站线圈紧贴潜水器壳体的内壁，并与主站模块主板中的谐振控制电路相连接；所述从站超声波收发器，包括从站压电陶瓷片和从站耦合剂，所述从站压电陶瓷片通过从站耦合剂与潜水器壳体的外壁粘贴连接，所述电能接收器，包括从站铁芯和从站线圈，所述从站线圈紧贴潜水器壳体的外壁，并与从站模块主板中的从站电源管理电路相连接，其特征在于：所述主站模块主板，包括主站超声波通信电路、主站RS-485通信电路、主站电源管理电路、谐振控制电路和主站单片机，所述主站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述谐振控制电路，包括控制电路和与其通过导线相连接的驱动电路，所述主站电源管理电路，包括稳压电路及与其通过导线相连接的滤波电路，所述主站超声波通信电路、主站单片机及主站RS-485通信电路通过导线依次相连接，所述主站电源管理电路通过导线分别与主站超声波通信电路、主站单片机、主站RS-485通信电路及谐振控制电路相连接，所述谐振控制电路通过导线与主站单片机相连接；所述从站模块主板，包括从站超声波通信电路、从站RS-485通信电路、从站电源管理电路和从站单片机，所述从站超声波通信电路，包括发送驱动电路和信号处理电路，所述从站电源管理电路，包括通过导线依次相连接的整流电路、滤波电路、稳压电路和储能电容，所述从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路通过导线依次相连接，所述从站电源管理电路通过导线分别与从站RS-485通信电路、从站单片机及从站超声波通信电路相连接。
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