CN114070418A - 一种无线水下光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线水下光通信系统，包括工作台以及位于水下的悬浮装置，悬浮装置包括基座，基座的下侧面可转动式连接有载体，载体的内部固定安装有控制器，载体的侧壁上固定安装有光源发射器以及光源接收器，光源发射器、光源接收器以及控制器电连接，本发明通过增设的凸透镜和聚光罩，致使光束经过凸透镜的聚光以及聚光罩对光束的折射，致使光束会聚集在光源探测器上，从而利用凸透镜和聚光罩相结合的优良集光性能来进行水下光通信设备之间光源信号的接收，很大程度的提高了接收光束的接收角度，降低了水下可见光通信系统对发射光束对准性能的依赖。

Description

一种无线水下光通信系统

技术领域

本发明涉及水下通信技术领域，具体为一种无线水下光通信系统。

背景技术

近年来，随着人们对海洋探测的不断深入，对于水下无线通信技术的要求也越来越高，水下可见光通信的优点，使其在商业与军事等领域具有很大的应用前景；

光通信具有低等待时间、高带宽、低能耗以及一对多等诸多优势，十分利于水下通信组网活动，由于损耗的原因长距离通信一般都需要中继设备来维持信号的稳定，但是一般光通信设备间进行光通信时，需要将光源发射器与光源接收器对准后才能进行光信号的传递，若角度存在偏差会降低光通信效率，另外为了提高光通信效率，一般会将光源探测器接收光源的面积扩大，这样便会增加系统功耗以及成本，并且在水下光通信的过程中，光通信设备由于需要长期裸露在水体中，致使光通信探头端部容易附着海草或其他生物，长期使用对通信和检测会造成一定的干扰，因此我们提出了一种无线水下光通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线水下光通信系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无线水下光通信系统，包括工作台以及位于水下的悬浮装置，所述悬浮装置包括基座，所述基座的下侧面可转动式连接有载体，所述载体的内部固定安装有控制器，所述载体的侧壁上固定安装有用于向外发出光信号的光源发射器以及用于接收光信号的光源接收器，所述光源发射器、光源接收器以及控制器电连接，所述载体的内部还设有向光源发射器、光源接收器以及控制器提供电能的蓄电池。

优选的，所述光源接收器包括壳体，所述壳体外端口部罩有凸透镜，所述壳体的内端中部位置固定安装有光源探测器，所述凸透镜与光源探测器之间固定安装有用于汇聚光线的聚光罩，所述聚光罩由靠近光源探测器的一端向着靠近凸透镜的一端内径逐渐扩大。

优选的，所述基座的下侧内腔固定套接有转动座，所述转动座的内部通过第一电机转动连接有转盘，所述载体固定连接在转盘的侧壁上。

优选的，所述工作台上设有收纳腔，所述悬浮装置活动收纳至收纳腔内，所述收纳腔的侧壁上固定安装有固定盒，所述固定盒与基座上设有可分离的电路连接装置用于实现给蓄电池进行充电，所述电路连接装置包括顶柱，所述顶柱固定安装在固定盒的内部，所述顶柱的外壁上滑动套接有滑动套，所述滑动套的下端两侧固定连接有导向杆，所述导向杆通过第一弹簧滑动连接在固定盒的内部，所述顶柱的下端与滑动套的内壁滑动密封，所述顶柱的外侧壁两侧均固定连接有可导电的接线座，所述接线座通过导线与工作台上的电源连接，所述电路连接装置还包括固定套，所述固定套固定连接在基座的内部，所述固定套的内部通过第二弹簧滑动连接有滑块，所述滑块的外壁与固定套的内壁滑动密封，所述固定套与滑动套活动对接，所述顶柱的下端可滑动插接至固定套的内部并驱动滑块克服第二弹簧的弹力滑动，所述顶柱的内部开有用于将滑动套、固定套内的水向外排出的通孔，所述固定套两侧侧壁上通过第三弹簧转动连接有接线杆，所述接线杆的端部贯穿固定套的侧壁与接线座活动连接，所述接线杆通过导线与蓄电池电连接。

优选的，所述固定盒的两侧侧壁上转动连接有缠绕轴，所述缠绕轴通过第二电机驱动转动，两个缠绕轴的内部均缠绕有拉绳，所述拉绳的下端连接在基座的侧壁上，通过拉绳的收放控制悬浮装置在水下的深度。

优选的，所述拉绳的下端通过强力电磁铁与基座可拆卸式连接，所述基座通过连接架与外部航行器连接，通过航行器驱使悬浮装置在水下自由移动有利于更为广泛的光通信；

优选的，所述载体的侧壁上固定安装有第三电机，所述第三电机的输出轴上固定安装有转杆，所述转杆的侧壁上固定连接有用于擦拭光源发射器以及光源接收器头部的海绵体，通过第三电机的启动，致使第三电机带着转杆转动，从而使转杆上的海绵体对光源发射器以及光源接收器的头部进行清理，从而可以防止水中杂质附着在光源发射器以及光源接收器的头部，保证了正常发射以及接收光信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过增设的凸透镜和聚光罩，致使光束经过凸透镜的聚光以及聚光罩对光束的折射，致使光束会聚集在光源探测器上，从而利用凸透镜和聚光罩相结合的优良集光性能来进行水下光通信设备之间光源信号的接收，很大程度的提高了接收光束的接收角度，降低了水下可见光通信系统对发射光束对准性能的依赖；

2、本发明通过拉绳将悬浮装置拉入收纳腔的内部后，致使滑动套与固定套对接，并且通过顶柱以及滑块的配合，促使滑动套与固定套内部的水从通孔的内部排出，并且顶柱滑入固定套的内部后，促使接线座与接线杆进行连接，从而实现蓄电池与工作台上的电源连接，以达到给蓄电池自动充电的目的，增加蓄电池的续航能力；

3、本发明通过第三电机的启动，致使第三电机带着转杆转动，从而使转杆上的海绵体对光源发射器以及光源接收器的头部进行清理，从而可以防止水中杂质附着在光源发射器以及光源接收器的头部，保证了正常发射以及接收光信号。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图I；

图2为本发明的整体结构示意图II；

图3为本发明的整体结构剖视图；

图4为本发明的工作台、收纳腔、固定盒、拉绳与基座处的剖视图；

图5为本发明的固定盒、拉绳、基座与载体处的结构示意；

图6为本发明的基座、载体、光源发射器与光源接收器处的剖视图；

图7为本发明的载体、壳体、凸透镜、光源探测器与聚光罩处的剖视图；

图8为本发明的固定盒、拉绳、基座、滑动套与固定套处的结构示意；

图9为本发明的基座、蓄电池、顶柱、滑动套、导向杆与第一弹簧处的剖视图；

图10为本发明的基座、固定盒、顶柱、固定套、滑动套、滑块、接线座与接线杆处的剖视图I；

图11为本发明的基座、固定盒、顶柱、固定套、滑动套、滑块、接线座与接线杆处的剖视图II；

图12为本发明的基座、固定盒、顶柱、固定套、滑动套、滑块、接线座与接线杆处的剖视图III；

图13为本发明的基座、载体、转动座、第一电机与转盘处的剖视爆炸图；

图14为本发明的基座、载体与航行器处的结构示意；

图15为本发明的工作台、收纳腔、基座、载体与航行器处的结构示意。

图中：1、工作台，101、收纳腔，2、悬浮装置，201、基座，202、载体，3、控制器，4、光源发射器，5、光源接收器，501、壳体，502、凸透镜，503、光源探测器，504、聚光罩，6、蓄电池，7、转动座，8、第一电机，9、转盘，10、固定盒，11、顶柱，1101、通孔，12、滑动套，13、导向杆，14、第一弹簧，15、接线座，16、固定套，17、第二弹簧，18、滑块，19、第三弹簧，20、接线杆，21、缠绕轴，22、第二电机，23、拉绳，24、航行器，25、强力电磁铁，26、第三电机，27、转杆。

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。

请参阅图1-15；

实施例1：本发明提供一种技术方案：一种无线水下光通信系统，包括工作台1以及位于水下的悬浮装置2，所述悬浮装置2包括基座201，所述基座201的下侧面可转动式连接有载体202，所述载体202的内部固定安装有控制器3，所述载体202的侧壁上固定安装有用于向外发出光信号的光源发射器4以及用于接收光信号的光源接收器5，所述光源发射器4、光源接收器5以及控制器3电连接，控制器3起到控制光源发射器4发射光束信号、光源接收器5接收光束信号的作用，工作台1以及悬浮装置2均匀分布在不同水域(之间在允许光通信的范围内)，光信号在多个悬浮装置2中间依次传送，所述载体202的内部还设有向光源发射器4、光源接收器5以及控制器3提供电能的蓄电池6。

如图7所示，为了提高本发明对光信号的接收能力，具体而言，所述光源接收器5包括壳体501，所述壳体501外端口部罩有凸透镜502，所述壳体501的内端中部位置固定安装有光源探测器503，所述凸透镜502与光源探测器503之间固定安装有用于汇聚光线的聚光罩504，聚光罩504的内侧壁上涂有一层可反光的材质，所述聚光罩504由靠近光源探测器503的一端向着靠近凸透镜502的一端内径逐渐扩大；

如图7所示，通过增设的凸透镜503和聚光罩504，致使光束经过凸透镜503的聚光以及聚光罩504对光束的折射，致使光束会聚集在光源探测器503上，具体方法为：

如图7所示的实心箭头为光源信号照射方向(光束水平照射)，此时当实心箭头照射至凸透镜502上后，利用凸透镜502聚光的原理，穿过凸透镜502的光束会向中部汇聚，致使光束强度增加后照射至光源探测器503上，这样可提高光信号的接收能力；且如图7所示的空心箭头为光源信号照射方向(光束呈一定角度照射)，在此状态下凸透镜502能够起到将光束汇聚的作用(但是无法使汇聚的光束照射至光源探测器503上)，并且汇聚的光束投射至聚光罩504上，这样通过增设的聚光罩504，实现光束的不断折射，最终投射至光源探测器503，可进一步提高光信号的接收能力，致使在光信号允许的范围内，很大程度的提高了接收光束的接收角度，降低了水下可见光通信系统对发射光束对准性能的依赖；

如图13所示，为了更好的使该发明搜寻或接收光信号，具体而言，所述基座201的下侧内腔固定套接有转动座7，所述转动座7的内部通过第一电机8转动连接有转盘9，所述载体202固定连接在转盘9的侧壁上，如图13所示，第一电机8固定安装在转动座7的侧壁上，第一电机8的输出轴通过齿轮与转盘9啮合连接，这样当第一电机8启动时，第一电机8的输出轴便会带着转盘9进行转动，转盘9转动过程中，转盘9便会带着光源发射器4以及光源接收器5转动，从而扩大了光源发射器4以及光源接收器5搜寻、接收光信号的角度范围，第一电机8驱动转盘9的转动方式可为正向转动180°后再反向转动180°，如此循环转动。

如图8-12所示，为了能够对蓄电池6进行自动充电，具体而言，所述工作台1上设有收纳腔101，所述悬浮装置2活动收纳至收纳腔101内，所述收纳腔101的侧壁上固定安装有固定盒10，所述固定盒10与基座201上设有可分离的电路连接装置用于实现给蓄电池6进行充电，所述电路连接装置包括顶柱11，所述顶柱11固定安装在固定盒10的内部，所述顶柱11的外壁上滑动套接有滑动套12，所述滑动套12的下端两侧固定连接有导向杆13，所述导向杆13通过第一弹簧14滑动连接在固定盒10的内部，所述顶柱11的下端与滑动套12的内壁滑动密封，顶柱11的下端优选采用橡胶材质，所述顶柱11的外侧壁两侧均固定连接有可导电的接线座15，所述接线座15通过导线与工作台1上的电源连接，所述电路连接装置还包括固定套16，所述固定套16固定连接在基座201的内部，所述固定套16的内部通过第二弹簧17滑动连接有滑块18，所述滑块18的外壁与固定套16的内壁滑动密封，滑块18优选采用橡胶材质，所述固定套16与滑动套12活动对接，所述顶柱11的下端可滑动插接至固定套16的内部并驱动滑块18克服第二弹簧17的弹力滑动，所述顶柱11的内部开有用于将滑动套12、固定套16内的水向外排出的通孔1101，所述固定套16两侧侧壁上通过第三弹簧19转动连接有接线杆20，所述接线杆20的端部贯穿固定套16的侧壁与接线座15活动连接，所述接线杆20通过导线与蓄电池6电连接；

如图10所示，当拉绳23拉着悬浮装置2靠近固定盒10后，促使固定套16与滑动套12对接，这样固定套16、滑动套12、顶柱11以及滑块18之间会形成密闭的空间，且该空间内存有水，继续拉动悬浮装置2朝着固定盒10内移动，此时，固定套16会将滑动套12朝着固定盒10内顶动(滑动套12克服第一弹簧14的弹力)，这样便可促使顶柱11在滑动套12内向下滑动，此时固定套16、滑动套12、顶柱11以及滑块18之间形成的空间逐渐变小，致使该空间的水挤压后顺着通孔1101排出，当顶柱11的下端与滑块18接触后，水被完全排出(水按照如图12所示的箭头方向排出)，此时再继续拉动悬浮装置2朝着固定盒10内移动，这样顶柱11便会顶着滑块18一起向下滑动，致使滑块18以及顶柱11的下端越过接线杆20的上端后，接线杆20会与接线座15接触，这样便可使蓄电池6与工作台1上的电源连接实现给蓄电池6进行充电，提高了蓄电池6的续航能力，当拉绳23展开后，通过第一弹簧14以及第二弹簧17的弹力，促使滑动套12、顶柱11以及滑块18复位，这样便可驱使接线杆20与接线座15脱离连接，蓄电池6充电结束。

如图10所示，为了能够控制悬浮装置2在水下的深度，具体而言，所述固定盒10的两侧侧壁上转动连接有缠绕轴21，所述缠绕轴21通过第二电机22驱动转动，如图10所示，第二电机22固定安装在固定盒10的内部，且固定盒10的内部转动连接有转动轴，转动轴的两端通过齿牙与缠绕轴21的侧壁固定连接，且第二电机22的输出轴与转动轴的中部进行连接，当第二电机22启动后，第二电机22的输出轴便会带着转动轴进行转动，这样转动轴便会带着两个缠绕轴21进行旋转，两个缠绕轴21的内部均缠绕有拉绳23，所述拉绳23的下端连接在基座201的侧壁上，通过拉绳23的收放控制悬浮装置2在水下的深度；

如图2所示，当启动第二电机22致使缠绕轴21将拉绳23展开后，悬浮装置2便会先向下移动，当启动第二电机22致使缠绕轴21将拉绳23进行收卷后，悬浮装置2被拉绳23向上拉动直至悬浮装置2缩进收纳腔101的内部，这样便可有效的控制悬浮装置2在水下的深度，以便更好地搜寻或接收光信号。本申请中的悬浮装置2起到的作用是将数据向下一个装置进行转送的中继作用，从而通过多个悬浮装置2上的光源发射器4、光源接收器5以及控制器3形成光通信的组网系统，具体的终端可通过设置现有的通信号收/发装置来将数据发送/获取到此系统中。

实施例2：如图15所示，在实施例1的基础上，为了能够使悬浮装置2脱离拉绳23的束缚，以便悬浮装置2能够在水下自由移动位置，具体而言，所述拉绳23的下端通过强力电磁铁25与基座201可拆卸式连接，强力电磁铁25通电后产生吸力，断电后吸力消失，所述基座201通过连接架与外部航行器24连接，通过航行器24驱使悬浮装置2在水下自由移动有利于更为广泛的光通信，航行器24为现有技术产品，故不做赘述，另外，一个工作台1上可设有多个收纳腔101，从而使一个工作台1可携带多个悬浮装置2(以及航行器24)进行光通信，扩大了一个工作台1的光通信范围；

另外，强力电磁铁25固定在基座201的侧壁上，拉绳23的下端连接有磁性件，当强力电磁铁25通电后，强力电磁铁25会将磁性件吸附住，致使拉绳23与基座201进行连接，且强力电磁铁25与蓄电池6、控制器3电连接，强力电磁铁25的通断电控制方法为：悬浮装置2随着航行器24移动至收纳腔101的内部，此时控制器3控制强力电磁铁25通电，这样强力电磁铁25便会吸住磁性件，从而使拉绳23与悬浮装置2进行连接，然后按照上述实施例1的方式对蓄电池6进行充电，且蓄电池6的充电量被控制器3实时进行监控，当控制器3监控到蓄电池6内的电量充满后，控制器3控制强力电磁铁25断电，这样，便可实现拉绳23与悬浮装置2断开，以便悬浮装置2能够随着航行器24在水下自由移动位置。

实施例3：如图6-8所示，在实施例1或2的基础上，为了能够对光源发射器4以及光源接收器5的头部进行清理，以保证正常发射以及接收光信号，具体而言，所述载体202的侧壁上固定安装有第三电机26，所述第三电机26的输出轴上固定安装有转杆27，如图6所示，当第三电机26转动后，第三电机26的输出轴便会带着转杆27进行转动，所述转杆27的侧壁上固定连接有用于擦拭光源发射器4以及光源接收器5头部的海绵体，通过第三电机26的启动，致使第三电机26带着转杆27转动，从而使转杆27上的海绵体对光源发射器4以及光源接收器5的头部进行清理，从而可以防止水中杂质附着在光源发射器4以及光源接收器5的头部，保证了正常发射以及接收光信号。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种无线水下光通信系统，包括工作台(1)以及位于水下的悬浮装置(2)，其特征在于：所述悬浮装置(2)包括基座(201)，所述基座(201)的下侧面可转动式连接有载体(202)，所述载体(202)的内部固定安装有控制器(3)，所述载体(202)的侧壁上固定安装有光源发射器(4)以及光源接收器(5)，所述光源发射器(4)、光源接收器(5)以及控制器(3)电连接，所述载体(202)的内部还设有向光源发射器(4)、光源接收器(5)以及控制器(3)提供电能的蓄电池(6)。

2.根据权利要求1所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述光源接收器(5)包括壳体(501)，所述壳体(501)外端口部罩有凸透镜(502)，所述壳体(501)的内端中部位置固定安装有光源探测器(503)，所述凸透镜(502)与光源探测器(503)之间固定安装有聚光罩(504)。

3.根据权利要求1所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述基座(201)的下侧内腔固定套接有转动座(7)，所述转动座(7)的内部通过第一电机(8)转动连接有转盘(9)，所述载体(202)固定连接在转盘(9)的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述工作台(1)上设有收纳腔(101)，所述悬浮装置(2)活动收纳至收纳腔(101)内，所述收纳腔(101)的侧壁上固定安装有固定盒(10)，所述固定盒(10)与基座(201)上设有可分离的电路连接装置用于实现给蓄电池(6)进行充电，所述电路连接装置包括顶柱(11)，所述顶柱(11)固定安装在固定盒(10)的内部，所述顶柱(11)的外壁上滑动套接有滑动套(12)，所述滑动套(12)的下端两侧固定连接有导向杆(13)，所述导向杆(13)通过第一弹簧(14)滑动连接在固定盒(10)的内部，所述顶柱(11)的下端与滑动套(12)的内壁滑动密封，所述顶柱(11)的外侧壁两侧均固定连接有可导电的接线座(15)，所述接线座(15)通过导线与工作台(1)上的电源连接，所述电路连接装置还包括固定套(16)，所述固定套(16)固定连接在基座(201)的内部，所述固定套(16)的内部通过第二弹簧(17)滑动连接有滑块(18)，所述滑块(18)的外壁与固定套(16)的内壁滑动密封，所述固定套(16)与滑动套(12)活动对接，所述顶柱(11)的下端可滑动插接至固定套(16)的内部并驱动滑块(18)克服第二弹簧(17)的弹力滑动，所述顶柱(11)的内部开有用于将滑动套(12)、固定套(16)内的水向外排出的通孔(1101)，所述固定套(16)两侧侧壁上通过第三弹簧(19)转动连接有接线杆(20)，所述接线杆(20)的端部贯穿固定套(16)的侧壁与接线座(15)活动连接，所述接线杆(20)通过导线与蓄电池(6)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述固定盒(10)的两侧侧壁上转动连接有缠绕轴(21)，所述缠绕轴(21)通过第二电机(22)驱动转动，两个缠绕轴(21)的内部均缠绕有拉绳(23)，所述拉绳(23)的下端连接在基座(201)的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述拉绳(23)的下端通过强力电磁铁(25)与基座(201)可拆卸式连接，所述基座(201)通过连接架与外部航行器(24)连接。

7.根据权利要求1所述的一种无线水下光通信系统，其特征在于：所述载体(202)的侧壁上固定安装有第三电机(26)，所述第三电机(26)的输出轴上固定安装有转杆(27)，所述转杆(27)的侧壁上固定连接有用于擦拭光源发射器(4)以及光源接收器(5)头部的海绵体。

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