CN105825939A - 一种水下机器人用水密电缆及其制造方法 - Google Patents

一种水下机器人用水密电缆及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水下机器人用水密电缆，包括：导体，所述导体包覆在绕包带内，绕包带的外部包覆有耐水聚氨酯护套；所述导体的圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆、电源线和信号线；所述导体与绕包带之间的空隙处填充有胶状物质。本发明的制造方法，包括如下步骤：(ⅰ)拉制铜单丝；(ⅱ)铜单丝退火；(ⅲ)束绞软铜导体；(ⅳ)挤压绝缘层；(ⅴ)绞合屏蔽电缆；(ⅵ)成缆。本发明的导体沿圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆、电源线、信号线，导体外部包覆绕包带和护套，使电缆的整体密闭性能更好，耐压性强，并且其制造方法简单，节约了生产成本。解决了现有技术中，通信电缆的屏蔽性能和防水性能差，使用过程中，电缆容易损坏的问题。

Description

一种水下机器人用水密电缆及其制造方法
技术领域
本发明涉及电缆的技术领域，尤其是涉及一种应用于水下的水下机器人用水密电缆及其制造方法。
背景技术
随着世界各国对海洋资源开采力度的逐渐加大，水下机器人在石油开发、海事执法取证、科学研究和军事等领域得到了广泛的应用，随着水下机器人的使用率逐渐增高，进而使得与水下机器人相连接的通信电缆的使用率呈逐渐增高的趋势。水下机器人上一般都会配备一些声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置，用来探测海底的最新信息，并且及时将探测到的实时视频、声呐图像等通信信息利用通信电缆传输至海上的设备上，由于水下机器人的工作环境高度危险，有时候水下机器人需要到污染面积大的海底探测信号，并且海底的可见度很低，因此对通信电缆的信号传输稳定的要求比较高。
在现有技术中，使用水下机器人进行作业时，需要将通信电缆应用在水下机器人上，以使水下机器人准确获得海水底部的信息，并将所获得的最新信息通过通信电缆传输至海上的设备中，便于海上的工作人员对海底的最新数据信息进行统计，水下机器人所使用的通信电缆通常包括内部均匀排布的多根信号线，并且在所有信号线的外部依次包覆有屏蔽层、防水层和外防护层，所述的通讯电缆采用这样的连接结构比较简单，可以及时将水下的信息传递至海上的设备上。
但是，由于海底的水下环境比较复杂，水声所产生的噪声大，现有技术中所使用的通信电缆，其耐压性和防水性较差，一般很难适应水下的作业环境，致使所使用的通信电缆易发生断裂，从而导致通信电缆的内部渗水，进而影响信号的传输质量，更严重者，还会导致通信电缆的损坏，造成无法传输信号，给水下机器人的水下作业带来了极大的不便，从而严重的影响了水下机器人的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下机器人用水密电缆，以解决现有技术中存在的，由于普通的通信电缆耐压性和防水性较差，应用在水下机器人时，通信电缆的内部容易渗水，影响信号的传输质量，严重时还会出现电缆损坏的不足。
本发明提供的一种水下机器人用水密电缆，包括：导体，所述导体包覆在绕包带内，绕包带的外部包覆有耐水聚氨酯护套；
所述导体的圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆、电源线和信号线；
所述导体与绕包带之间的空隙处填充有胶状物质。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆、电源线、信号线沿着导体的圆周方向均匀分布。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆、电源线、信号线的数量比为1:2:1。
进一步地，所述导体、电源线、信号线的截面均为圆形，绕包带、耐水聚氨酯护套的截面均为圆环形。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆的截面为椭圆形。
进一步地，所述电源线采用十二根Φ0.15mm铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
进一步地，所述信号线采用六根Φ0.2mm裸铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
进一步地，本发明还提供了一种水下机器人用水密电缆的制造方法，包括如下步骤：
(ⅰ)拉制铜单丝
利用金属压力进行加工，在外力的作用下使金属强行通过压轮，制作出铜单丝；然后在常温下，利用拉丝机通过一道或者多道压轮的模孔，分别拉制出六根第一铜单丝、十二根第二铜单丝和六根第三铜单丝，第一铜单丝的直径为0.1mm，第二铜单丝的直径为0.15mm，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅱ)铜单丝退火
将拉制成型的铜单丝加热，进行退火处理；
(ⅲ)束绞软铜导体
将六根第一铜单丝束绞成第一导体，第一铜单丝的直径为0.1mm，
十二根第二铜单丝束绞成第二导体，第二铜单丝的直径为0.15mm，
六根第三铜单丝束绞成第三导体，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅳ)挤压绝缘层
利用挤出成型法在第一导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得屏蔽电缆，利用挤出成型法在第二导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得电源线，利用挤出成型法在第三导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得信号线；
(ⅴ)绞合屏蔽电缆
将两根屏蔽电缆绞成一对双绞屏蔽电缆；
(ⅵ)成缆
将两根双绞屏蔽电缆、四根电源线、两根信号线环绕一根导体绞合成芯体，并用胶状物质填充芯体内的空隙，然后，在芯体外缠绕绕包带，并用胶状物质填充导体和绕包带之间的空隙，最后，用护套套装在绕包带的外部。
进一步地，所述护套是采用弹性体材料或发泡材料制作的。
进一步地，所述胶状物质为凝胶。
本发明提供的水下机器人用水密电缆，在导体的外部包覆绕包带，绕包带的外部还包覆有护套，护套采用耐水聚氨酯护套，其延伸率大，抗拉强度高，耐油、耐水性强，使得该水密电缆在经受复杂多变的水下环境后，仍然能够保持良好的数据传输性；在导体的外部设置有多根双绞屏蔽电缆、电源线和信号线，并且沿着导体的圆周方向分布，采用这样的分布结构，使得该电缆整体的耐压性和防水性好，抗电磁干扰能力强，且该电缆的水密性好，能够适应环境复杂的水下环境，传输数据的可靠性高，应用于水下机器人的工作环境时，提高了水下机器人的工作效率。本发明还公开了一种水下机器人用水密电缆的制造方法，包括如下步骤：(ⅰ)拉制铜单丝；(ⅱ)铜单丝退火；(ⅲ)束绞软铜导体；(ⅳ)挤压绝缘层；(ⅴ)绞合屏蔽电缆；(ⅵ)成缆。所述的屏蔽电缆采用多股铜线绞合，满足了反复弯曲的要求；所述的屏蔽电缆、电源线和信号线采用束绞工艺，可以有效的提高其抗拉伸强度；在芯体的空隙处采用胶状物质填充，提高了其水密性能；芯体的外部缠绕绕包带和护套，绕包带和护套可以很好的保护电缆的对绞信号线在承受压力后的稳定性，使电缆在经受复杂多变的环境后，仍然能够保持良好的数据传输性。克服了现有技术中，采用普通的通信电缆时，由于其很难适应水下作业环境，耐压性和防水性较差，还容易导致电缆内部渗水，从而导致电缆损坏，影响信号传输，从而影响水下机器人的工作效率的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水下机器人用水密电缆的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种水下机器人用水密电缆的制造方法的流程图。
附图标记：
11-导体；12-双绞屏蔽电缆；13-电源线；
14-信号线；15-绕包带；16-耐水聚氨酯护套。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1为本发明实施例提供的水下机器人用水密电缆的结构示意图；如图1所示，本实施例提供的一种水下机器人用水密电缆，包括：导体11，所述导体11包覆在绕包带15内，绕包带15的外部包覆有耐水聚氨酯护套16；
所述导体11的圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆12、电源线13和信号线14；
所述导体11与绕包带15之间的空隙处填充有胶状物质。
所述导体11设置在芯体的中心处，并且采用传输带宽高的铠装光缆电缆，所述的铠装光缆电缆是由不同的材料导体装在有绝缘材料的金属套管中，被加工成可弯曲的坚实组合体，包括铠装热电偶、铠装热电阻、铠装加热器和铠装引线，由于其具有很好的机械性能、温度特性、耐水性能和较高的强度，对光纤进行了关键性保护，具有良好的抗压性和柔软性，可有效的应用在水下机器人的信号传输中。环绕该导体11的圆周方向排列有多根双绞屏蔽电缆12、电源线13、信号线14，所述的双绞屏蔽电缆12，外层由铝箔包裹，以减小辐射，价格相对较高，安装时屏蔽层必须接地，由于其结构复杂，需要配有支持屏蔽功能的特殊施工工艺，双绞屏蔽电缆12可有效的屏蔽掉水下的一些干扰信号，屏蔽网覆盖率高，抗干扰效果强，所述的电源线13采用单股电源线，由于其结构简单，相对来说硬度高，使用时，在线路接头、设备接线方面更加方便，相对价格便宜，电源线13用于传输电流，所述的信号线14可以用于传输光视频信号、控制信号、电源能量等，上述双绞屏蔽电缆12、电源线13和信号线14的排列顺序按照顺时针旋转的次序依次排列，并且所述的双绞屏蔽电缆12的规格采用2*2*0.2mm2，电源线13的规格采用2.5mm2，信号线14的规格采用0.5mm2。所述导体11与绕包带15之间的空隙处填充有胶状物质进行填充，胶状物质可以采用凝胶，凝胶是溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，使结构空隙中充满了作为分散介质的液体，在干凝胶中也可以是气体，干凝胶也称为气凝胶，特点是没有流动性，内部常含有大量液体，例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99％以上，可分为弹性凝胶和脆性凝胶，弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀，例如明胶等，脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不改变，例如硅胶等。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆12、电源线13、信号线14沿着导体11的圆周方向均匀分布。
所述的排列顺序沿着导体11的圆周方向排布，并且均匀分布，使双绞屏蔽电缆12、电源线13和信号线14各自发挥其性能，互不干扰，便于使用。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆12、电源线13、信号线14的数量比为1:2:1。
所述电源线13的数量多于双绞屏蔽电缆12和信号线14的数量，使用过程中，便于电流的传输，本实施例所采用的双绞屏蔽电缆12为两根，电源线13为四根，信号线14为两根，便于安装使用。
进一步地，所述导体11、电源线13、信号线14的截面均为圆形，绕包带15、耐水聚氨酯护套16的截面均为圆环形。
所述电源线13和信号线14的截面均为圆形，并且环绕导体11的圆周方向设置，与导体11沿同一径向设置，便于传输信号，并且各自互不干扰，绕包带15的截面为圆环形，使用时整体结构更加紧凑，耐水聚氨酯护套16的截面也为圆环形，对绕包带15进行再次固定。
进一步地，所述双绞屏蔽电缆12的截面为椭圆形。
所述的屏蔽电缆采用双绞线，因此其截面采用椭圆形，保持双绞线的原始状态，便于信号传输。
进一步地，所述电源线13采用十二根Φ0.15mm铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
进一步地，所述信号线14采用六根Φ0.2mm裸铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
所述电源线13和信号线14的绞合距离短，采用铜线绞合，可以有效的提高其拉伸强度。
图2为本发明实施例提供的一种水下机器人用水密电缆的制造方法的流程图；如图2所示，本实施例提供一种水下机器人用水密电缆的制造方法，包括如下步骤：
(ⅰ)拉制铜单丝
利用金属压力进行加工，在外力的作用下使金属强行通过压轮，制作出铜单丝；然后在常温下，利用拉丝机通过一道或者多道压轮的模孔，分别拉制出六根第一铜单丝、十二根第二铜单丝和六根第三铜单丝，第一铜单丝的直径为0.1mm，第二铜单丝的直径为0.15mm，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅱ)铜单丝退火
将拉制成型的铜单丝加热，进行退火处理，以再结晶的方式来提高铜单丝的韧性、降低铜单丝的强度，并避免铜单丝的氧化；
(ⅲ)束绞软铜导体
将六根第一铜单丝束绞成第一导体，第一铜单丝的直径为0.1mm，
十二根第二铜单丝束绞成第二导体，第二铜单丝的直径为0.15mm，
六根第三铜单丝束绞成第三导体，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅳ)挤压绝缘层
利用挤出成型法在第一导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得屏蔽电缆，利用挤出成型法在第二导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得电源线13，利用挤出成型法在第三导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得信号线14；
(ⅴ)绞合屏蔽电缆
将两根屏蔽电缆绞成一对双绞屏蔽电缆12；
(ⅵ)成缆
将两根双绞屏蔽电缆12、四根电源线13、两根信号线14环绕一根导体11绞合成芯体，并用胶状物质填充芯体内的空隙，然后，在芯体外缠绕绕包带15，并用胶状物质填充导体11和绕包带15之间的空隙，最后，用护套套装在绕包带15的外部。
进一步地，所述护套是采用弹性体材料或者发泡材料制作的。
所述的弹性体材料包括聚氨酯、各种橡胶、热塑性塑料等，所述的发泡材料是以塑料、橡胶等原材料，加以催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂等辅料，通过物理发泡或交联发泡，使塑料和橡胶中出现大量细微泡沫，体积增加，密度减少，发泡材料质量轻、柔软度好，具备缓冲、吸音、吸震、保温、过滤等功能。
所述护套可以采用耐水聚氨酯材料制作。
所述的聚氨酯材料是聚氨基甲酸酯的简称，它是一种高分子材料。
进一步地，所述胶状物质为凝胶。
本发明使用时，将其直接连接在水下机器人上，然后将水下机器人放置于水下进行信号探测，使用过程中，由于护套是采用弹性体材料制作的，可以缩小电缆的外径，减小了电缆的体积，使电缆使用起来更加的灵活，另外，信号线14的传输距离较长，具有极低的传输损耗，双绞屏蔽电缆12具有良好的屏蔽性能和接触性能，可以准确的将水下的信息及时通过信号线14传输至水上的接收设备中，从而使整个电缆可长期漂浮于水面，不会产生错位、扭转、变形等现象。
采用以上第一种实施方式，本发明所述的水下机器人用水密电缆，环绕着导体的圆周方向设有的两根双绞屏蔽电缆，四根电源线，两根信号线，信号线可传输光视频信号、控制信号等，在导体的外部还包覆有绕包带和护套，对导体的外部再次进行保护，护套的耐压性好，防水性强，可广泛应用在水下机器人上，可以对水下的信息进行及时跟踪和反馈，工作温度范围为-40℃至+80℃，额定工作载荷为350Kg，由于采用的护套为聚氨酯材料，去掉电缆最外层的保护层后，可以缩小电缆的外径，从而减小了电缆的体积，电缆体积的减小，使得此浮力电缆应用到水下机器人时更加的方便，抗压能力强，整体的性能更加的稳定。
实施例2
作为本发明的第二种实施方式，是对本发明第一种实施方式的另一种实现方式，即导体与绕包带的空隙采用采用热熔胶填充，在能够实现本发明目的的情况下，也可以采用其他的原料填充。
本发明的一种水下机器人用水密电缆，包括：导体11，所述导体11包覆在绕包带15内，绕包带15的外部包覆有耐水聚氨酯护套16；
所述导体11的圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆12、电源线13和信号线14；
所述导体11与绕包带15之间的空隙处填充有胶状物质。
所述的胶状物质采用热熔胶。
所述的热熔胶是一种可塑性的粘合剂，在一定温度范围内其物理状态随温度改变而改变，而化学特性不变，其无毒无味，属环保型化学产品，因此应用在本产品上具有以下优点：产品本身系固体，便于包装、运输、存储、无溶剂、无污染、无毒型、以及生产工艺简单，高附加值，黏合强度大、速度快等。
本发明实施方式采用热熔胶对导体与绕包带之间的空隙进行填充，电缆的整体水密效果突出，提高了电缆整体性能，并且由于该电缆的外径小，重量轻，不但使电缆的稳定性更高，也更加便于使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本发明的应用领域不限于上述所述及的行业，任何利用本发明的技术特征解决技术问题的领域均可以使用本发明的技术方案。

Claims (10)

1.一种水下机器人用水密电缆，其特征在于，包括：导体(11)，所述导体(11)包覆在绕包带(15)内，绕包带(15)的外部包覆有耐水聚氨酯护套(16)；
所述导体(11)的圆周方向设置多根双绞屏蔽电缆(12)、电源线(13)和信号线(14)；
所述导体(11)与绕包带(15)之间的空隙处填充有胶状物质。
2.根据权利要求1所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述双绞屏蔽电缆(12)、电源线(13)、信号线(14)沿着导体(11)的圆周方向均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述双绞屏蔽电缆(12)、电源线(13)、信号线(14)的数量比为1:2:1。
4.根据权利要求1所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述导体(11)、电源线(13)、信号线(14)的截面均为圆形，绕包带(15)、耐水聚氨酯护套(16)的截面均为圆环形。
5.根据权利要求1所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述双绞屏蔽电缆(12)的截面为椭圆形。
6.根据权利要求1、2或4所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述电源线(13)采用十二根Φ0.15mm铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
7.根据权利要求1、2或4所述的水下机器人用水密电缆，其特征在于，所述信号线(14)采用六根Φ0.2mm裸铜线绞合，绞合节距为7mm±1mm。
8.一种如权利要求1所述的水下机器人用水密电缆的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(ⅰ)拉制铜单丝
利用金属压力进行加工，在外力的作用下使金属强行通过压轮，制作出铜单丝；然后在常温下，利用拉丝机通过一道或者多道压轮的模孔，分别拉制出六根第一铜单丝、十二根第二铜单丝和六根第三铜单丝，第一铜单丝的直径为0.1mm，第二铜单丝的直径为0.15mm，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅱ)铜单丝退火
将拉制成型的铜单丝加热，进行退火处理；
(ⅲ)束绞软铜导体
将六根第一铜单丝束绞成第一导体，第一铜单丝的直径为0.1mm，
十二根第二铜单丝束绞成第二导体，第二铜单丝的直径为0.15mm，
六根第三铜单丝束绞成第三导体，第三铜单丝的直径为0.2mm；
(ⅳ)挤压绝缘层
利用挤出成型法在第一导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得屏蔽电缆，利用挤出成型法在第二导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得电源线(13)，利用挤出成型法在第三导体上形成绝缘层，经过高能电子束后，制得信号线(14)；
(ⅴ)绞合屏蔽电缆
将两根屏蔽电缆绞成一对双绞屏蔽电缆(12)；
(ⅵ)成缆
将两根双绞屏蔽电缆(12)、四根电源线(13)、两根信号线(14)环绕一根导体(11)绞合成芯体，并用胶状物质填充芯体内的空隙，然后，在芯体外缠绕绕包带(15)，并用胶状物质填充导体(11)和绕包带(15)之间的空隙，最后，用护套套装在绕包带(15)的外部。
9.根据权利要求8所述的水下机器人用水密电缆的制造方法，其特征在于：所述护套是采用弹性体材料或发泡材料制作的。
10.根据权利要求8所述的水下机器人用水密电缆的制造方法，其特征在于：所述胶状物质为凝胶。
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