CN114062340A - 一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置，包括密封的承压舱和视窗承压单元；承压舱包括相对设置的前端和后端，承压舱内固定设置有紫外光学系统；紫外光学系统用于出射紫外激发光，并接收从待测物上返回的散射光；视窗承压单元设置于承压舱的前端，用于透射紫外激发光和散射光；视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角。本发明使用密封的承压舱保障其内的紫外光学系统正常工作。同时利用视窗承压单元透射紫外激发光和散射光，在不影响出光的情况下，保证了承压舱的密封性能。本发明设置视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角，可防止紫外激发光的光束垂直入射至透光面产生的反射光干扰。

Description

一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置
技术领域
本申请涉及一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置，属于承压装置技术领域。
背景技术
海洋约占全球面积的70.8％，随着陆地能源的枯竭，世界各国加快了对海洋的探索和开发。目前水声学在海洋探究方面得到了广泛的运用。通过视频，可以观测到水中的实际景象，更加直观地观测水中生物、地形等信息，所以水下光学观测对于海洋的勘探至关重要。
在进行水下光学观测时，尤其是深海环境的观测勘探时，需要保证光学系统在一个很好的密封环境下工作。因此，需要将光学系统放置在承压装置内部，这就要求承压装置具有耐压和耐腐蚀性能。
现有技术中，深海环境的光学观测主要利用的水下拉曼光谱仪，而实验证明，紫外拉曼光谱仪应用于深海环境其观测效果更佳。与传统的水下拉曼光谱仪相比较，水下的紫外拉曼光谱仪需要更好的密封性能和耐压、耐腐蚀性能。到目前为止，市场上尚未出现针对紫外拉曼光谱仪，兼具耐压性高、抗腐蚀性强、散热性能良好的承压装置。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置，以解决现有技术中无针对紫外拉曼光谱仪的承压装置的技术问题。
本发明的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，包括：密封的承压舱和视窗承压单元；
所述承压舱包括相对设置的前端和后端，所述承压舱内固定设置有紫外光学系统；所述紫外光学系统用于出射紫外激发光，并接收从待测物上返回的散射光；
所述视窗承压单元设置于所述承压舱的前端，用于透射所述紫外激发光和所述散射光；所述视窗承压单元的透光面的法线与所述紫外激发光的光路存在夹角。
优选地，所述承压舱的前端设置有通光孔；所述视窗承压单元设置在所述通光孔处；
所述视窗承压单元包括透明承压窗片和用于固定所述透明承压窗片的基座；所述基座与所述承压舱的前端端壁密封连接；
所述透明承压窗片用于封堵所述通光孔；所述透明承压窗片可透射所述紫外激发光和所述散射光；所述透明承压窗片的法线与所述紫外激发光的光路存在夹角。
优选地，所述视窗承压单元还包括密封压板；
所述密封压板固定在所述基座上，且与所述基座密封连接；所述密封压板位于所述透明承压窗片靠近所述紫外光学系统的一侧，用于挤压所述透明承压窗片，以使所述透明承压窗片与所述基座的连接处紧贴；
所述密封压板上开设有与所述通光孔位置对应的第一避让孔。
优选地，还包括设置于所述承压舱内的散热单元；
所述散热单元的传导面与所述紫外光学系统的紫外光源接触，散热面与所述承压舱的内壁接触。
优选地，还包括底板支撑单元；
所述底板支撑单元设置于所述承压舱内，并与所述承压舱可拆卸连接；
所述紫外光学系统固定设置于所述底板支撑单元上。
优选地，所述底板支撑单元包括底板支撑架、前端连接板和后端连接板；
所述前端连接板和所述后端连接板的尺寸均与所述承压舱的尺寸匹配；
所述前端连接板靠近所述承压舱的前端，所述前端连接板上开设有与所述承压舱的前端设置的通光孔位置相应的第二避让孔；
所述后端连接板靠近所述承压舱的后端，所述后端连接板上开设有插接孔；
所述底板支撑架与所述前端连接板和所述后端连接板固定连接；所述紫外光学系统固定设置在所述底板支撑架上。
优选地，所述承压舱包括主舱体、设置于主舱体的前端的前端盖和设置于主舱体的后端的后端盖；
所述前端盖及所述后端盖均与所述主舱体可拆卸连接；
所述基座设置于所述前端盖上，所述基座与所述前端盖密封连接。
优选地，所述前端连接板与所述前端盖固定连接。
优选地，还包括水密封插件单元；
所述水密封插件单元穿过所述后端盖，所述水密封插件单元的一端与外部设备连接，另一端穿过所述插接孔与所述紫外光学系统连接；
所述外部设备为所述紫外光学系统供电以及调试所述紫外光学系统。
优选地，所述夹角为2～4°。
优选地，所述承压舱、所述基座和所述密封压板的材质为钛合金、铝合金或不锈钢中的任意一种。
优选地，所述前端盖与所述主舱体的前端端口连接处以及所述后端盖与所述主舱体的后端端口连接处均设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈；所述基座与所述承压舱的前端端壁的连接面也开设有密封槽，密封槽内设置密封圈。
本发明的用于深海环境的紫外光学系统承压装置相较于现有技术，具有如下有益效果：
本发明的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，使用密封的承压舱保护其内设置的紫外光学系统，可以保证紫外光学系统的正常工作。同时利用视窗承压单元透射紫外激发光和散射光，在不影响出光的情况下，保证了承压舱的密封性能。本发明设置视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角，可防止紫外激发光的光束垂直入射至透光面产生的反射光干扰。紫外光学系统中，由于紫外激发光的能量较弱，为保证其对深海环境勘探，需要保证大部分紫外激发光的光束照射于待测物上，避免透光面的反射，因此本发明设置视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角，且夹角为2～4°。
本发明的视窗承压单元包括透明承压窗片和用于固定所述透明承压窗片的基座，其中基座与透明承压窗片的连接面为倾斜的面，以此保证透明承压窗片的法线与紫外激发光的光路之间存在夹角。使用基座固定透明承压窗片，其结构稳固。
本发明还设置了密封压板，用于挤压透明承压窗片，以使透明承压窗片与基座的连接处紧贴，从而保证两者之间的密封性。
由于紫外光学系统工作时会产生大量的热量，如不进行散热，则会严重影响紫外光学系统的性能，因此，本发明设置了散热单元，散热单元的传导面与紫外光学系统的紫外光源接触，散热面与承压舱的内壁接触，从而将紫外光源产生的热量快速传导至承压舱的内壁，实现承压舱与深海环境快速的热交换，从而降低了承压舱内的温度，保证了紫外光学系统的工作性能。本发明中的散热单元可以为散热片或者半导体制冷片。
为便于将紫外光学系统安装于承压舱内以及将紫外光学系统从承压舱内取出，本发明设置了底板支撑单元，紫外光学系统固定设置于底板支撑单元上，底板支撑单元与承压舱可拆卸连接。在需要安装或者取出紫外光学系统时，将底板支撑单元拉出承压舱，然后将紫外光学系统安装在底板支撑单元或者将紫外光学系统与底板支撑单元分离即可实现，简单方便。
本发明的底板支撑单元包括底板支撑架、前端连接板和后端连接板，底板支撑架设置于前端连接板和后端连接板之间，并且前端连接板和后端连接板均与承压舱尺寸匹配。该种结构，实现了底板支撑单元与承压舱之间的尺寸卡接，进而实现了两者之间的可拆卸连接。
本发明的承压舱包括主舱体、设置于主舱体的前端的前端盖和设置于主舱体的后端的后端盖，其中前端盖与后端盖均与主舱体可拆卸连接，便于安装及取出紫外光学系统。
本发明设置前端连接板与前端盖固定连接，该种结构，可以实现在取下前端盖的同时，将与前端连接板连接的底板支撑架取出，从而将底板支撑架上固定设置的紫外光学系统一并取出。该种设置结构简单，操作方便。
为在保证承压舱内的密封性的同时，能够实现为承压舱内的紫外光学系统供电以及对紫外光学系统的调试，本发明还设置了水密封插件单元。该水密封插件单元至少包括了供电插件及调试插件。
附图说明
图1为本发明实施例中用于深海环境的紫外光学系统承压装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中用于深海环境的紫外光学系统承压装置中，视窗承压单元与前端盖的连接示意图；
图3为本发明实施例中用于深海环境的紫外光学系统承压装置中，水密封插件单元与后端盖的连接示意图；
图4为本发明实施例中用于深海环境的紫外光学系统承压装置中，底板支撑单元的结构示意图。
部件和附图标记列表：
1、主舱体；2、前端盖；3、后端盖；4、基座；5、密封压板；6、透明承压窗片；7、散热单元；8、前端连接板；9、底板支撑架；10、后端连接板；11、水密封插件单元；12、密封槽。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
图1为本发明用于深海环境的紫外光学系统承压装置的一种实施例的结构示意图。
本发明实施例的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，包括：密封的承压舱和视窗承压单元；其中承压舱包括主舱体1、设置于主舱体1前端的前端盖2和设置于主舱体1后端的后端盖3，前端盖2、后端盖3及主舱体1组成一个密封的环境。主舱体1内固定设置有紫外光学系统；紫外光学系统用于出射紫外激发光，并接收从待测物上返回的散射光；
本发明实施例中的视窗承压单元设置于承压舱的前端，用于透射紫外激发光和散射光；视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角。夹角的存在，可防止紫外激发光的光束垂直入射至透光面产生的反射光干扰。紫外光学系统中，由于紫外激发光的能量较弱，为保证其对深海环境勘探，需要保证大部分紫外激发光的光束照射于待测物上，避免透光面的反射，因此本发明设置视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角，且夹角为2～4°，优选为3°。
为了保证紫外光学系统发出的紫外激发光可以透射出承压舱，本发明的实施例在承压舱的前端设置有通光孔，即在与主舱体1前端连接的前端盖2上设置有通光孔；视窗承压单元设置在通光孔处；视窗承压单元与前端盖的连接见图2，视窗承压单元包括透明承压窗片6和用于固定透明承压窗片6的基座4；基座4与承压舱的前端端壁密封连接，即与前端盖2密封连接，具体的密封连接方式为：基座4与承压舱的前端端壁的连接面开设有密封槽，密封槽内设置密封圈。当然，本发明中的基座4与承压舱的前端端壁密封连接的方式也可以为焊接。本发明实施例中的透明承压窗片6用于封堵通光孔；透明承压窗片6可透射紫外激发光和散射光；透明承压窗片6的法线与紫外激发光的光路存在夹角。其中透明承压窗片6由高紫外透过率，且耐压、耐腐蚀的透光材料制成。本实施例中，为实现透明承压窗片6的法线与紫外激发光的光路具有夹角，设置基座4与透明承压窗片6的连接面为倾斜面，该倾斜面与前端盖2的端面所在平面之间的夹角与透明承压窗片6的法线与紫外激发光的光路之间的夹角相等。本实施例使用基座4固定透明承压窗片6，其结构稳固。
为进一步保证透明承压窗片6与基座4的连接紧密性，本发明的实施例还设置了密封压板5；密封压板5固定在基座4上，且与基座4密封连接；密封压板5位于透明承压窗片6靠近紫外光学系统的一侧，用于挤压透明承压窗片6，以使透明承压窗片6与基座4的连接处紧贴，其中密封压板5上开设有与通光孔位置对应的第一避让孔。紫外激发光依次通过第一避让孔及通光孔从主舱体1内出射，相应地，散射光依次通过通光孔及第一避让孔进入至主舱体1内。
由于紫外光学系统工作时会产生大量的热量，如不进行散热，则会严重影响紫外光学系统的性能，因此，本发明的实施例在承压舱内设置了散热单元7；散热单元7的传导面与紫外光学系统的紫外光源接触，散热单元7的散热面与承压舱的主舱体1的内壁接触，从而将紫外光源产生的热量快速传导至主舱体1的内壁，实现主舱体1与深海环境快速的热交换，从而降低了主舱体1内的温度，保证了紫外光学系统的工作性能。本发明中的散热单元7可以为散热片或者半导体制冷片。
为便于将紫外光学系统安装于承压舱内以及将紫外光学系统从承压舱内取出，本发明的实施例还设置了底板支撑单元；底板支撑单元设置于承压舱内，并与承压舱可拆卸连接；紫外光学系统固定设置于底板支撑单元上。在需要安装或者取出紫外光学系统时，将底板支撑单元拉出承压舱的主舱体1，然后将紫外光学系统安装在底板支撑单元或者将紫外光学系统与底板支撑单元分离即可，简单方便。
本实施例的底板支撑单元的结构见图4，包括底板支撑架9、前端连接板8和后端连接板10；其中，前端连接板8和后端连接板10的尺寸均与承压舱的主舱体1尺寸匹配；前端连接板8靠近承压舱的前端，前端连接板8上开设有与承压舱的前端设置的通光孔位置相应的第二避让孔；后端连接板10靠近承压舱的后端，后端连接板10上开设有插接孔；底板支撑架9与前端连接板8和后端连接板10固定连接；紫外光学系统固定设置在底板支撑架9上。该种结构，实现了底板支撑单元与承压舱之间的尺寸卡接，进而实现了两者之间的可拆卸连接。当然，本发明实施例中的底板支撑单元也可以采用其他结构，例如可以是一个与主舱体1内壁滑动连接的底板支撑架9，在此不再赘述。
为便于安装及维护主舱体1内的紫外光学系统，本发明的实施例限定前端盖2及后端盖3均与主舱体1可拆卸连接；基座4设置于前端盖2上，基座4与前端盖2密封连接。其中前端盖2及后端盖3与主舱体1的连接可以为使用可拆卸紧固螺丝连接，或者是螺纹连接的方式等。当使用螺钉连接时，为进一步保证前端盖2与主舱体1连接时的密封性以及后端盖3与主舱体1连接时的密封性，本实施例在前端盖2与主舱体1的前端端口连接处以及后端盖3与主舱体1的后端端口连接处均设置有密封槽12，并在密封槽12内设置有密封圈。本实施例中的密封圈的材质为橡胶。
为实现在取下前端盖2的同时，一并取出底板支撑架9，或者是在盖住前端盖2的同时，底板支撑架9能够一并进入至主舱体1内部，本实施例设置前端连接板8与前端盖2固定连接。采用该种结构时，前端盖2与主舱体1的连接为使用可拆卸紧固螺丝连接。
为在保证承压舱内的密封性的同时，能够实现为承压舱内的紫外光学系统供电以及对紫外光学系统的调试，本发明的实施例还设置了水密封插件单元11；水密封插件单元11与后端盖3的连接示意图见图3。其中水密封插件单元11穿过后端盖3，水密封插件单元11的一端与外部设备连接，另一端穿过后端连接板10上开设的插接孔与紫外光学系统连接；利用外部设备为紫外光学系统供电以及调试紫外光学系统。
由于本发明的承压装置用于深海环境，因此，本发明的实施例设置承压舱(包括主舱体1、前端盖2和后端盖3)、基座4和密封压板5的材质为钛合金、铝合金或不锈钢中的任意一种，优选为钛合金。
本发明实施例中的紫外光学系统可以为紫外拉曼光谱仪也可以为深紫外拉曼光谱仪。
本发明实施例的承压装置，其使用过程为：将紫外拉曼光谱仪或者深紫外拉曼光谱仪安装固定于底板支撑架9上，前端连接板8、后端连接板10底部与底板支撑架9两端固定，前端连接板8、后端连接板10的上部与散热单元7两端固定，散热单元7的传导面与紫外拉曼光谱仪或者深紫外拉曼光谱仪中的激光光源接触，散热单元7的散热面与主舱体1内壁接触，前端连接板8固定于前端盖2上，其余部分在主舱体1内非固定连接，外部电源通过电源对应的水密封插件与光谱仪的电源接口连接，外部调试设备通过调试接口对应的水密封插件与光谱仪的调试接口连接。将密封承压装置搭载于深海着陆器上，则水下光学成像系统即可正常工作。当光谱仪正常工作时，激发光通过透明承压窗片6照射到装置外部的被测物表面，所产生的拉曼散射信号通过透明承压窗片6进入承压装置内被探测器捕获，产生的热量可通过散热单元7扩散到承压装置外部，当系统停止工作时，只需将前端盖2连同底板支撑架9整体从主舱体1中抽取，可完成拆卸和重装维修，方便快捷。
本发明的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，使用密封的承压舱保护其内设置的紫外光学系统，可以保证紫外光学系统的正常工作。同时利用视窗承压单元透射紫外激发光和散射光，在不影响出光的情况下，保证了承压舱的密封性能。本发明设置视窗承压单元的透光面的法线与紫外激发光的光路存在夹角，可防止紫外激发光的光束垂直入射至透光面产生的反射光干扰。紫外光学系统中，由于紫外激发光的能量较弱，为保证其对深海环境勘探，需要保证大部分紫外激发光的光束照射于待测物上，避免透光面的反射。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，包括：密封的承压舱和视窗承压单元；
所述承压舱包括相对设置的前端和后端，所述承压舱内固定设置有紫外光学系统；所述紫外光学系统用于出射紫外激发光，并接收从待测物上返回的散射光；
所述视窗承压单元设置于所述承压舱的前端，用于透射所述紫外激发光和所述散射光；所述视窗承压单元的透光面的法线与所述紫外激发光的光路存在夹角。
2.根据权利要求1所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述承压舱的前端设置有通光孔；所述视窗承压单元设置在所述通光孔处；
所述视窗承压单元包括透明承压窗片和用于固定所述透明承压窗片的基座；所述基座与所述承压舱的前端端壁密封连接；
所述透明承压窗片用于封堵所述通光孔；所述透明承压窗片可透射所述紫外激发光和所述散射光；所述透明承压窗片的法线与所述紫外激发光的光路存在夹角。
3.根据权利要求2所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述视窗承压单元还包括密封压板；
所述密封压板固定在所述基座上，且与所述基座密封连接；所述密封压板位于所述透明承压窗片靠近所述紫外光学系统的一侧，用于挤压所述透明承压窗片，以使所述透明承压窗片与所述基座的连接处紧贴；
所述密封压板上开设有与所述通光孔位置对应的第一避让孔。
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，还包括设置于所述承压舱内的散热单元；
所述散热单元的传导面与所述紫外光学系统的紫外光源接触，散热面与所述承压舱的内壁接触。
5.根据权利要求2或3所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，还包括底板支撑单元；
所述底板支撑单元设置于所述承压舱内，并与所述承压舱可拆卸连接；
所述紫外光学系统固定设置于所述底板支撑单元上。
6.根据权利要求5所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述底板支撑单元包括底板支撑架、前端连接板和后端连接板；
所述前端连接板和所述后端连接板的尺寸均与所述承压舱的尺寸匹配；
所述前端连接板靠近所述承压舱的前端，所述前端连接板上开设有与所述承压舱的前端设置的通光孔位置相应的第二避让孔；
所述后端连接板靠近所述承压舱的后端，所述后端连接板上开设有插接孔；
所述底板支撑架与所述前端连接板和所述后端连接板固定连接；所述紫外光学系统固定设置在所述底板支撑架上。
7.根据权利要求6所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述承压舱包括主舱体、设置于主舱体的前端的前端盖和设置于主舱体的后端的后端盖；
所述前端盖及所述后端盖均与所述主舱体可拆卸连接；
所述基座设置于所述前端盖上，所述基座与所述前端盖密封连接。
8.根据权利要求7所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述前端连接板与所述前端盖固定连接。
9.根据权利要求7所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，还包括水密封插件单元；
所述水密封插件单元穿过所述后端盖，所述水密封插件单元的一端与外部设备连接，另一端穿过所述插接孔与所述紫外光学系统连接；
所述外部设备为所述紫外光学系统供电以及调试所述紫外光学系统。
10.根据权利要求1所述的用于深海环境的紫外光学系统承压装置，其特征在于，所述夹角为2～4°。
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CN117330559A (zh) * 2023-11-29 2024-01-02 中国科学院深海科学与工程研究所 一种深海原位拉曼光谱仪

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