CN215498346U - 一种无插头的水声应答器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无插头的水声应答器，包括：壳体，其内部形成有水密的空腔；锂电池组，其设置在空腔中；换能器，其与壳体密封固定，且至少一端探出至壳体的外部；通信电路，其设置在空腔中，且与换能器连接；无线充电电路，其设置在空腔中，与锂电池组连接，用于感应无线充电信号为锂电池组充电。本实用新型的无插头的水声应答器，通过设置无线充电电路，可以避免采用充电插头接口的充电方式，减少了水声应答器开口，有利于降低水声应答器实现水密性的难度，提高了产品的可靠性和寿命。

Description

一种无插头的水声应答器

技术领域

本实用新型属于水声通信技术领域，具体地说，涉及一种无插头的水声应答器。

背景技术

随着当前海洋资源开发、海洋环境立体监测和海洋国防安全等领域对海洋信息获取与传输的需求日益增加，水声通信技术已成为海洋高技术的重要前沿。海底观测设备需要在深海海域获取长周期海洋科学数据，通过水声应答器将所采集的海洋科学数据发送至地面设备，以及接收地面设备的控制指令，能量在水中传递衰减快，需要消耗水声应答器大量的电量，需要定期为水声应答器充电，以使其继续使用。

现有的水声应答器一般留有充电插头接口，在回收至地面之后进行充电。充电插头接口会增加水声应答器实现水密性的难度。

此外，水密插头拔插次数有限，导致水声应答器的使用寿命受限。

发明内容

本实用新型针对现有水声应答器设置充电插头接口会增加水声应答器实现水密性的难度的技术问题，提出了一种无插头的水声应答器，可以解决上述问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

一种无插头的水声应答器，包括：

壳体，其内部形成有水密的空腔；

锂电池组，其设置在所述空腔中；

换能器，其与所述壳体密封固定，且至少一端探出至所述壳体的外部；

通信电路，其设置在所述空腔中，且与所述换能器连接；

无线充电电路，其设置在所述空腔中，与所述锂电池组连接，用于感应无线充电信号为所述锂电池组充电。

进一步的，所述无插头的水声应答器还包括：

充电底座，其内部围挡有底座腔；

无线充电发射电路，其设置在所述底座腔中，用于生成无线充电信号并发射出去。

进一步的，所述无线充电发射电路包括：

振荡器，其用于连接输入电源；

发射器线圈，其与所述振荡器连接，用于生成交变磁场向周围空间中发射。

进一步的，所述发射器线圈还串联有第一电容。

进一步的，所述无线充电电路包括：

整流器；

接收器线圈，其用于感应周围交变磁场并感应出交流电压，并发送至所述整流器；

电源管理电路，其与所述整流器连接，用于将所述整流器输出的电流发送给所述锂电池组进行充电。

进一步的，所述接收器线圈还串联有第二电容。

进一步的，所述发射器线圈的两端还连接有发射电路，所述发射电路包括：

开关电路，其具有两个，分别与所述发射器线圈的两端连接；

滤波电容，其具有两个，与所述开关电路一一对应设置，且连接在所述开关电路与所述发射器线圈之间；

驱动电路，其与发射控制电路连接，用于驱动所述开关电路；

所述接收器线圈还连接有接收电路，所述接收电路包括：

分压电路，其连接在所述接收器线圈和地端之间；

二极管，其连接在所述分压电路和所述接收器线圈之间；

带通滤波电路，其与所述分压电路连接；

包络检波电路，其与所述带通滤波电路连接。

进一步的，所述分压电路包括相串联的两个电阻，所述带通滤波电路连接在两个电阻之间。

进一步的，所述包络检波电路还连接有反相器。

进一步的，所述充电底座为ABS塑料材质，所述发射器线圈紧贴所述底座腔的顶面设置。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的无插头的水声应答器，通过设置无线充电电路，可以避免采用充电插头接口的充电方式，减少了水声应答器开口，有利于降低水声应答器实现水密性的难度，提高了产品的可靠性和寿命。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 是本实用新型提出的无插头的水声应答器的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中无插头的水声应答器的一种实施例的电路原理图；

图3是图1中无插头的水声应答器的再一种实施例的电路原理图；

图4是图1中无插头的水声应答器的通信电路的电路原理方框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

本实施例提出了一种无插头的水声应答器，如图1所示，包括壳体11、锂电池组12、换能器13、通信电路以及无线充电电路。其中，壳体11的内部形成有水密的空腔110，锂电池组12设置在空腔110中，换能器13与壳体11密封固定，且换能器13至少一端探出至壳体11的外部。

通信电路设置在空腔110中，且与换能器13连接。通信电路是水声应答器的主控部件，由锂电池组12供电。

无线充电电路设置在空腔110中，与锂电池组12连接，用于感应无线充电信号为锂电池组12充电。

本实施例的无插头的水声应答器，通过设置无线充电电路，可以避免采用充电插头接口的充电方式，减少了水声应答器开口，有利于降低水声应答器实现水密性的难度，提高了产品的可靠性和寿命。

本实施例中通信电路设置在通信电路板14上，无线充电电路设置在无线充电电路板15上，通信电路板14和无线充电电路板15均固定在空腔110中。

无线充电电路板15采用板间连接器和通信电路板14连接，用于传输数据。

通信电路板14和锂电池组12背靠背放置，通信电路板14一侧留出空间，用于放置通信电路板14上高度较高的元件，譬如功放电路中的变压器和电感。通信电路板14的背部空间全部用于放置锂电池组12。

本实施例的水声应答器采用紧凑型设计，壳体11直径控制在80mm以内，高度控制在200mm以内。体积的缩小，使得在相同的壳体厚度下，水声应答器具备更高的耐压性能。

如图所4示，通信电路板包括前置放大电路、自动增益控制、下变频电路、基带处理电路、发射信号生成电路、功放电路和主控电路，其中前置放大电路、自动增益控制电路单独做成自动增益前置放大板，用板间连接器连接于通信电路板。目的是充分利用电路板元件一侧的空间，使得空间利用率达到最大。

为了能够为锂电池组12充电，本实施例的无插头的水声应答器还包括充电底座16和无线充电发射电路，充电底座16内部围挡有底座腔160，无线充电发射电路设置在底座腔160中，用于生成无线充电信号并发射出去。

壳体11和充电底座16为分体设计，当需要充电时，将壳体11靠近充电底座16或者支撑在充电底座16上，无线充电发射电路发射无线充电信号被无线充电电路感应接收并进行转换，用于为锂电池组12充电。

作为一个优选的实施例，如图2所示，本实施例中无线充电发射电路包括振荡器和发射器线圈17，振荡器用于连接输入电源，发射器线圈17与振荡器连接，用于生成交变磁场向周围空间中发射。

如图2所示，无线充电电路包括整流器19、接收器线圈18以及电源管理电路，接收器线圈18用于感应周围交变磁场并感应出交流电压，并发送至整流器；电源管理电路与整流器19连接，用于将整流器输出的电流发送给锂电池组进行充电。接收器线圈18和发射器线圈17采用电磁耦合线圈实现近场电能传输。这种类型的传输包括基于两个线圈之间的磁通量的感应耦合。整流器从交流输入产生直流电。振荡器从输入的直流电压生成流动方向交变的电流，然后在发射器线圈17中生成交变磁场。由于两个线圈之间的耦合感应，能量在发射器线圈17和接收器线圈18之间传输。发射器线圈17中的交流电在接收器线圈18中感应出交流电压（根据法拉第感应定律），然后将其整流并传递给后端负载，为锂电池组12充电。

电源管理电路作用是将接收端线圈输出的电流整流成直流电，并经过稳压变化和恒流转化，为水声应答器机体中的锂电池组充电。

为了缩短接收器线圈18和发射器线圈17充电时的距离，减小能量在空间中的衰减，发射器线圈17紧贴底座腔160的顶面设置。而接收器线圈18靠近空腔110的底面设置。

在充电时，壳体11放置在充电底座16上，可以使得发射器线圈17与接收器线圈18靠近。

接收器线圈18和发射器线圈17之间的距离如果较大，将使杂散磁通急剧增加，导致能量传输的效率降低。这可以通过谐振电感耦合来解决。通过谐振电感耦合，可以增加能量传输的范围和效率。如图2所示，发射器线圈17还串联有第一电容C1，接收器线圈18还串联有第二电容C2，形成LC串联谐振电路。为了获得最佳的能量传输效率，必须调整振荡电路的谐振频率。串联到电磁耦合线圈的电容器几乎可以完全补偿非常高的杂散电感。两个振荡电路之间的谐振导致在选定的谐振频率下，发射器线圈17和接收器线圈18之间的磁耦合得到改善。

磁耦合线圈对于实现高效率和尽可能紧凑的设计至关重要。发射器线圈17和接收器线圈18应选用具有高Q系数的线圈，同时选用高电感值的线圈，从而允许使用小型谐振电容器。此外，对于更高的充电额定功率，使用HF绞线（较少的AC损耗）和高质量的铁氧体材料（高磁导率）。可获得最大的效率和最佳的EMC性能。

本实施例的无插头的水声应答器，数据传输有两种方式，一种是通过声信道，水声应答器顶部的换能器将水下声信道中的声压信号转化为电信号，再由水声应答器内部电路经过解调和解码，还原得到原始数据；另一种是通过无线电磁信道，水声应答器机体底部的线圈通过电磁耦合得到电信号，将此电信号经过解调，还原得到原始数据。

通过无线电磁信道和水声应答器机体交换数据，可有两种部件实现，其一是通过充电底座16，适用于水声应答器在水上充电阶段。电脑的数据通过串口传输到传输至充电底座，在充电电路板的控制下，数据将调制到发射信号上，再有接收线圈接收并解调，完成数据交互。这种方式可以用于配置水声应答器的工作参数，譬如应答器设备编码地址、应答器声发射功率等。

另一种是NFC天线，适用于水声应答器在水下工作阶段。NFC天线封装在橡胶薄片内，贴合于壳体11的底部，NFC天线的另一端连接于水下其它仪器，其数据传输的工作原理和充电底座类似，区别在于不传输能量，电路大大简化。

为了实现采用无线电磁信道，如图3所示，发射器线圈17的两端还连接有发射电路，发射电路包括开关电路、滤波电容C3、C4以及驱动电路，开关电路具有两个，分别与所述器线圈17的两端连接；滤波电容同样具有两个，与开关电路一一对应设置，且连接在开关电路与发射器线圈17之间。驱动电路与发射控制电路连接，用于驱动开关电路。如图3所示，本实施例的开关电路采用两个NMOS管Q1、Q2实现。

如图3所示，接收器线圈18还连接有接收电路，接收电路包括分压电路、二极管D1、带通滤波电路以及包络检波电路，分压电路连接在接收器线圈18和地端之间；二极管D1连接在分压电路和接收器线圈之间；带通滤波电路与分压电路连接；包络检波电路与带通滤波电路连接。

采用无线电磁信道传输数据可以通过调制线圈之间的交变磁场来实现。以图中左侧发送数据，右侧接收数据为例，数据发送端通过开关电路将高低电平信号调制在发射波形上，高电平时，发射波形幅度小，低电平时，发射波形幅度大。包络检波电路还连接有反相器。数据接收端将接收到的信号进行电阻分压，再带通滤波器去除噪声，然后通过包络检波得到和发送信号反向的信号，最后通过反相器即可还原得到原始发送数据。

采用无线电磁信道传输数据结合UART模块，可使串行传输速率达到最大为19200bps。

本实施例中优选分压电路包括相串联的两个电阻R1、R2，带通滤波电路连接在两个电阻之间。

本实施例的无插头的水声应答器无需经常拔插水密头或者打开端盖，进行充电和工作配置更改，而是通过无线的方式完成上述操作，摒弃了易损件的使用，使得产品寿命更长，工作可靠性更高。

壳体11优选采用聚合物材料，其对电磁场衰减较小，可保证能量传输效率。

为进一步保证耐压性能，充电底座16优选采用ABS塑料材质。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无插头的水声应答器，其特征在于，包括：

壳体，其内部形成有水密的空腔；

锂电池组，其设置在所述空腔中；

换能器，其与所述壳体密封固定，且至少一端探出至所述壳体的外部；

通信电路，其设置在所述空腔中，且与所述换能器连接；

无线充电电路，其设置在所述空腔中，与所述锂电池组连接，用于感应无线充电信号为所述锂电池组充电。

2.根据权利要求1所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述无插头的水声应答器还包括：

充电底座，其内部围挡有底座腔；

无线充电发射电路，其设置在所述底座腔中，用于生成无线充电信号并发射出去。

3.根据权利要求2所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述无线充电发射电路包括：

振荡器，其用于连接输入电源；

发射器线圈，其与所述振荡器连接，用于生成交变磁场向周围空间中发射。

4.根据权利要求3所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述发射器线圈还串联有第一电容。

5.根据权利要求3所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述无线充电电路包括：

整流器；

接收器线圈，其用于感应周围交变磁场并感应出交流电压，并发送至所述整流器；

电源管理电路，其与所述整流器连接，用于将所述整流器输出的电流发送给所述锂电池组进行充电。

6.根据权利要求5所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述接收器线圈还串联有第二电容。

7.根据权利要求5所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述发射器线圈的两端还连接有发射电路，所述发射电路包括：

开关电路，其具有两个，分别与所述发射器线圈的两端连接；

滤波电容，其具有两个，与所述开关电路一一对应设置，且连接在所述开关电路与所述发射器线圈之间；

驱动电路，其与发射控制电路连接，用于驱动所述开关电路；

所述接收器线圈还连接有接收电路，所述接收电路包括：

分压电路，其连接在所述接收器线圈和地端之间；

二极管，其连接在所述分压电路和所述接收器线圈之间；

带通滤波电路，其与所述分压电路连接；

包络检波电路，其与所述带通滤波电路连接。

8.根据权利要求7所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述分压电路包括相串联的两个电阻，所述带通滤波电路连接在两个电阻之间。

9.根据权利要求7所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述包络检波电路还连接有反相器。

10.根据权利要求3-9任一项所述的无插头的水声应答器，其特征在于，所述充电底座为ABS塑料材质，所述发射器线圈紧贴所述底座腔的顶面设置。

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