CN116417836A - 深海插拔光电连接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种深海插拔光电连接系统，包括插头装置和插座装置；插头装置包括插头腔室板、插头电插针和插头光纤插针；插头腔室板内设有充满硅油的插头腔室，插头腔室内置有插头油囊，插头油囊外包裹硅油，插头油囊在海下工作时，海水可进入到插头油囊中；插头光纤插针穿过插头腔室使置于插头腔室内的插头光纤插针受到保护；插座装置包括插座油囊、数量与插头电插针相等的插座电插针、数量与插头光纤插针相等的插座光纤插针；插座油囊内充满硅油，插座油囊内置有油囊弹簧，油囊弹簧弹性支撑插座油囊的两端，使插座油囊的体积可变；插座光纤插针穿过插座油囊使置于插座油囊内的部分插座光纤插针受到保护；本发明能平衡油囊和海水。

Description

深海插拔光电连接系统
技术领域
本发明涉及水下设备零部件领域，特别涉及深海插拔光电连接系统。
背景技术
20世纪80年代初期，国外连接器的使用领域从地面扩展到了水下，为适应新的使用环境，充油式压力平衡水下插拔连接器开始面世，这种电连接器不仅结构紧凑，而且具有水密功能，使连接器用于深海成为可能。随着海洋科学迅速发展，为对海洋进行新一轮的探索与开发，国外永久性的有线海底观测站的建立，给水下插拔连接器提供了施展才华的机会，它能为观测站与通信电缆之间提供可靠的水下插拔连接。水下插拔连接器在实现系统一些零部件的安装、维修和重组等方面是别的连接器所无法比拟的。随着海底观测站对海底探测的范围越来越大，提供的数据也越来越多，这直接推动了水下插拔连接器的不断创新。现今，美国、英国和日本等都有自己的海底观测站，而水下插拔连接器是组建新型海底观测站的条件之一。目前，国外水下插拔连接器从开始的单一品种已发展到各类功能强大的改进产品，如全光型、光电混装型连接器；从小功率连接器发展到大功率、高电压、多芯连接器。
国内的水密连接器领域已有相当的技术基础，但多为干插拔水下使用型连接器，应用环境受限。目前国内水下插拔技术领域尚属空白，处于研制的起步阶段，有关水下插拔的关键技术，仍有待突破。国内海洋工程用水下插拔连接器均为进口产品，成本高，采购周期长，制约着海洋工程的开发。
深海插拔光电连接系统是保证水下设备正常工作的重要装置，也是海底观测网，能源勘探水下电力分配等领域的关键部件；深海插拔光电连接系统能够实现光和电信号的传输，以及机械连接。国内传统较为先进的水下连接器为四芯电结构，最大使用深度为2000米。现有的光电一体深海原位湿插拔的光电连接器技术比较落后，使用寿命短，难以对插头和插座各自的油囊提供稳压环境。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种深海插拔光电连接系统。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提出的深海插拔光电连接系统，包括：插头装置和插座装置；
插头装置包括插头腔室板、至少两个并置的插头电插针和至少四个并置的插头光纤插针；
插头腔室板内设有充满硅油的插头腔室，插头腔室内置有插头油囊，插头油囊外包裹硅油，插头油囊在海下工作时，海水可进入到插头油囊中；
插头光纤插针穿过插头腔室使置于插头腔室内的部分插头光纤插针受到保护；
插座装置包括插座油囊、数量与插头电插针相等的插座电插针、数量与插头光纤插针相等的插座光纤插针；
插座油囊内充满硅油，插座油囊内置有油囊弹簧，油囊弹簧弹性支撑插座油囊的两端，使插座油囊的体积可变；
插座光纤插针穿过插座油囊使置于插座油囊内的部分插座光纤插针受到保护；
插头光纤插针的一端连接外部的第一光缆，插头电插针的一端连接外部的第一电缆；插座电插针的一端连接外部的第二电缆，插座光纤插针的一端连接外部的第二光缆；插头装置和插座装置进行连接后，插头电插针的另一端和插座电插针的另一端电连接实现第一电缆和第二电缆的电连接，插头光纤插针的另一端和插座光纤插针的另一端电连接实现第一光缆和第二光缆的电连接。
本发明能够取得以下技术效果：
工作稳定性好；在高压盐腐的深海环境下，插座装置和插头装置内部空腔和外表面形成巨大的压差，因此插座装置和插头装置连接后很难轻易拔开；本发明在插头装置内设置插头腔室、插座装置内部设有插座油囊，插头腔室内为水外为油、插座油囊内为油外为水来调节内外压力平衡；同时本发明在插拔过程中，插入前和插入中时刻满足静密封和动密封；通过绝缘油，可有效湮灭电弧，适用高电压与大电流的防爆设计，同时绝缘油也保证了光连接部分的洁净度和光学性能。
附图说明
图1是本发明实施例的插头装置和插座装置的外观示意图；
图2是本发明实施例的插头装置的局部剖视图；
图3是本发明实施例的插座装置的局部剖视图；
图4是本发明实施例的插座电插针的全剖视图；
图5是本发明实施例的插头端密封部件的整体结构示意图；
图6是本发明实施例的插头端密封部件的分体结构示意图；
图7是本发明实施例的插头腔室的结构示意图；
图8是本发明实施例的插座油囊的透视图；
图9是本发明实施例的插头端盖的结构示意图；
图10是本发明实施例的插头装置的正视结构图。
其中的附图标记包括：手柄1、柔性连接部2、支撑杆3、弯管4、插头端密封部件5、插座端密封部件6、插头端盖7、插头腔室板主体8、插头油囊9、插头导向轨道11、插头外壳12、插头内壳滑块13、孔洞14、插拔轨道15、插拔滑块16、插头光电固定板17、插头光纤插针18、插头电插针19、第一弹簧20、插头腔室21、油囊通孔22、插座入水孔23、插头入水孔24、插座外壳25、卡槽26、卡环27、插座油囊28、插座油囊外壳28-1、插座油囊弹簧组28-2、插座油囊支撑座28-3、插座电插针主体29、插座光纤插针30、插座外壳主体31、插座法兰盘32、密封块35、插座外壳支撑壁37、金属衬套38、入口套管39、滑销弹簧40、主套管41、滑销42；
第一橡胶块5-1、第一制动通孔5-11、第一转动孔5-12、第一弹片插槽5-13、第一安装槽5-14、第二橡胶块5-2、第一安装孔5-21、第一转动机构5-3、第一转动轴5-31、第一转动外壳5-32、第一转动手柄5-33、第一转动弹片5-34、第一插针连接孔5-35、第一插针通孔5-36、第一导向通孔5-37、制动杆5-4、第三橡胶块5-5、柔性挡块5-41；
第五橡胶块6-1、第二导向通孔6-2、第二转动外壳6-3、第二插针连接孔6-4、第二转动轴6-5、第二插针通孔6-6。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面结合图1到图10对本发明的具体工作方式进行详细说明：
本发明提出一种深海插拔光电连接系统，包括：第一光电系统、第二光电系统、进行插拔配合的插头装置和插座装置；第一光电系统包括第一光缆和第一电缆。第二光电系统包括第二光缆和第二电缆。第一光电系统与第二光电系统分别与外部电缆及光缆连接，通过本发明提出的深海插拔光电连接系统，实现外部光缆与电缆在深海环境下的连接。
插头装置包括插头腔室板、至少两个并置的插头电插针19和至少四个并置的插头光纤插针18；
插头电插针19采用铍青铜材料；铍青铜材料导电性能好，弹性优良，满足了电学性能要求的同时，也抗振动和冲击。
如图7所示，插头腔室板内设有充满硅油的插头腔室21，插头腔室21内置有插头油囊9，插头油囊9外包裹硅油，插头油囊9在海下工作时，海水可进入到插头油囊9中；
根据现有的光纤插接的方法的不同，插头光纤插针18的端部进入插头腔室21，或者插头光纤插针18穿过插头腔室21，使置于插头腔室21内的部分插头光纤插针受到保护；本实施例插头光纤插针18的端部初始时置于插头腔室21内。
插座装置包括插座油囊28、数量与插头电插针19相等的插座电插针、数量与插头光纤插针18相等的插座光纤插针30；其外壳为橡胶。
插座油囊28内充满硅油，插座油囊28内置有油囊弹簧，油囊弹簧弹性支撑插座油囊28的两端，使插座油囊28的体积可变；
插座光纤插针30穿进插座油囊28以受到保护；
插头光纤插针18的一端连接外部的第一光缆，插头电插针19的一端连接外部的第一电缆；插座电插针的一端连接外部的第二电缆，插座光纤插针30的一端连接外部的第二光缆；插头装置和插座装置进行连接后，插头电插针19的另一端和插座电插针的另一端电连接实现第一电缆和第二电缆的电连接，插头光纤插针18的另一端和插座光纤插针30的另一端电连接实现第一光缆和第二光缆的电连接。
本发明主要是解决了油囊的水下平衡问题，在插座装置进入海水中，插座油囊28与海水接触，海水的水压会压迫插座油囊28变形，海水压力越大，插座油囊28变形越大，当海水压迫插座油囊28向内变形时，插座油囊28内部的硅油会进行流动，形成油路；当硅油运动到插座电插针和插座光纤插针时，在一定程度上起到清洗插针的作用。而插头装置的插头腔室21里面是海水，外面是硅油。插头装置进入海水中，海水的水压会压迫插头油囊9变形，从而使插头腔室21的压力平衡。
在本发明的一个优选实施例中，图1示出了插头装置和插座装置的外观，插头装置和插座装置相对布置。图2示出了插头装置的内部细节。如图1-2和图10所示，插头装置还包括插头外壳和插头内壳组件。
具体的，插头外壳12为一端具有插头开口的圆筒结构，筒壁材料为钛合金。插头开口朝向插座装置。以开口处设置为插头装置的前向，以筒底方向设置为插头装置的后向。
插头内壳组件置于插头外壳12内，其包括在插头外壳12的轴向上与插头外壳12滑动连接的插头腔室板、与插头腔室板固定的插头端密封部件5；
插头腔室板与插头外壳12有间隔的同轴套接。插头端密封部件5包括可打开或关闭的插头端光纤插针通道。插头腔室板和插头外壳12的筒底之间抵接有第一弹簧20。
优选的，插头腔室板包括相互固定的插头端盖7和插头腔室板主体8。插头外壳12内部由内到外依次布置第一弹簧、插头端盖7、插头腔室板主体8、插头端密封部件5。插头端盖7和插头外壳12的筒底留有间隔。
插头腔室板主体8上开设有与插头光纤插针18的数量相等的油囊通孔22，如图7所示，油囊通孔22的形状优选为葫芦形，即两个圆形通孔，但两个圆形通孔的上下部分重叠。油囊通孔22的两端由插头端盖7和插头端密封部件5密封以形成插头腔室21。在油囊通孔22中充满硅油，并且插头腔室21的内部放置一端具有开口的插头油囊9，通过硅油和海水调节插头油囊9自身的膨胀及缩小变形，来平衡插头装置内部与外部的压差。插头油囊9的外表面、油囊通孔22的内壁面、插头端盖7和插头端密封部件5共同形成插头腔室21。如图9所示，插头端盖7上开设有与插头光纤插针18数量一致的孔洞14，插头油囊9的开口与孔洞14相连通且位置相对应，这样插头外壳12中的海水可以通过孔洞14进入到插头油囊9中。插头外壳12在靠近筒底区域开设有插头入水孔24，进一步便于海水进入到插头外壳12内。
插头腔室板主体8的形状为法兰结构，一圈的法兰盘置于前方。便于第一弹簧20套在插头腔室板主体8上，第一弹簧20的两端抵接在筒底和法兰盘处。法兰盘的周向均布有两个插头内壳滑块13，插头外壳12上设置有两个通孔结构的插头导向轨道11，便于插头内壳组件与插头外壳12滑动连接。插头导向轨道11也有进水孔的作用。插头内壳滑块13和插头导向轨道11限制插头外壳12和插头腔室板相互的运动范围和运动方向。
插头光电固定板17位于插头外壳12的筒壁的后向，且固定安装在插头外壳12上，插头光电固定板17采用陶瓷材料；插头光电固定板17将至少两个插头电插针19和至少四个插头光纤插针18固定在筒底上；
在未连接状态下，插头电插针19固定在插头外壳12内。其一端固定在插头外壳12的筒底上，并依次穿设插头腔室板和插头端密封部件5。插头电插针19从插头装置伸出。
在未连接状态下，插头光纤插针18固定在插头外壳12内。其一端固定在插头外壳12的筒底上，并穿过插头腔室21而进入插头端密封部件5，连接时插头光纤插针的另一端可以通过插头端光纤插针通道。
优选地，插头外壳12的内壁上设有沿其长度方向布置的插拔轨道15，插座外壳25的外表面上设有插拔滑块16，插拔轨道15和插拔滑块16配合，起到导向的作用，利于两个外壳准确插拔。
优选地，插头装置还包括手柄组件。手柄组件包括：手柄1、柔性连接部2和支撑杆3，手柄组件设置在插头装置远离插座装置的一端；手柄1通过柔性连接部2柔性固定连接支撑杆3。柔性连接部2采用柔性材料；至少两个的支撑杆3均布固定设置在插头外壳上。
优选地，插头装置还包括保护第一光缆和第一电缆的弯管4；弯管4的端部与插头装置的外部密封固定连接。弯管4安装在插头外壳12的后方，插头外壳12向后继续延伸筒壁，延伸的筒壁和筒底形成一个开口腔室被弯管密封。
图3示出了插座装置的内部细节。
如图3所示，插座装置包括插座外壳25和插座内壳组件。插座内壳组件包括插座端密封部件6和固定在插座外壳25内的插座油囊，插座端密封部件6与插座油囊固定连接；插座装置的远离插座开口的一端与第二光电系统连接。
其中，插座外壳25组件包括：插座外壳主体31和插座法兰盘32。插座外壳主体31为圆柱壳体结构，材料为钛合金；插座法兰盘32安装在插座外壳主体31的外圆柱面上。插座外壳主体31中的插座外壳支撑壁37将插座外壳25的内部空间分为插座外壳25前腔和插座外壳25后腔；插座外壳25前腔靠近插座开口。
优选的，插座外壳主体31的外圆柱面上还设有外螺纹和密封圈，用于和其他设备连接。
优选的，插座法兰盘32通过螺钉拧紧以及定位销过盈配合的方式，固定连接在插座外壳25上。
其中，插座内壳组件固定安装在插座外壳25内，且与第二光电系统连接；插座内壳组件包括：插座端密封部件6、插座光电固定板36、插座油囊28。插座端密封部件6包括可打开或关闭的插座端光纤插针通道；在插座外壳25前腔内，插座端密封部件6和插座油囊依次固定连接；插座油囊28固定安装在插座外壳支撑壁37上。插座光电固定板36采用陶瓷材料。更为具体的，插座外壳支撑壁37的一端面和插座油囊28贴合、固定连接，其另一端面和插座光电固定板36固定连接。
其中，图8示出了插座油囊部28的内部结构；如图8所示，插座油囊28用于平衡插座装置与外界的压力差；插座油囊28包括：插座油囊外壳28-1，插座油囊支撑座28-3，插座油囊弹簧组28-2。插座油囊外壳28-1的两个端面上分布固定有插座油囊支撑座28-3；插座油囊弹簧组28-2包括至少两个油囊弹簧，油囊弹簧的两端分别与插座油囊支撑座28-3固定连接。海水从插座外壳25分别和插座油囊28、插座端密封部件6之间的空隙分布到插座油囊28的周部。另外，插头外壳12在与插座油囊外壳28-1的对应位置还开设有插座入水孔23。在海水的作用下，插座油囊外壳28-1会发生变形以维持稳压。插座油囊28内充满硅油。硅油的粘度系数小，绝缘性能好，耐温广，能满足水下即时插拔的需要。选用硅油保证了插头光纤插针与插座光纤插针30在插合和分离过程中，均在绝缘的硅油中进行，可有效湮灭插头电插针与插座电插针电连接和分离时产生的电弧，对光纤插针具有清洁作用，实现了带电插拔。
插座油囊外壳28-1固定在插座外壳支撑壁37的一端面，轴心上开有通孔，供插座电插针和插座光纤插针30进入到插座油囊中。插座外壳支撑壁37上开设有凹槽，供插座油囊外壳28-1的一端面坐落到凹槽中，两者密封固定连接。插座油囊外壳28-1的另一端面固定贴合在插座端密封部件6上。插座油囊外壳28-1的另一端面开设有插座光纤插针30数量相同的通孔，该通孔与每一个插座端光纤插针通道连接。插座光纤插针30的另一端可以搭在该通孔处。
其中，插座电插针和插座光纤插针30别依次穿过插座端密封部件6、插座油囊28、插座外壳支撑壁37(即插头外壳12的筒底)和插座光电固定板36，插座光电固定板36对插座电插针的一端和插座光纤插针30的一端进行固定。
插座光纤插针30固定在插座外壳25内并依次穿过插座油囊和插座端密封部件6，插座光纤插针30的另一端可以通过插座端光纤插针通道。
插座电插针采用铍青铜材料。铍青铜材料导电性能好，弹性优良，满足了电学性能要求的同时，也抗振动和冲击。
至少四个插座光纤插针30位于插座外壳25后腔的部分与第二光缆连接；每个插座光纤插针30和插座光电固定板36之间均安装有用于缓冲的光纤插针弹簧。
插头装置与插座装置连接时，插座外壳25插入插头外壳12和插头内壳组件之间，插头端密封部件5和插座端密封部件6抵接至插头外壳与插座外壳25通过锁扣件相互锁定；插头端光纤插针通道与插座端光纤插针通道打开，插头电插针和插座电插针电连接，插头光纤插针和插座光纤插针30电连接。
更为优选地，图4示出了插座电插针的内部细节。如图4所示，插座电插针包括：入口套管39、主套管41、金属衬套38、滑销42、滑销弹簧40、插座电插针主体29和密封块35。
金属衬套38安装在入口套管39内的一端，支撑入口套管39，其对入口套管39的强度具有改善作用；入口套管39插入插座端密封部件6内。入口套管39采用氟硅橡胶材料；入口套管39内部设有多圈用于密封的环形凸起；当插座装置未与插头装置插合时，环形凸起的内壁面与滑销42过盈配合，密封入口套管39；当插座装置与插头装置插合时，环形凸起与插入入口套管39内的插头电插针过盈配合，密封入口套管39。优选插头电插针的另一端不完全穿过插座端密封部件，该另一端置于插座端密封部件内。插座端密封部件开有与滑销42大小匹配的通孔，供插头电插针通过并抵接滑销42。
入口套管39的另一端固定套接在主套管41上，入口套管39和主套管41两者形成插座电插针内腔；在插座电插针内腔内，滑销42、滑销弹簧40和插座电插针主体29依次抵接。
主套管41固定安装在插座外壳支撑壁37上；主套管41上设有可与插座油囊28连通的压力阀，压力阀用于平衡主套管41与插座油囊28之间压力差。
插座电插针主体29一端固定于插座电插针内腔内，一端穿过插座外壳支撑壁37，位于插座外壳25后腔内，与第二电缆连接；插座电插针主体29与插座外壳支撑壁37通过密封块35密封，密封块35通过插座光电固定板36固定在插座外壳支撑壁37内。
插头装置与插座装置连接后：插头外壳12和插座外壳25先通过插拔轨道15和插拔滑块16连接；插座外壳25插入插头外壳12和插头内壳组件之间；插头端密封部件5与插座端密封部件6抵接；插头端光纤插针通道与所述插座端光纤插针通道打开，插头电插针和插头光纤插针分别插入插座内壳组件，并分别与插座电插针和插座光纤插针30连接，锁扣件对插头外壳12和插座外壳25进行位置锁定；
插头装置与插座装置连接后，插头外壳12、插头内壳、插头内壳组件、插座外壳25组件的中轴线重合。
值得注意的是：本发明中的插头光纤插针18、插座光纤插针30、插头电插针19和插座电插针的长度均根据实际使用需求来决定，长度的大小主要影响在插头装置与插座装置对接时，接触对接的先后顺序。优选插头电插针19大于插头光纤插针18，使电插针先接触。经模拟计算可知，本发明提出的深海插拔光电连接系统的适用范围为水下0到3000米的深度。
优选的，锁扣件包括卡槽26和卡环27。卡环27固定在插头端密封部件5外部，包括主体部和均布在主体部周向的卡槽部。主体部为圆环状，固定在插头端密封部件5外部，在主体部的外端面上伸出有倒置的T型的带有弹性的卡爪。卡爪包括互相垂直的横板和竖板，横板的一端固定在主体部上，其另一端固定连接竖板的中间位置。竖板的径向内侧距离插头装置的轴心的距离小于插座外壳25的外径。对应的，卡槽26开设在插座外壳25的外壁上。插座外壳25的端部的外表面为圆锥形，靠近卡环27的一端的直径小。该圆锥形用于先伸入到卡爪的径向内侧，随着圆锥形的前进卡爪被扩张到插座外壳25的外壁上，直至卡爪运动到卡槽26上，卡爪抱紧卡槽26。注意的是，卡槽26的强度要保证卡槽26和卡环27受外力时能分开。
在本发明的一个优选实施中，还包括制动杆、插头端密封部件5包括第一密封部件；
如图5和图6所示，第一密封部件包括第一橡胶块5-1、第二橡胶块5-2、第一转动机构5-3和第三橡胶块5-5；其中，在第一橡胶块5-1面向第二橡胶块5-2的端面上分别开设有相连通的第一制动通孔5-11和第一转动孔5-12，在第一橡胶块5-1背离第二橡胶块5-2的端面上开设有第一安装槽5-14，第一安装槽5-14分别与第一橡胶块5-1的外部及第一转动孔5-12连通，第三橡胶块5-5安装在第一安装槽5-14内；在第一橡胶块5-1上还开设有与第一转动孔5-12相连通的第一弹片插槽5-13，在第二橡胶块5-2面向第一橡胶块5-1的端面开设有第一安装孔5-21，制动杆5-4从第一制动通孔5-11中穿过驱动第一转动机构5-3动作，第一转动机构5-3的一端安装在第一安装孔5-21，另一端安装在第一转动孔5-12内。
第一转动机构5-3包括第一转动轴5-31、第一转动外壳5-32、第一转动手柄5-33、第一转动弹片5-34，第一转动外壳5-32套装在第一转动轴5-31的中部位置，第一转动轴5-31能够绕着第一转动外壳5-32进行转动，第一转动外壳5-32插入到第一安装孔5-21内；第一转动手柄5-33与第一转动轴5-31一体成型，且位于第一转动外壳5-32的一侧，第一转动手柄5-33与第一转动轴5-31同步转动，无法进行相对转动，第一转动手柄5-33插入到第一转动孔5-12内，且第一转动手柄5-33的自由端伸出到第一制动通孔5-11中；第一转动弹片5-34套装在第一转动轴5-31的一端，第一转动手柄5-33位于第一转动弹片5-34与第一转动外壳5-32之间，第一转动弹片5-34也插入到第一转动孔5-12内，第一转动弹片5-34与第一转动轴5-31固定连接，第一转动弹片5-34用于对第一转动轴5-31进行复位，第一转动弹片5-34的自由端插入到第一弹片插槽5-13内，实现对第一转动弹片5-34的限位。
在实际安装的过程中，先将第一转动外壳5-32插入到第一安装孔5-21中，在将套装有第一转动弹片5-34的第一转动轴5-31从第一安装槽5-14向内穿过第一转动孔5-12插入到第一转动外壳5-32内，第一转动弹片5-34的自由端插入到第一弹片插槽5-13内，最后将第三橡胶块5-5安装到第一安装槽5-14内。
第一安装槽5-14的设计是为了实现第一转动弹片5-34的安装，而第三橡胶块5-5用于实现对第一转动孔5-12的密封。
在第一转动轴5-31上开设有贯穿径向的第一插针连接孔5-35，在转动外壳5-32上开设有贯穿径向的第一插针通孔5-36，第一插针连接孔5-35的开孔方向与第一插针通孔5-36的开孔方向相互错开，即在初始状态下第一插针连接孔5-35与第一插针通孔5-36相互错位无法连通，从而实现水下转动密封装置的密封。
制动杆的横截面为L形，制动杆为塑料材质，在制动杆的端部注塑有柔性挡块，柔性挡块为橡胶材质，所以柔性挡块能够柔性变形，当柔性挡块与第一转动手柄5-33接触时，既能够驱动第一转动手柄5-33转动，又能够被挤压变形，穿过第一转动手柄5-33。
当制动杆插入第一制动通孔5-11时，通过柔性挡块5-41向第一转动手柄5-33的自由端施力，推动第一转动手柄5-33沿一个方向转动，与此同时，柔性挡块5-41自身发生弹性变形穿过第一转动手柄5-33，实现第一插针连接孔5-35与第一插针通孔5-36的连通，此时第一转动弹片5-34形变储能；当制动杆回退与第一转动手柄5-33脱离时，柔性挡块5-41拉动第一转动手柄5-33沿反方向转动，此时第一转动弹片5-34释能，辅助柔性挡块5-41拉动第一转动轴5-31沿反方向转动，在柔性挡块5-41与第一转动弹片5-34的共同作用下，使第一转动轴5-31恢复到初始位置，第一插针连接孔5-35与第一插针通孔5-36重新相互错位，柔性挡块5-41再次穿过第一转动手柄5-33，从第一制动通孔5-11中退出。
第一橡胶块5-1与第二橡胶块5-2的整体固定拼接为圆形，第一安装槽5-14为弓形槽，第三橡胶块5-5的形状与第一安装槽5-14的形状相适配。
制动杆的一端固定在插头外壳12的筒底上，其另一端依次穿过插头端盖7和插头腔室板主体8后插入到第二橡胶块中，插头端密封部件5被插座装置挤压时，其整体向弯管4方向运动，使制动杆的另一端通过第一制动通孔5-11。
优选的，插头外壳12上固定有导向杆，导向杆和制动杆的结构相同，均布在插头外壳12的周向上，因第一转动手柄5-33只设置在第一转动轴5-31的一端，在插头端密封部件5上开设两个第一制动通孔，将其中一个第一制动通孔设置为导向杆孔。其中第一制动杆可以用来通过第一制动通孔驱动第一转动手柄，另一个导向杆起到通过导向杆孔起到导向作用，保证插头端密封部件5的平稳滑动。
第一插针连接孔5-35与第一插针通孔5-36形成插头端光纤插针通道；在第一插针连接孔5-35与第一插针通孔5-36连通时用以光纤的连接。
另外，在第一密封部件中，因第一安装孔5-21没有贯穿第二橡胶块5-2的厚度方向，第一转动外壳5-32朝向插座装置。所以第一密封部件的第二橡胶块上开设有与第一插针通孔5-36连通的第一导向通孔5-37，供插头光纤插针的另一端先插入该第一导向通孔5-37中，待插头端密封部件5向后移动时，插头光纤插针通过第一导向通孔5-37的引导进入插头端光纤插针通道。
优选的，在插头装置和插座装置未连接的初始状态下，第一密封部件的插针通孔5-36和插针连接孔5-36两者的轴线呈垂直布置，插头装置和插座装置开始紧密接触，橡胶套结构的第一转动外壳5-32被挤压，制动杆伸出带动第一转动轴5-31转动90°，示例性的设置为顺时针转动，使插头端光纤插针通道打开，插头光纤插针18同步伸出插头装置并进入插座装置的插座光纤插针30的对准套管内，光纤对接。插头光纤插针18和制动杆缩回，制动杆制动第一转动轴5-31反方向旋转90°(逆时针)，关闭插头端光纤插针通道，于此同时橡胶套恢复弹出，动密封完成，光信号中断。
插座端密封部件6包括第四橡胶块、第五橡胶块6-1、第六橡胶块和第二转动机构；
第四橡胶块和第五橡胶块6-1拼接成一个圆板；
第二转动端转动机构包括第二转动轴6-5、在第二转动轴6-5上依次套装的第二转动外壳6-3、第二转动手柄和第二转动弹片；
其中，在第四橡胶块面向第五橡胶块6-1的端面上分别开设有相连通的第二制动通孔和第二转动孔，在第四橡胶块上开设有与第二转动孔相连通的第二弹片插槽，在第四橡胶块背离第五橡胶块6-1的端面开设有与第二转动孔相连通的第二安装槽，第六橡胶块安装在第二安装槽内，在第五橡胶块6-1面向第四橡胶块的端面开设有第二安装孔；
第二转动轴6-5的端部固定第二转动手柄，第二转动外壳6-3插进第二安装孔，第二转动手柄与第二转动弹片分别插进第二转动孔，且第二转动手柄的自由端伸至第二制动通孔内，第二转动弹片的自由端插入第二弹片插槽；
在第二转动轴6-5上开设有贯穿径向的第二插针连接孔6-4，在第二转动外壳6-3上开设有贯穿径向的第二插针通孔6-6，第二插针通孔6-6与第五橡胶块6-1的外部相连通。
插座端密封部件6的密封原理和第一密封部件相同，这里不做赘述。不同的是，插头端密封部件5的第二橡胶块在插头装置的后面，第一转动外壳在插头装置的前面；而插头端密封部件5的第二转动外壳6-3朝向插头装置，第五橡胶块6-1在插头装置的里面，相当插座端密封部件6和第一密封部件的外观镜像布置。
插座油囊的端面与插座端密封部件6的第四橡胶块和第五橡胶块6-1贴合、且固定连接。插座端密封部件6的第二制动通孔和导向杆孔和第一密封部件的第一制动通孔和导向杆孔分别一一对应。在插头装置和插座装置未连接的初始状态下，优选插座端密封部件6的第二插针通孔6-6和第二插针连接孔6-4两者的轴线呈垂直布置。
第二插针连接孔6-4与第二插针通孔6-6形成插座端光纤插针通道；
第五橡胶块6-1上开设有与插座光纤插针30数量相同的第二导向通孔6-2，供插头光纤插针的另一端可依次通过插座端光纤插针通道、第二导向通孔6-2插入所述插座光纤插针30。插座油馕端面上的通孔与第二导向通孔6-2的一端连通，第二导向通孔6-2的另一端与对应的第二插针通孔6-6进行连通与关闭。插拔式连接时第五橡胶块6-1和第二橡胶块5-2抵接、相互挤压时，有防止插头腔室和插座油馕互通的硅油从这两橡胶块中溢出。
本发明提出的深海插拔光电连接方法，包括如下步骤：
S1、将第一光缆和第一电缆穿过弯管，并分别与插头电插针和插头光纤插针连接；
S2、固定插座装置；外部机械手通过控制手柄组件，将插头装置移向插座装置，插座外壳25插入插头外壳12和插头内壳组件之间，插拔轨道15、插拔滑块16对准，实现一级导向；
S3、外部机械手继续移动插头装置，插头电插针的从插头端密封部件5伸出部分插入插座电插针，实现二级导向，继续移动插头装置，插头端密封部件5与插座端密封部件6抵接，同时插头电插针19与滑销42接触，并推动滑销42向插座电插针主体29移动；
S4、插头端密封部件5和插头腔室板共同向后移动，卡槽26扩张到插座外壳25上；
制动杆前端插入插座端密封部件6，制动杆驱动插座端密封部件6打开插座端光纤通道、插头光纤插针与插座光纤插针30连接，同时，插头电插针19通过滑销42与插座电插针29电连接，至此完成第一光缆和第二光缆的光纤连接，以及第一电缆和第二电缆的电连接；
S5、卡槽26与卡环25锁定插头装置和插座装置。
现对插座装置与插头装置的分离进行原理说明：
当插座装置与插头装置分离时，插座装置固定不动，外部机械手拉动手柄组件带动插头装置向插头后端方向移动，在卡槽26与卡环25的配合下，插座装置与插头装置解锁，插座外壳25逐步从插头外壳12上移出，插头端密封部件5与插座端密封部件6在第一弹簧20作用下抵接，插头电插针、插头光纤插针分别依次从插座装置中拔出，插头电插针与插座电插针断开电连接，插头光纤插针与插座光纤插针30断开光纤连接，至此第一光电系统与第二光电系统断开连接，完成了外部电缆及光缆的断开；
当制动杆从插座装置拔出时，插座端密封部件6中的第二转动轴在第二转动弹片34的作用下复位，关闭插座端光纤插针通道；
随着插座外壳25从插头外壳12移出，第一弹簧20逐步推动插头腔室板和插头端密封部件5复位，当插头端密封部件5的第一制动通孔与制动杆组脱离接触时，关闭插头端光纤插针通道，插头光纤插针回退到插头腔室里。
由上述描述可知，插座装置与插头装置的插合与分离动作均是通过轴向施力完成，在水下易于自动操作。
本发明的整体结构精密且不复杂；海底环境恶劣，任何复杂的结构都容易受到损坏，因此简单的结构更实用；插头装置和插座装置通过插拔轨道、插拔滑块进行限位，同时两者作为一级导向，插头电插针与插座电插针配合作为二级导向，使光纤连接精确对准；同时充分考虑了机械手以及海洋环境的实际情况，手柄组件设有柔性结构，便于柔性对中，防止插座装置和插头装置插拔时发生损坏；
本发明对于光电连接一体的深海连接器领域是一个全新设计思路，可以广泛应用于水下领域，实用性较强；本发明采用的二级导向设计避免了因连接精度差导致插拔过程中对连接器的损坏，解决了传统连接器工作水深浅，使用寿命短，插拔次数少等问题。
综上所述，本发明提出了一种深海插拔光电连接系统及连接方法，本发明整体结构精密且不复杂、工作稳定性好、推广性好；本发明可以在水下进行实时光纤与电同时连接，以及光纤与电的及时断开。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.深海插拔光电连接系统，其特征在于，包括：插头装置和插座装置；
所述插头装置包括插头腔室板、至少两个并置的插头电插针和至少四个并置的插头光纤插针；
所述插头腔室板内设有充满硅油的插头腔室，所述插头腔室内置有插头油囊，所述插头油囊外包裹所述硅油；在海下工作时，海水可进入到所述插头油囊中；
所述插头光纤插针至少有一部分置于所述插头腔室内；
所述插座装置包括插座油囊、数量与所述插头电插针相等的插座电插针、数量与所述插头光纤插针相等的插座光纤插针；
所述插座油囊内充满硅油，所述插座油囊内置有油囊弹簧，所述油囊弹簧弹性支撑所述插座油囊的两端；
所述插座光纤插针的端部置于所述插座油囊内；在海下工作时，插座油囊的周向外部和海水接触；
所述插头光纤插针的一端连接外部的第一光缆，所述插头电插针的一端连接外部的第一电缆；所述插座电插针的一端连接外部的第二电缆，所述插座光纤插针的一端连接外部的第二光缆；所述插头装置和插座装置进行连接后，所述插头电插针的另一端和所述插座电插针的另一端电连接实现所述第一电缆和所述第二电缆的电连接，所述插头光纤插针的另一端和所述插座光纤插针的另一端电连接实现所述第一光缆和所述第二光缆的电连接。
2.如权利要求1所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插头装置还包括插头外壳和插头内壳组件；
所述插头外壳为一端具有插头开口的圆筒结构，所述插头开口朝向所述插座装置；
所述插头内壳组件置于所述插头外壳内，其包括在所述插头外壳的轴向上与所述插头外壳滑动连接的所述插头腔室板、与所述插头腔室板固定的插头端密封部件；
所述插头腔室板与所述插头外壳有间隔的同轴套接；
所述插头端密封部件包括可打开或关闭的插头端光纤插针通道；
所述插头电插针固定在所述插头外壳内并依次穿过所述插头腔室板和所述插头端密封部件；所述插头腔室板和所述插头外壳的筒底之间抵接有第一弹簧；
所述插头光纤插针固定在所述插头外壳内并依次穿过所述插头油囊和所述插头端密封部件，所述插头光纤插针的另一端可以通过所述插头端光纤插针通道；
所述插座装置包括插座外壳和插座内壳组件；所述插座内壳组件固定在所述插座外壳上；
所述插座外壳为一端具有插座开口的圆筒结构，所述插座开口朝向所述插头装置；
所述插座内壳组件包括插座端密封部件和固定在所述插座外壳内的所述插座油囊，所述插座端密封部件与所述插座油囊固定连接；
所述插座端密封部件包括可打开或关闭的插座端光纤插针通道；
所述插座电插针固定在所述插座外壳内并穿设所述插座油囊插入所述插座端密封部件；
所述插座光纤插针固定在插座外壳内，所述插座光纤插针的另一端置于所述插座油囊内；
所述插头装置与所述插座装置连接时，所述插座外壳插入所述插头外壳和所述插头内壳组件之间，所述插头端密封部件和所述插座端密封部件抵接至所述插头外壳与所述插座外壳通过锁扣件相互锁定；所述插头端光纤插针通道与所述插座端光纤插针通道打开，所述插头光纤插针的另一端通过插头端光纤插针通道、所述插座端光纤插针通道与所述插座光纤插针的另一端连接；所述插头电插针和所述插座电插针电连接，所述插头光纤插针和所述插座光纤插针电连接。
3.如权利要求2所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，还包括制动杆，所述插头端密封部件包括第一密封部件；
所述第一密封部件包括第一橡胶块、第二橡胶块、第三橡胶块和第一转动机构；
所述第一橡胶块和第二橡胶块拼接成一个圆板；
所述第一转动机构包括第一转动轴、在所述第一转动轴上依次套装的第一转动外壳、第一转动手柄和第一转动弹片；
其中，在所述第一橡胶块面向所述第二橡胶块的端面上分别开设有相连通的第一制动通孔和第一转动孔，在所述第一橡胶块上开设有与所述第一转动孔相连通的第一弹片插槽，在所述第一橡胶块背离所述第二橡胶块的端面开设有与所述第一转动孔相连通的第一安装槽，所述第三橡胶块安装在所述第一安装槽内，在所述第二橡胶块面向所述第一橡胶块的端面开设有第一安装孔；
所述第一转动轴的端部固定所述第一转动手柄，所述第一转动外壳插进所述第一安装孔，所述第一转动手柄与所述第一转动弹片分别插进所述第一转动孔，且所述第一转动手柄的自由端伸至所述第一制动通孔内，所述第一转动弹片的自由端插入所述第一弹片插槽；
在所述第一转动轴上开设有贯穿径向的第一插针连接孔，在所述第一转动外壳上开设有贯穿径向的第一插针通孔，所述第一插针通孔与所述第二橡胶块的外部相连通；
所述制动杆的一端安装有柔性挡块，所述制动杆的另一端固定在所述第一插头外壳的筒底上；
当所述制动杆插入所述第一制动通孔时，所述柔性挡块推动所述第一转动手柄转动并穿过所述第一转动手柄，所述第一转动手柄带动所述第一转动轴绕所述第一转动外壳的轴线转动，使所述第一插针连接孔与所述第一插针通孔连通；当所述制动杆回退与所述第一转动手柄脱离时，在所述柔性挡块与所述第一转动弹片的共同作用下，驱动所述第一转动轴复位，使所述第一插针连接孔与所述第一插针通孔相互错位；
所述第一插针连接孔与第一插针通孔形成所述插头端光纤插针通道；
所述第二橡胶块上开设有第一导向通孔，供所述插头光纤插针的另一端通过所述第一导向通孔的引导进入所述插头端光纤插针通道。
4.如权利要求3所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插座端密封部件包括第四橡胶块、第五橡胶块、第六橡胶块和第二转动机构；
所述第四橡胶块和第五橡胶块拼接成一个圆板；
所述第二转动机构包括第二转动轴、在所述第二转动轴上依次套装的第二转动外壳、第二转动手柄和第二转动弹片；
其中，在所述第四橡胶块面向所述第五橡胶块的端面上分别开设有相连通的第二制动通孔和第二转动孔，在所述第四橡胶块上开设有与所述第二转动孔相连通的第二弹片插槽，在所述第四橡胶块背离所述第五橡胶块的端面开设有与所述第二转动孔相连通的第二安装槽，所述第六橡胶块安装在所述第二安装槽内，在所述第五橡胶块面向所述第四橡胶块的端面开设有第二安装孔；
所述第二转动轴的端部固定所述第二转动手柄，所述第二转动外壳插进所述第二安装孔，所述第二转动手柄与所述第二转动弹片分别插进所述第二转动孔，且所述第二转动手柄的自由端伸至所述第二制动通孔内，所述第二转动弹片的自由端插入所述第二弹片插槽；
在所述第二转动轴上开设有贯穿径向的第二插针连接孔，在所述第二转动外壳上开设有贯穿径向的第二插针通孔，所述第二插针通孔与所述第五橡胶块的外部相连通；
当所述制动杆插入所述第二制动通孔时，所述柔性挡块穿过所述第二转动手柄，所述第二插针连接孔与所述第二插针通孔连通；当所述制动杆回退时，所述第二插针连接孔与所述第二插针通孔相互错位；
所述第二插针连接孔与第二插针通孔形成所述插座端光纤插针通道；
所述第五橡胶块上开设有第二导向通孔，供所述插头光纤插针的另一端可依次通过插座端光纤插针通道、所述第二导向通孔插入所述插座光纤插针。
5.如权利要求4所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插头端密封部件还包括导向杆，所述第一密封部件和所述插座端密封部件的对应位置设置有与所述导向杆配合的导向杆孔；
所述导向杆的一端固定在所述插头外壳的筒底上，所述插头装置和插座装置靠近以连接时，所述导向杆穿设两个导向杆孔。
6.如权利要求2所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插头装置还包括手柄组件，所述手柄组件包括：手柄、柔性连接部和支撑杆，所述手柄组件设置在所述插头装置远离所述插座装置的一端；
所述手柄通过所述柔性连接部连接所述支撑杆；
所述柔性连接部采用柔性材料；
至少两个的所述支撑杆均布固定设置在所述插头外壳上。
7.如权利要求2所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插头腔室板包括插头端盖和插头腔室板主体，
所述插头腔室板主体上开设有与所述插头光纤插针的数量相等的油囊通孔，所述油囊通孔的两端由所述插头端盖和所述插头端密封部件密封以形成所述插头腔室；
所述插头端盖上开设有孔洞，供所述插头油囊与海水连通。
8.如权利要求2所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插头装置还包括保护所述第一光缆和所述第一电缆的弯管；
所述弯管的端部与所述插头装置的外部密封固定连接。
9.如权利要求2所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插座油囊用于平衡所述插座装置与外界的压力差，所述插座油囊包括：插座油囊外壳、插座油囊弹簧组和插座油囊支撑座；
所述插座油囊外壳的两个端面的内部上分布固定有插座油囊支撑座；
所述插座油囊弹簧组包括至少两个所述油囊弹簧，所述油囊弹簧的两端分别与所述插座油囊支撑座固定连接。
10.如权利要求1所述的深海插拔光电连接系统，其特征在于，所述插座电插针包括：入口套管、主套管、金属衬套、滑销、滑销弹簧、插座电插针主体和密封块；
所述金属衬套安装在所述入口套管内；所述入口套管插入所述插座端密封部件内；
所述入口套管内部设有用于密封的环形凸起；
所述入口套管连接在所述主套管上，两者形成插座电插针内腔；在所述插座电插针内腔内，所述滑销、所述滑销弹簧和所述插座电插针主体依次抵接；
所述主套管固定安装在所述插座外壳上；所述主套管上设有可与所述插座油囊连通的压力阀，所述压力阀用于平衡所述主套管与所述插座油囊之间的压力差；
所述插座电插针主体一端位于所述插座电插针内腔内，一端穿过所述插座外壳的筒底与所述第二电缆连接；所述插座电插针主体与所述插座外壳的筒底通过所述密封块密封连接。
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