CN111413118B - 一种水下深度数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下深度数据采集系统，包括：深水耐压舱、深度传感器、处理板卡和深水接插件；至少三路深度传感器安装于深水耐压舱内部，且每一路深度传感器的头部均与深水耐压舱内部的顶端相连；处理板卡安装于深水耐压舱内部且与深水耐压舱内部的底端相连，且处理板卡与每一路深度传感器的尾部线缆插头相连；深水接插件安装于深水耐压舱外部底端，且深水接插件底座四芯线缆插头与处理板卡相连。本发明公开的水下深度数据测量系统同一时刻可以采集到至少三路数据，计算至少两路数据的均值，得到的计算结果精确度高；即使有一路传感器出现故障，其他几路也可继续工作，给出准确的深度数据，具有很高的可靠性和稳定性；深水耐压舱的结构设计也增强了本系统的可靠性和稳定性。

Description

一种水下深度数据采集系统
技术领域
本发明涉及深度数据采集技术领域，更具体的说是涉及一种水下深度数据采集系统。
背景技术
随着科技进步及水下技术的不断突破提升，人们对海洋科学调查、水下地形地貌扫测、大型海洋工程作业及检测、海洋热液硫化物采集、大坝工程检测、大型船只表面附着物清洗等诸多领域使用水下机器人作业越来越依赖。在任何应用场景下每一台机器人在水下作业时务必知道其当前所处的深度，以此实现水下机器人纵向的运动控制，进而在目标深度下进行各种任务作业，同时也防止因超深而造成耐压舱被压爆事故的发生。因此每台机器人在制定研究设计的总体方案时必须包含深度数据采集传感器，实现深度数据的实时采集。
目前水下机器人一般携带一路深度传感器作为深度数据采集设备，且较常见的应用方式为深度传感器与其他的传感器设备在硬件上集成于一体，共用一套处理器，此种情况功能相对集成，处理器负荷相对较大。另外一种应用方法为单独使用一套深度传感器，但数据直接由主控系统解算处理，占用了主控的资源，增加了负荷。以上两种应用方式，随着机器人连续作业时间的不断增加容易受到温度、电磁等各方面的干扰而造成采集到的深度数据与实际深度数据相差较大、数据跳变严重、无数据等故障。同时当传感器出现硬件故障时没有可代替的深度数据采集设备，从而会造成该潜次任务作业终止。
因此，如何提供一种稳定性高且精度高的水下深度数据采集系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水下深度数据采集系统，不仅可应用于水下机器人深度数据的采集，而且可应用于其他相关需要采集水下深度的系统上，并且具有高稳定性和高精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水下深度数据采集系统，包括：深水耐压舱、深度传感器、处理板卡和深水接插件；
至少三路所述深度传感器安装于所述深水耐压舱内部，且每一路所述深度传感器的头部均与所述深水耐压舱内部的顶端相连；所述处理板卡安装于所述深水耐压舱内部且与所述深水耐压舱内部的底端相连，且所述处理板卡与每一路所述深度传感器的尾部线缆插头相连；所述深水接插件安装于所述深水耐压舱外部底端，且所述深水接插件底座四芯线缆插头与所述处理板卡相连。
优选的，所述深水耐压舱包括：舱体、上端盖和下端盖；所述上端盖和所述下端盖分别安装在所述舱体顶部和底部，所述上端盖与每一路所述深度传感器的头部相连，所述下端盖与所述处理板卡相连。
优选的，所述上端盖上具有两道上端盖凹型圈密封槽、至少三个深度传感器螺纹拧接孔、压力测试单元固定突出边沿、多个上端盖螺丝孔位和多个上端盖拆舱顶丝孔位；所述上端盖与所述舱体之间通过多个上端盖螺丝孔位相连；其中，所述深度传感器螺纹拧接孔与所述深度传感器一一对应拧接。
优选的，所述下端盖上具有两道下端盖凹型圈密封槽、subcon接插件拧接孔、气密性检测孔、多个下端盖螺丝拧接孔、多个下端盖螺丝孔位和多个下端盖拆舱顶丝孔位；所述下端盖与所述舱体之间通过多个下端盖螺丝孔位相连；所述下端盖与所述深水接插件通过subcon接插件拧接孔相连。
优选的，每一路所述深度传感器的头部均对应拧接在所述深度传感器螺纹拧接孔。
优选的，所述处理板卡通过四个所述下端盖螺丝拧接孔固定安装在所述下端盖上。
优选的，每一路所述深度传感器的尾部均通过电源通信线缆接头与所述处理板卡的电源通信接口对应相连。
优选的，所述深水接插件底座四芯线缆插头与所述处理板卡对应的电源通信接口相连。
优选的，所述处理板卡以基于Cotex M3内核的STM32单片机为处理器。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种水下深度数据采集系统，包括至少三路的深度传感器，处理板卡同一时刻可以采集到至少三路数据且对数据进行处理，计算均值和方差，并把方差结果与阈值对比，判断系统是否正常作业，确认系统正常作业后，计算至少两路数据的均值，得到的计算结果精确度高；即使有一路传感器出现故障也不会造成系统整体瘫痪，其他几路可继续工作，给出准确的深度数据，具有很高的可靠性和稳定性；深水耐压舱由上下端盖和舱体构成，并且上下端盖具有凹型圈密封结构，还设置了上下端盖螺丝孔位，从而可以达到良好的防水效果，也增强了本系统的可靠性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种水下深度数据采集系统的整体结构示意图。
图2为本发明深水耐压舱内部的设备布局图。
图3为本发明深水耐压舱上端盖设计图。
图4为本发明深水耐压舱下端盖设计图。
图中：1-舱体；2-压力测试单元固定突出边沿；3-上端盖；4-下端盖；5-深水接插件；6-上端盖螺丝孔位；7-上端盖拆舱顶丝孔位；8-下端盖螺丝孔位；9-上端盖凹型圈密封槽；10-深度传感器；11-下端盖螺丝拧接孔；12-处理板卡；13-下端盖凹型圈密封槽；14-深度传感器螺纹拧接孔；15-subcon接插件拧接孔；16-气密性检测孔；17-下端盖拆舱顶丝孔位；18-深水耐压舱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
参见附图1和附图2，本发明实施例公开了一种水下深度数据采集系统，包括：深水耐压舱18、深度传感器10、处理板卡12和深水接插件5；具体的，深水接插件可以为subcon接插件。
至少三路深度传感器10安装于深水耐压舱18内部，且每一路深度传感器10的头部均与深水耐压舱18内部的顶端相连；处理板卡12安装于深水耐压舱18内部且与深水耐压舱18内部的底端相连，且处理板卡12与每一路深度传感器10的尾部线缆插头相连；深水接插件5安装于深水耐压舱18外部底端，且深水接插件5底座四芯线缆插子与处理板卡12相连；深度传感器10用于数据采集，在安装部署之前对各路数据进行对比校准，在同一深度的数据基本一致则表明正常；处理板卡12实时接收深度传感器10通过485通信方式上报的数据并进行解算分析，把同一时刻采集到的各路数据先求均值、再计算方差、最后把计算的方差结果与阈值对比，至少有两路数据的方差值在阈值范围内，说明系统正常作业，则计算至少两路的均值，得到正确的数据分析判断结果，然后利用CAN总线通信传输给主控系统，主控可根据该数据进行相应的控制，不再参与解算封装处理，减轻了计算负荷。
为了进一步优化上述技术方案，深水耐压舱18包括：舱体1、上端盖3和下端盖4；上端盖3和下端盖4分别安装在舱体1顶部和底部，上端盖3与每一路深度传感器10的头部相连，下端盖4与处理板卡12相连。
参见附图3，为了进一步优化上述技术方案，上端盖3上具有两道上端盖凹型圈密封槽9、至少三个深度传感器螺纹拧接孔14、压力测试单元固定突出边沿2、多个上端盖螺丝孔位6和多个上端盖拆舱顶丝孔位7；上端盖3与舱体1之间通过多个上端盖螺丝孔位6相连；其中，深度传感器螺纹拧接孔14与深度传感器10一一对应拧接；
参见附图4，为了进一步优化上述技术方案，下端盖4上具有两道下端盖凹型圈密封槽13、subcon接插件拧接孔15、气密性检测孔16、多个下端盖螺丝拧接孔11、多个下端盖螺丝孔位8和多个下端盖拆舱顶丝孔位17；下端盖4与舱体1之间通过多个下端盖螺丝孔位8相连；下端盖4与深水接插件5通过subcon接插件拧接孔15相连。
深水耐压舱18使用钛合金加工而成，主要用于在舱内安装部署深度传感器10及处理板卡12；上端盖3和下端盖4分别设计有两道上端盖凹型圈密封槽9和下端盖凹型圈密封槽13，可以达到绝佳的防水效果，增强了水下深度数据采集系统的稳定性和可靠性；3路深度传感器10的头部对应的拧接在深度传感器螺纹拧接孔14上；压力测试单元固定突出边沿2用于母船/地面测试时固定压力测试单元油囊；上端盖螺丝孔位6连接上端盖3与舱体1，下端盖螺丝孔位8连接下端盖4与舱体1，连接牢固，不会因受内压而脱离，增强了水下深度数据采集系统的稳定性和可靠性；上端盖拆舱顶丝孔位7和下端盖拆舱顶丝孔位17可以方便拆舱操作；subcon接插件拧接孔15用于拧接下端盖4与深水接插件5；气密性检测孔16用于封舱后内压测试，测试完毕后，再进行拧接堵封；下端盖螺丝拧接孔11用于拧接下端盖4与处理板卡12，使下端盖4与处理板卡12形成整体。
为了进一步优化上述技术方案，深度传感器10用于深度数据采集，其探测单元密封安装在柱状形传感器的头部中心位置，头部外边缘设计有拧接螺纹，深度传感器10的头部加装密封凹型圈后拧接到对应的深度传感器螺纹拧接孔14上，从而使得深度传感器10在水中时压力探头能够直接接触到水面进行压力感知，以此采集深度数据，同时能够承受大深度下的压力，杜绝了水从上端盖螺纹拧接孔14中进入舱内。
为了进一步优化上述技术方案，处理板卡12通过四个下端盖螺丝拧接孔11固定安装在下端盖4上。
为了进一步优化上述技术方案，深度传感器10的尾部有一根四芯的通信线缆，每一路深度传感器10的尾部均通过电源通信线缆接头与处理板卡12对应的电源通信接口相连。
为了进一步优化上述技术方案，深水接插件5与底座四芯线缆接头与处理板卡12对应的电源通信接口相连。
为了进一步优化上述技术方案，处理板卡以基于Cotex M3内核的STM32单片机为处理器，资源丰富，处理速度快，稳定性和可靠性高，无外界损坏时不存在自损坏现象，因此深度数据采集系统不会因长时间作业而产生各种故障问题，即使有一路传感器出现故障也不会造成系统整体瘫痪，其他各路可继续工作，给出准确的深度数据。
为了进一步优化上述技术方案，深水耐压舱18的封舱步骤为：首先在上下端盖对应的凹型圈密封槽9、13上加装密封凹型圈且涂抹润滑硅脂，使用相关工具先把上端盖3整体挤压进入耐压舱体1内部，且使用316不锈钢螺丝拧接；其次把各路深度传感器10尾部线缆接头连接至处理板卡12对应的接口上；再次把下端盖4整体挤压进入耐压舱体1内部且同样使用316不锈钢螺丝拧接；最后使用气密性检测孔16进行内压测试，测试完成后，使用带凹型圈的堵封头封堵气密性检测孔16，使得该设备形成完整独立的深度数据采集系统；在使用深度数据采集系统时，把四芯(1-+12、2-GND、3-CANH、4-CANL)且含有subcon接插件5对接头的线缆连接至控制系统对应接口即可；可以广泛应用在其他的水下设备上，给水下行业测量深度提供了新的思路及技术手段。
经由上述的实施例可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种水下深度数据采集系统，包括至少三路的深度传感器，同一时刻可以采集到至少三路数据，处理板卡对数据进行处理，计算均值和方差，并把方差结果与阈值对比，判断系统是否正常作业；确认系统正常作业后，计算至少两路数据的均值，得到的计算结果精确度高；即使有一路传感器出现故障也不会造成系统整体瘫痪，其他几路可继续工作，给出准确的深度数据，具有很高的可靠性和稳定性；深水耐压舱由上下端盖和舱体构成，并且上下端盖具有凹型圈密封槽结构，还设置了上下端盖螺丝孔位，从而可以达到良好的防水效果，也增强了本系统的可靠性和稳定性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种水下深度数据采集系统，其特征在于，包括：深水耐压舱(18)、深度传感器(10)、处理板卡(12)和深水接插件(5)；
至少三路所述深度传感器(10)安装于所述深水耐压舱(18)内部，且每一路所述深度传感器(10)的头部均与所述深水耐压舱(18)内部的顶端相连；所述处理板卡(12)安装于所述深水耐压舱(18)内部且与所述深水耐压舱(18)内部的底端相连，且所述处理板卡(12)与每一路所述深度传感器(10)的尾部线缆相连；所述深水接插件(5)底座安装于所述深水耐压舱(18)外部底端，且所述深水接插件(5)的四芯线缆插头与所述处理板卡(12)相连；
所述深水耐压舱(18)包括：舱体(1)、上端盖(3)和下端盖(4)；所述上端盖(3)和所述下端盖(4)分别安装在所述舱体(1)顶部和底部，所述上端盖(3)与每一路所述深度传感器(10)的头部相连，所述下端盖(4)与所述处理板卡(12)相连；
所述上端盖(3)上具有两道上端盖凹型圈密封槽(9)、至少三个深度传感器螺纹拧接孔(14)、压力测试单元固定突出边沿(2)、多个上端盖螺丝孔位(6)和多个上端盖拆舱顶丝孔位(7)；所述上端盖(3)与所述舱体(1)之间通过多个上端盖螺丝孔位(6)相连；其中，所述深度传感器螺纹拧接孔(14)与所述深度传感器(10)一一对应拧接。
2.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，所述下端盖(4)上具有两道下端盖凹型圈密封槽(13)、subcon接插件拧接孔(15)、气密性检测孔(16)、多个下端盖螺丝拧接孔(11)、多个下端盖螺丝孔位(8)和多个下端盖拆舱顶丝孔位(17)；所述下端盖(4)与所述舱体(1)之间通过多个下端盖螺丝孔位(8)相连；所述下端盖(4)与所述深水接插件(5)通过subcon接插件拧接孔(15)相连。
3.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，每一路所述深度传感器(10)的头部均通过所述深度传感器螺纹拧接孔(14)固定安装在所述上端盖(3)上。
4.根据权利要求2所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，所述处理板卡(12)通过四个所述下端盖螺丝拧接孔(11)固定安装在所述下端盖(4)上。
5.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，每一路所述深度传感器(10)的尾部均通过电源通信线缆接头与所述处理板卡(12)的电源通信接口相连。
6.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，所述深水接插件(5)与所述处理板卡(12)的电源通信接口相连。
7.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，所述处理板卡(12)以基于Cotex M3内核的STM32单片机为处理器。
8.根据权利要求1所述的一种水下深度数据采集系统，其特征在于，所述深度传感器(10)的数量为三路，相应的，所述深度传感器螺纹拧接孔(14)的数量为三个。
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Title
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