CN212160066U - 一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于信标机技术领域，具体说是一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标。本实用新型包括，上端盖1、主舱体2、下端盖3、电极102、电池舱202和主板201；所述主舱体2为中空壳体，所述主舱体2上部和下部均设有内螺纹，上端盖1和下端盖3均设有外螺纹，所述上端盖1外螺纹与主舱体2上部螺纹连接，所述下端盖3外螺纹与主舱体2下部螺纹连接；所述主舱体2内设有主板201和电池舱202，所述电极102一端穿过上端盖1，另一端与主板201连接，所述主板201下方设有电池舱202，所述电池舱202内的电池通过导线与主板201连接。本实用新型的优点在于：结构上采用圆筒结构进行工装设计，方便固定与安装，可以适用的范围广，可在工业生产领域广泛适用。

Description

一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标

技术领域

本实用新型属于信标机技术领域，具体说是一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标。

背景技术

海洋科学研究经常需要依靠仪器设备在水下进行长期、定点监测来完成。由于海洋仪器设备本身价格昂贵，且存储了大量的数据，为便于其顺利回收并防止其意外丢失，通常在其在布放下水前通常会集成搭载一台信标机。信标机是一种能够向外界传送特定标识信号的仪器设备，在符合启动条件后，会自动发送无线电或位置信号，被外界所感知。

目前市场主流的信标产品大部分自带压力传感器，依靠水压值作为启动的信号开关。通常的设计是，信标下水后不发射信号，但内部电路时钟处于读取水压值的工作状态，一旦信标浮出水面，信标感受不到水压值，开始对外发送信号。

传统信标下水布放之前，信标会固定到观测系统的顶部架体上，启动物理开关或电磁开关，信标处于工作状态；下水后，信标内部压力传感器测得水压值大于信标设定的水压值(设定值通常小于1dbar)时，信标停止工作，并随观测系统继续下潜到一定深度，完成长时间的定点观测；当观测系统处于回收阶段时，信标机随着系统上浮，露出水面后，测得水压值小于设定值时，信标开始工作，发送位置信号。

上述设计方案使得传统信标一直处于工作状态，增加了功耗，缩短了信标在出水后的工作时间，同时使信标产品严重依赖压力传感器，造成成本增加。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种低功耗、低成本的海洋定位信标，最大限度的延长其在海面的工作时间，科研设备的搜寻和回收提供保障，摒弃压力传感器，可以使信标水下完全处于零功耗状态，以克服上述传统信标机的缺陷。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，包括，上端盖、主舱体、下端盖、电极、电池舱和主板；

所述主舱体为中空壳体，所述主舱体上部和下部均设有内螺纹，上端盖和下端盖均设有外螺纹，所述上端盖外螺纹与主舱体上部螺纹连接，所述下端盖外螺纹与主舱体下部螺纹连接；

所述主舱体内设有主板和电池舱，所述电极一端穿过上端盖，另一端与主板连接，所述主板下方设有电池舱，所述电池舱内的电池通过导线与主板连接。

所述上端盖和下端盖均开设有密封槽，该密封槽内容置有密封圈。

所述上端盖和下端盖分别设有用于紧固螺纹的借力孔。

所述主舱体为圆筒形结构。

所述电极为两个，包括电极A和电极B。

所述主板上设有天线、SIM卡槽、通信电路、启动电路板；所述天线通过同轴馈线与通信电路连接，所述通信电路连有SIM卡槽；电池舱内的电池与启动电路板连接，所述启动电路板通过主板电源端口与通信电路连接。

所述启动电路板设有水开关电路，包括三极管Q1、PMOS管Q2、电阻和电容；

电极A依次经电阻R2、电阻R3接地，电阻R2、电阻R3之间的结点与三极管Q1基极连接，Q1的发射极接地，集电极与PMOS管Q2的栅极连接，Q2的源极与电池正极连接，Q2的源极还通过电阻R1与栅极连接，Q2的漏极经电容C1接地；Q2的漏极作为水开关电路的输出端，与主板电源端口连接；

电极B经电阻R4与电池正极连接。

所述三极管Q1、PMOS管Q2和电阻R1组成的电源开关电路。

所述电极为钛金属电极。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型在结构设计上引入了水开关电路，首先可使信标机不再需要压力传感器，节省了整体的采购制作成本；

2.本实用新型不需要一直开启内部电源和时钟，不断读取压力传感器的实时信号值，节省了电源供应成本；

3.本实用新型在原理设计上依靠外部电极的导通状态来切换，可避免继电器的使用，减少了一个中间环节，节省了时序电路的控制成本。

4.本实用新型的外置式电极，利用海水导电原理，方便信标机工作状态的自由切换；

5.本实用新型的条件启动电路即启动电路板，减少信标机内部传感组件的数量，减少能量消耗；

6.本实用新型结构上采用圆筒结构进行工装设计，方便固定与安装，可以适用的范围广，可在工业生产领域广泛适用。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图；

其中，1为上端盖，101为电极盖，102为电极，2为主舱体，201为主板，202为电池舱，3为下端盖；

图2本实用新型主板示意图；

图3本实用新型条件启动板的水下开关电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，包括，上端盖1、主舱体2、下端盖3、电极102、电池舱202和主板201；

主舱体2为中空壳体，主舱体2上部和下部均设有内螺纹，上端盖1和下端盖3均设有外螺纹，上端盖1外螺纹与主舱体2上部螺纹连接，下端盖3外螺纹与主舱体2下部通过螺纹连接；

主舱体2内设有主板201和电池舱202，电极102一端穿过上端盖1，另一端与主板201连接，主板201下方设有电池舱202，电池舱202内的电池通过导线与主板201连接。

上端盖1和下端盖3均开设有密封槽，该密封槽内容置有密封圈。

上端盖1和下端盖3外开分别设有用于紧固螺纹的借力孔。

主舱体2为圆筒形结构。

电极102为两个，包括电极A和电极B。

电极盖101在使用前扣在电极102上，下水前取下。

上端盖1与主舱体2通过螺纹连接在一起，依靠密封圈做密封，同时借助改锥等工具通过借力孔将螺纹旋紧。

主舱体中主板201上有开关启动电路，分别与电极102和电池舱202通过导线相连。

下端盖3与主舱体2通过螺纹连接在一起，依靠密封圈做密封，同时借助改锥等工具通过借力孔将螺纹旋紧。

信标机外部壳体包括上下两个端盖，主舱体202采用聚四氟乙烯材料加工而成。主舱体202采用圆筒形结构，圆筒形结构有助于减小海水对舱体的阻力，径向耐压性能好，同时也便于加工。顶部端盖外部有两个金属电极A、B，用于触发内部的控制电路。

信标机利用电极和海水之间构成的导电回路的导通状态来控制自身的工作状态，理论上只要电极为具备导电性能的金属材料即可。但考虑到电极会长期工作与海水中，对电极的材料要求严苛。信标机目前电极尝试过的材料类型为316L型不锈钢和钛金属。不锈钢电极成本低，但受原料和加工工艺的差异，有个别厂家的不锈钢材料电极在水下工作数月后出现腐蚀现象；钛金属电极的成本高，但性能稳定，水下长时间工作后未出现腐蚀现象。在实际的开发应用中，设计了上述两种材料的电极，可方便的进行替换，使用者可根据实际的工作要求对信标机电极进行合理选择，完成针对性的订制。

如图2所示，信标机的主板201，包含电源插口、通信电路、SIM卡槽、信号天线等，启动控制电路板单独设计，通过馈线连接主板和上部端盖的电极。信标机主板设计尺寸小巧，长和宽分别为5cm和2cm，远小于和舱体内径尺寸，通过支架固定在主舱体的内部，其电源控制芯片满足9～18V范围内的宽电压输入标准。主板集成了GPS天线，SIM卡槽，包含可编程控制器的集成电路，条件启动电路，工作时序可以通过软件进行读写设置。

天线通过同轴馈线与通信电路连接，所述通信电路连有SIM卡槽；电池舱内的电池与启动电路板连接，所述启动电路板通过主板电源端口与通信电路连接。

如图3所示，为入水开关电路的原理图，本电路利用水中溶解各种电解质产生较多的自由带电离子，在外加电场下，带电离子发生定向移动从而具有导电性的原理，SW接口分别连接两个外部导电极，VIN接电池(1接正2接负)，VOUT接信标机主板电源(1接正2接负)，电路中R2、R3和R4组成入水导电检测电路，R2与R3组成限流分压电路，驱动三极管Q1导通，入水前连接SW的两个外部导电极没有导通，R2和R3接地没有电流，三极管关闭，入水后由于水的导电性从而有电流从R4经过SW的两个外部导电极流过R2和R3从而产生电压电流，驱动三极管导通；三极管Q1、PMOS管Q2和R1组成电源开关电路，控制VIN到VOUT的电源通断，电流方向为VIN到VOUT，当三极管Q1导通时驱动PMOS管Q2导通，连接VOUT的信标机主板电源开启，当三极管Q1截止时PMOS管Q2截止，连接VOUT的信标机主板电源关闭。电容C1的作用为当VOUT电源开启以后对电源的杂波和交流成分产生滤波的作用。

利用水中溶解电解质产生自由带电离子，在外加电场下，带电离子发生定向移动从而具有导电性，通过三极管Q1、PMOSQ2和R1组成的电源开关电路，控制PMOS管的通断，实现水开关电路电源输入到电源输出的电源通断。

通信电路，用于将GPS采集的信标位置通过SIM卡进行无线发送。

如图1～3所示，本实用新型工作原理如下：

当信标入水后，由于水的导电性使电流依次经R4电极B、电极A、R2和R3，从而产生电压电流，驱动三极管Q1导通；当三极管Q1导通时驱动PMOS管Q2导通，连接输出端VOUT的主板电源开启；

当信标不在水中时，电极A与电极B没有导通，R2和R3接地没有电流，三极管Q1截止；当三极管Q1截止时PMOS管Q2截止，连接输出端VOUT的主板电源端口断电。

在设计上引入了条件启动板中的水下开关电路，首先可使信标机不再需要压力传感器，节省了整体的采购制作成本；其次信标机也不需要一直开启内部电源和时钟，不断读取压力传感器的实时信号值，节省了电源供应成本；最后信标机的工作状态依靠外部电极的导通状态来切换，可避免继电器的使用，减少了一个中间环节，节省了时序电路的控制成本。条件启动电路的引入，从整体上降低了系统的功耗，降低了系统的成本。

Claims (9)

1.一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，包括，上端盖(1)、主舱体(2)、下端盖(3)、电极(102)、电池舱(202)和主板(201)；

所述主舱体(2)为中空壳体，所述主舱体(2)上部和下部均设有内螺纹，上端盖(1)和下端盖(3)均设有外螺纹，所述上端盖(1)外螺纹与主舱体(2)上部螺纹连接，所述下端盖(3)外螺纹与主舱体(2)下部螺纹连接；

所述主舱体(2)内设有主板(201)和电池舱(202)，所述电极(102)一端穿过上端盖(1)，另一端与主板(201)连接，所述主板(201)下方设有电池舱(202)，所述电池舱(202)内的电池通过导线与主板(201)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述上端盖(1)和下端盖(3)均开设有密封槽，该密封槽内容置有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述上端盖(1)和下端盖(3)分别设有用于紧固螺纹的借力孔。

4.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述主舱体(2)为圆筒形结构。

5.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述电极(102)为两个，包括电极A和电极B。

6.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述主板(201)上设有天线、SIM卡槽、通信电路、启动电路板；所述天线通过同轴馈线与通信电路连接，所述通信电路连有SIM卡槽；电池舱内的电池与启动电路板连接，所述启动电路板通过主板电源端口与通信电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述启动电路板设有水开关电路，包括三极管Q1、PMOS管Q2、电阻和电容；

电极A依次经电阻R2、电阻R3接地，电阻R2、电阻R3之间的结点与三极管Q1基极连接，Q1的发射极接地，集电极与PMOS管Q2的栅极连接，Q2的源极与电池正极连接，Q2的源极还通过电阻R1与栅极连接，Q2的漏极经电容C1接地；Q2的漏极作为水开关电路的输出端，与主板电源端口连接；

电极B经电阻R4与电池正极连接。

8.根据权利要求7所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述三极管Q1、PMOS管Q2和电阻R1组成的电源开关电路。

9.根据权利要求1所述的一种电极启动的低功耗海洋仪器定位信标，其特征在于，所述电极为钛金属电极。

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