CN109855519A - 一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置 - Google Patents

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赵洋
卢广宇
霍良青
李智刚
杨鸣宇
祝普强
赵兵
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Abstract

本发明涉及一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，包括传感器杆体和铁氧体磁滑环组件；所述铁氧体磁滑环组件，用于根据油量补偿器油量的变化在传感器杆体上移动；在传感器杆体内设置测量电路，用于根据铁氧体磁滑环组件的移动获取油量补偿器的油量位移量。本发明采用非接触测量方式，外部采用耐腐蚀的铁氧体磁滑环，线性触发磁敏干簧管开关，实现补偿器液位的检测，具有高集成度、高可靠性和高准确度，可以进行线性扩展，满足不同容量的补偿器液位测量需要。

Description

一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置
技术领域
本发明涉及载人潜水器补偿油量检测领域，具体地说是一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置。
背景技术
深海载人潜水器由于需要在深水环境下工作，其各个系统设备均需要采用耐压舱体或者充油箱体，以适应深海的巨大水下压力。对于耐压舱体，随着水深的增加，耐压结构的厚度也要随之增加，这样会大大增加潜水器设计时的重量和体积，不利于系统小型化、轻量化。因此为了降低结构上的设计难度，同时满足潜水器的安全性和科考需要，深海载人潜水器中除了少数重要设备采用耐压舱体以外，通常采用充油箱式结构进行设备布置、信号转接等设计。因为油液在水压增大时也有体积压缩率，体积会变小，因此箱式结构均需要连接补偿油路，在水压增大时，补充油液容量与水压保持平衡，从而保护箱体不被水压变形。这种油液补偿机构就叫做油液补偿器，油量补偿器一端与海水相连，一端与待补偿的箱体相连，中间是补偿油液。这种方式能确保将海水压力作用到油液中，从而保持压力平衡。
由于水压的增大或者液路中存在气体或泄露等因素，会导致补偿器中的油液体积迅速减少，当补偿器无法为被补偿对象提供足够油液时，被补偿对象就会被压缩变形损坏。所以对油液补偿器进行油量检测就显得尤为必要。目前行业中配备的检测传感器主要有机械拉线式、霍尔开关式、内部电阻式三种。对于机械拉线式，存在着机械弹簧寿命与可靠性问题，拉力不足时即检测不准；对于霍尔开关式，需要强磁钢作为外部触发，而强磁钢又不耐海水腐蚀；对于内部电阻式，因为传感器件直接与油液接触，一方面容易污染油液，另一方面当油液进水时，也会腐蚀传感器件。本发明采用非接触测量方式，外部采用耐腐蚀的铁氧体磁滑环，线性触发磁敏干簧管开关，实现补偿器液位的检测。本发明具有高集成度、高可靠性和高准确度，可以进行线性扩展，满足不同容量的补偿器液位测量需要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，包括传感器杆体1和铁氧体磁滑环组件2；
所述铁氧体磁滑环组件2，用于根据油量补偿器油量的变化在传感器杆体1上移动；
在传感器杆体1内设置测量电路，用于根据铁氧体磁滑环组件2的移动获取油量补偿器的油量位移量。
所述测量电路包括若干个并联的磁敏干簧管开关，且相邻的磁敏干簧管开关之间连有相同阻值的电阻，磁敏干簧管开关之间的电阻相互串联，一端连接线性稳压器的输出端，另一端接地，形成对基准电压信号的差分；线性稳压器的输入端连接输入电压的正极；所有磁敏干簧管开关的输出端分别经过负载电阻后连接在一起，经过信号调理电路后输出，并通过水密插座输出给上位检测计算机。
所述线性稳压器为贴片式宽压电压转换芯片，用于将12V电压稳压至10V电压并输出。
所述信号调理电路为低功耗轨对轨型表面贴装运算放大器。
所述铁氧体磁滑环组件2由安装座301、永磁磁环302和密封盖303组成，安装座301与密封盖303通过螺纹连接，并形成密封的空腔，永磁磁环302放置于空腔内，空腔间隙用环氧胶水灌注密封。
传感器杆体1的外壳采用不锈钢耐压壳体。
所述磁敏干簧管开关为微型常开舌簧开关。
所述油量位移量为
其中，XN为第N个霍尔元件与最底部霍尔元件间的距离，即油量位移量；UC为测量电压；X为所有霍尔元件排列后的总长度；U为基准电压。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明集成度高，整个装置体积小巧，内部采用小型干簧管器件排布，灵敏度高，排列密度大；
2.本发明可靠性高，采用非接触式测量原理，没有摩擦损耗，不易损坏；
3.本发明准确度高，测量精度取决于干簧管开关器件的排布间距，开关式触发，没有附加误差；
4.本发明扩展性强，测量原理为线性阻抗分压，可以根据被测长度，方便的扩展或削减干簧管器件数量，实现不同规格长度的测量。
附图说明
图1是本发明的硬件结构图；
图2是本发明的铁氧体磁滑环组件结构图；
图3是本发明的测量电路结构图。
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。
如图1所示为本发明的硬件结构图。
包括测量传感器杆体和铁氧体磁滑环组件两个部分。其中测量传感器杆体内设置有检测测量电路，主要包括磁敏干簧管开关、高精度恒电压模块、精密电阻、检测信号调理模块。
传感器杆体组件，外壳采用不锈钢耐压壳体设计，可根据水深选择不同壁厚，以承受深水水压。其内布置有测量电路板，主要包括磁敏干簧管开关、高精度恒电压模块、精密电阻、检测信号调理模块等。
磁敏干簧管器件为高灵敏度微型常开舌簧开关，排列方式为沿不锈钢筒的轴向等间距依次排列。
线性稳压器采用贴片式宽压高精度电压基准芯片。
信号调理模块采用低功耗轨对轨型表面贴装运算放大器。
传感器装置上电后，随着传感器杆体外的铁氧体磁滑环的移动，可以使磁场范围内的某个磁敏干簧管开关器件闭合导通，输出电压经过信号调理模块的运算放大器稳压跟随后通过水密插座传输给上位机，上位机根据传输的电压值得到磁环所处的位置，从而获得补偿器补偿油量位移量。
根据检测电压值获得位移量根据以下公式计算得到：
其中，XN为第N个霍尔元件与最底部霍尔元件间的距离，UC为测量电压，X为所有霍尔元件排列后的总长度，U为基准电压。
如图2所示为本发明的铁氧体磁滑环组件结构图。
铁氧体磁滑环组件由安装座301、永磁磁环302和密封盖303组成，安装座301与密封盖303通过螺纹连接，并形成密封的空腔，永磁磁环302放置于空腔内，空腔间隙用环氧胶水灌注密封。
外部铁氧体磁滑环固定于油量补偿器动端，随液位变化移动，当磁滑环移动时，触发传感器杆体内的相应位置磁敏干簧管器件吸合，从而导致输出电压的变化，反映出载人潜水器补偿油量变化的情况。
如图3所示为本发明的测量电路结构图。
传感器杆体内设有检测电路，外部电源通过板上高精度恒电压模块处理后作为基准测量电压源，电路板包括多个并联的磁敏干簧管器件，相邻的磁敏干簧管器件之间连有固定阻值的精密电阻，干簧管器件间的电阻串联在一起，一端接基准电压的正极，一端接基准电压的负极，形成对基准电压信号的差分；干簧管器件另一端为输出端，所有干簧管器件的输出端经过负载电阻后连接在一起，经过信号调理电路进行稳压跟随后输出，最后通过水密插座输出给上位检测计算机。

Claims (8)

1.一种载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：包括传感器杆体(1)和铁氧体磁滑环组件(2)；
所述铁氧体磁滑环组件(2)，用于根据油量补偿器油量的变化在传感器杆体(1)上移动；
在传感器杆体(1)内设置测量电路，用于根据铁氧体磁滑环组件(2)的移动获取油量补偿器的油量位移量。
2.根据权利要求1所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述测量电路包括若干个并联的磁敏干簧管开关，且相邻的磁敏干簧管开关之间连有相同阻值的电阻，磁敏干簧管开关之间的电阻相互串联，一端连接线性稳压器的输出端，另一端接地，形成对基准电压信号的差分；线性稳压器的输入端连接输入电压的正极；所有磁敏干簧管开关的输出端分别经过负载电阻后连接在一起，经过信号调理电路后输出，并通过水密插座输出给上位检测计算机。
3.根据权利要求2所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述线性稳压器为贴片式宽压电压转换芯片，用于将12V电压稳压至10V电压并输出。
4.根据权利要求2所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述信号调理电路为低功耗轨对轨型表面贴装运算放大器。
5.根据权利要求2所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述磁敏干簧管开关为微型常开舌簧开关。
6.根据权利要求1所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述铁氧体磁滑环组件(2)由安装座(301)、永磁磁环(302)和密封盖(303)组成，安装座(301)与密封盖(303)通过螺纹连接，并形成密封的空腔，永磁磁环(302)放置于空腔内，空腔间隙用环氧胶水灌注密封。
7.根据权利要求1所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：传感器杆体(1)的外壳采用不锈钢耐压壳体。
8.根据权利要求1所述的载人潜水器非接触式补偿油量检测传感器装置，其特征在于：所述油量位移量为
其中，XN为第N个霍尔元件与最底部霍尔元件间的距离，即油量位移量；UC为测量电压；X为所有霍尔元件排列后的总长度；U为基准电压。
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