RU136246U1 - Подводный разъемный соединитель - Google Patents
Подводный разъемный соединитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU136246U1 RU136246U1 RU2013135843/07U RU2013135843U RU136246U1 RU 136246 U1 RU136246 U1 RU 136246U1 RU 2013135843/07 U RU2013135843/07 U RU 2013135843/07U RU 2013135843 U RU2013135843 U RU 2013135843U RU 136246 U1 RU136246 U1 RU 136246U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connector
- hap
- input
- output
- sealed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
1. Подводный разъемный соединитель, состоящий из двух частей, механически сочленяемых друг с другом, причем в каждой из частей имеется корпус, выполненный в виде стакана, в котором герметично размещен электронный модуль, от которого через днище корпуса герметично выведены соединительные провода, которые заканчиваются герметичными соединителями типа "вилка" или "розетка" для соединения с внешним устройством, отличающийся тем, что обе части соединителя выполнены идентичными; каждая часть соединителя содержит гидроакустический преобразователь (ГАП), а электронный модуль каждой части содержит амплитудный модулятор (АМД), генератор несущей частоты (ГНЧ), усилитель мощности (УМ), амплитудный демодулятор (АДМ) и коммутатор приема передачи (КПП), при этом ГАП соединен с обратимым входом/выходом КПП, выход которого соединен с входом АДМ, выход ГНЧ соединен с первым входом АМД, второй вход АМД соединен с внешним устройством первым соединительным проводом, выход АМД соединен через УМ с входом КПП; выход АДМ выведен вторым соединительным проводом, управляющий вход ГНЧ и управляющий вход КПП соединены с внешним устройством третьим соединительным проводом, при этом ГАП герметично вмонтирован в корпус, разделяя полость корпуса на два отсека, один из которых герметичный, в котором установлен электронный модуль, а другой - открытый, причем рабочая поверхность ГАП обращена в открытый отсек, а его нерабочая поверхность обращена в герметичный отсек корпуса, ГАП установлен таким образом, что стенки открытой части корпуса выступают за рабочую поверхность ГАП, а между рабочими поверхностями двух ГАП при сочлененном рабочем полож�
Description
Полезная модель относится к средствам, обеспечивающим обмен информацией устройств, работающих под водой.
При необходимости обмена информацией между устройствами различного назначения, находящимися в водной среде, возникает проблема выбора способа передачи информации. Могут быть принципиально реализованы два способа: прямого контакта между абонентами (подключение друг к другу), когда необходимо решать проблемы осуществления электрического контакта в условиях водной (электропроводящей) среды, и дистанционной передачи информации, когда абоненты разнесены в пространстве, в том числе и на значительное расстояние.
Предлагаемая полезная модель предназначена для реализации первого способа. Второй способ требует обеспечения связи между абонентами по гидроакустическому каналу, является достаточно сложным и обладает ограниченными возможностями по скорости передачи информации, а также подвержен сильному влиянию условий распространения акустических волн в водной среде.
Известны способы и реализующие эти способы устройства, которые позволяют осуществить непосредственный контакт между абонентами с целью передачи информации. В полезной модели [1] предложен соединитель, который обеспечивает надежное электрическое соединение в подводных условиях, но осуществить такое соединение можно лишь вне водной среды. В патенте [2] подводный соединитель состоит из двух частей, в каждой из которых имеется дополнительная аппаратура, но само соединение осуществляется с помощью кабеля и выполнить такое соединение в воде невозможно. В патентах [3, 4] предложено бесконтактное, т.е. без электрического контакта, соединение; связь осуществляется через электромагнитное поле, по типу трансформатора, обмотки которого разнесены в разные части соединителя. Однако, в целом соединение должно быть неразъемным, в подводных условиях невозможно отключать или подключать друг к другу взаимодействующие устройства. В патентах [5, 6] также предложено осуществлять связь между абонентами по электромагнитному полю, но в качестве магнитопровода используется металлическая шина, а магнитопровод образуется, когда осуществляется замыкание между частями соединителя по типу вилка/розетка.
Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением по техническим и функциональным характеристикам является устройство, названное «Подводный электрический разъем», предложенное в патенте [5]. Это устройство принято за прототип.
Устройство-прототип является разъемным и состоит из двух частей, корпус каждой из которых выполнен в виде полого токопроводящего стакана. Эти части соединителя устанавливаются на объектах, которые являются источниками информации, и электрически соединены с этими источниками информации. В корпус одной из частей соединителя вмонтированы штыри (вилка), электрически соединенные с корпусом, а в корпусе другой части соединителя, установленного на другом объекте-источнике информации, имеются гнезда (розетка). Внутри каждого из корпусов размещены катушки индуктивности, соединенные с источником и приемником сигнала. При необходимости осуществления контакта между абонентами «стаканы» вводят друг в друга, штыри входят в контактные гнезда, и в замкнутом состоянии обе половинки соединителя представляют собой короткозамкнутый виток, через который осуществляется трансформаторная связь между катушками индуктивности.
Устройство-прототип позволяет оперативно реализовать соединение между абонентами под водой, осуществить передачу/прием информации, а затем оперативно разъединиться. При этом контакт осуществляется по электромагнитному полю, проходящему по магнитопроводу.
Устройство-прототип [5] имеет следующие недостатки:
- при работе в морской (или в пресной) воде магнитопровод (штыри - вилка), а также контактные гнезда (розетка) могут окисляться, а также загрязняться, что ухудшает электрический контакт и замкнутость магнитопровода;
- магнитопровод имеет относительно узкую полосу пропускания, что не позволяет передавать высокочастотные сигналы;
- магнитопровод как замкнутый виток подвержен действию электромагнитных помех, что искажает передаваемую информацию;
- поскольку металлический корпус является частью магнитопровода, возникают утечки, уменьшается скрытность передачи информации, возникают помехе работе других устройств;
- передача электромагнитной энергии между катушками, расположенными на расстоянии, требует значительных по величине уровней тока и, соответственно, возрастают требования к источникам электропитания, что является критичным для автономных объектов, работающих от аккумуляторов или батарей.
Задачами заявляемой полезной модели являются
- исключение электрического контакта между сопрягаемыми частями соединителя, позволяющее производить подключение и отключение взаимодействующих устройств под водой;
- расширение полосы пропускания линии связи;
- повышение помехоустойчивости и уменьшение энергопотребления, необходимого для обмена информацией.
Техническими результатами предлагаемого устройства являются:
- отсутствие электрической связи между частями соединителя, что исключает необходимость обеспечения электрического контакта;
- уменьшенное собственное потребление электроэнергии собственно аппаратурой заявленного соединителя;
- защищенность от электромагнитных помех и отсутствие собственного электромагнитного излучения.
Для достижения заявляемых технических результатов в подводный разъемный соединитель, состоящий из двух частей, механически сочленяемых друг с другом, причем в каждой из частей имеется корпус, выполненный в виде стакана, в котором герметично размещен электронный модуль, от которого через днище корпуса герметично выведены соединительные провода, которые заканчиваются герметичными соединителями типа «вилка» или «розетка» для соединения с внешним устройством, введены новые признаки:
- обе части соединителя выполнены идентичными;
- каждая часть соединителя содержит гидроакустический преобразователь (ГАП), а электронный модуль каждой части содержит амплитудный модулятор (АМД), генератор несущей частоты (ГНЧ), усилитель мощности (УМ), амплитудный демодулятор (АДМ) и коммутатор приема передачи (КПП);
- ГАП соединен с обратимым входом/выходом КПП, выход которого соединен с входом АДМ, выход ГНЧ соединен с первым входом АМД, второй вход АМД соединен с внешним устройством первым соединительным проводом, выход АМД соединен через УМ с входом КПП; выход АДМ выведен вторым соединительным проводом, управляющий вход ГНЧ и управляющий вход КПП соединены с внешним устройством третьим соединительным проводом;
- ГАП герметично вмонтирован в корпус, разделяя полость корпуса на два отсека, один из которых герметичный, в котором установлен электронный модуль, а другой - открытый, причем рабочая поверхность ГАП обращена в открытый отсек, а его нерабочая поверхность обращена в герметичный отсек корпуса;
- ГАП установлен таким образом, что стенки открытой части корпуса выступают за рабочую поверхность ГАП, а между рабочими поверхностями двух ГАП при сочлененном (рабочем) положении обеих частей соединителя находится вода.
Введение новых блоков и связей в предлагаемое устройство обеспечивает заявленные технические результаты:
- между отдельными частями заявляемого подводного разъемного соединителя имеется только акустическая (информационная) связь и механическая связь для фиксации частей соединителя друг относительно друга;
- электрический контакт отсутствует, поэтому предлагаемый соединитель не излучает и не воспринимает электромагнитные волны;
- собственное потребление электроэнергии аппаратурой соединителя является незначительным, т.к. обе части соединителя, в основном, находятся в «спящем» режиме, а под нагрузкой - только в период кратковременных сеансов связи;
- полоса информационного сигнала определяется только возможностями ГАП и может быть достаточно широкой [7].
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена функциональная схема одной части заявляемого соединителя (обе части герметичного разъемного соединителя идентичны); на фиг. 2 показан принцип механического соединения обеих частей герметичного разъемного соединителя.
Каждая из идентичных частей заявленного соединителя (фиг. 1) состоит из корпуса 11,2 (на фиг. 1 показан пунктирной линией), гидроакустического преобразователя 21,2 (ГАП), коммутатора 31,2 приема-передачи (КПП), амплитудного модулятора 41,2 (АМД), амплитудного демодулятора 51,2 (АДМ), усилителя 61,2 мощности (УМ) и генератора 71,2 несущей частоты (ГНЧ). Из днища корпуса 11,2 выведены три соединительных провода 81,2, 91,2, 101,2, заканчивающиеся герметичными соединителями (опущены на фиг. 1) для обеспечения электрического соединения с внешним устройством. АМД, УМ, ГНЧ, КПП и АДМ располагаются в электронных модулях 111,2 каждой из частей соединителя. Внутри корпуса содержится также источник электропитания, который на фиг. 1 не показан.
ГАП 21,2 электрически соединен с обратимым входом/выходом КПП 31,2, первый вход КПП 31,2 соединен с выходом УМ 61,2, а управляющий вход КПП 31,2 и управляющий вход ГНЧ 71,2 соединены третьим соединительным проводом 101,2 с внешним устройством. Выход ГНЧ 71,2 электрически соединен с первым входом АМД 41,2, второй вход которого соединен вторым соединительным проводом 91,2 с внешним устройством, а выход АМД 41,2 - с входом УМ 61,2. Выход КПП 31,2 электрически соединен с входом АДМ 51,2, а его выход соединен первым соединительным проводом 81,2 с внешним устройством.
Подводный разъемный соединитель состоит из известных по конструкции и принципу работы аналоговых устройств. Вопросы, связанные с конструкциями гидроакустических преобразователей изложены в [7]. Один из типов герметичных соединителей для обеспечения электрического соединения с внешними устройствами (непосредственное соединение выполняется вне водной среды, а после соединения обеспечивается герметичность для работы в водной среде) описан в патенте [1].
Остальные устройства, входящие в состав предлагаемого соединителя, описаны в литературе по радиотехническим системам.
Гидроакустический преобразователь 21,2 (ГАП) предназначен для преобразования электрической энергии в энергию механических (акустических) колебаний и наоборот, энергии акустических колебаний в энергию электрических колебаний, т.е. является обратимым. Коммутатор 31,2 приема-передачи (КПП), управляемый внешним устройством, служит для переключения схемы из режима приема/передачи сигналов в режим передача/прием. Генератор 71,2 несущей частоты (ГНЧ) формирует опорный сигнал, который в амплитудном модуляторе 41,2 (АМД) смешивается с аналоговым (информационным) сигналом от внешнего устройства, при этом на выходе АМД 41,2 формируется амплитудно-модулированный сигнал, который усиливается усилителем 61,2 мощности (УМ). В амплитудном демодуляторе 51,2 (АДМ) происходит выделение огибающей амплитудно-модулированного сигнала, принимаемого ГАП 21,2 (режим приема), этот сигнал, выделенный АДМ, передается к внешнему приемнику аналогового сигнала.
Конструкция предлагаемого соединителя и принцип механического соединения его обеих частей представлены на фиг. 2. ГАП 21 (22) делит корпус 11 (12) каждой части герметичного разъемного соединителя на два отсека: герметичный отсек 111 (112) и открытый отсек 121 (122). Расстояние между рабочей поверхностью ГАП 21 (22) и открытым торцом корпуса 11 (12) (см. фиг. 2) выбирается таким образом, чтобы не существовало стоячей волны между рабочими поверхностями ГАП 21 и ГАП 22 в рабочем (сочлененном) положении соединителя.
На внешних частях корпусов 11 и 12 каждой из частей герметичного разъемного соединителя смонтированы устройства фиксации 131 (132), 141 (142) обеих частей соединителя в рабочем положении, один из возможных вариантов такой фиксации представлен на фиг. 2.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Пусть необходимо снять показания датчика, установленного в акватории для мониторинга физических полей или подводной обстановки. Перед установкой датчика в заданном месте акватории одну из частей предлагаемого соединителя в воздухе герметично соединяют с датчиком с помощью соединителя (например, типа описанного в [1]). Датчик должен иметь в своих выходных устройствах, сопрягаемых с заявляемым герметичным разъемным соединителем, каскады, которые обеспечивают прием информации через соединитель и передачу необходимой информации через соединитель.
При необходимости снятия информации с датчика к датчику спускают водолаза (или подводный аппарат). У водолаза должно иметься устройство, которое сопрягается с заявляемым соединителем, а также обеспечивает возможность обмена информацией с датчиком, установленным в акватории. При подготовке водолаза вторую часть заявляемого герметичного разъемного соединителя электрически соединяют с устройством водолаза герметичным разъемом, после чего водолаз направляется к датчику, присоединяет и фиксирует имеющуюся у него часть соединителя к части соединителя на датчике с помощью устройств фиксации 131,2, 141,2.
В исходном положении аппаратура обеих частей герметичного разъемного соединителя находится в режиме приема. Процесс обмена информацией состоит из трех этапов:
- активизация выходных устройств датчика;
- передача информации от датчика водолазу;
- возвращение в исходное состояние.
Будем считать, что индекс «1» относится к части разъемного соединителя, находящейся у водолаза, а индекс «2» - к части разъемного соединителя, находящейся у датчика информации, находящегося под водой.
Водолаз при помощи устройства, входящего в его снаряжение, посылает аналоговый сигнал, который через второй соединительный провод 91 части герметичного разъемного соединителя, находящейся у водолаза, поступает на второй вход АМД 41; одновременно запускается от внешнего устройства управления (аппаратура водолаза) через третий соединительный провод 101 ГНЧ 71, а КПП 31 переводится из исходного режима приема в режим излучения. В АМД 41 формируется модулированный сигнал с несущей, сформированной ГНЧ 71. Этот сигнал усиливается в УМ 61 и через КПП 31 передается на ГАП 21, где преобразуется в сигнал акустических колебаний и излучается. В отсутствие управляющего сигнала КПП 31 возвращается в режим приема.
Сигнал, излученный ГАП 11 расположенным в части герметичного разъемного соединителя водолаза, принимается ГАП 12, расположенным в части герметичного разъемного соединителя датчика информации. Сигнал с этого ГАП 12 через КПП 32, который в исходном положении переключен на прием, поступает на вход АДМ 52, где детектируется и по второму соединительному проводу 92 поступает на приемник аналогового сигнала датчика информации (внешнее устройство). Принятый датчиком сигнал свидетельствует о необходимости передачи информации от датчика на другое устройство (водолазу). Управляющий сигнал от устройства датчика по третьему соединительному проводу 102 запускает ГНЧ 72 соединителя, расположенного на датчике, и одновременно переключает КПП 32 в положение на излучение. Источник аналогового сигнала датчика по первому соединительному проводу 82 передает информационный сигнал в аналоговой форме на второй вход АМД 42, где этот сигнал смешивается с опорным сигналом несущей частоты от ГНЧ 72, поступающим на первый вход АМД 42. С выхода АМД 42 модулированный сигнал, после усиления в УМ 62, через КПП 32 поступает на ГАП 22, преобразуется в сигнал акустических колебаний и излучается.
Сигнал, излученный ГАП 22, расположенным в части герметичного разъемного соединителя датчика информации, принимается ГАП 21, расположенным в части герметичного разъемного соединителя водолаза, и через КПП 31, который переключен на прием, поступает на вход АДМ 51. В АДМ 51 выделяется огибающая модулированного сигнала, содержащая информационный сигнал датчика информации; этот сигнал через второй соединительный провод 91 передается к приемнику аналогового сигнала, расположенному в аппаратуре водолаза (записывается в устройство памяти). После окончания сеанса в аппаратуре водолаза должен подаваться сигнал (звуковой, световой), водолаз отсоединяет свою часть разъемного соединителя и переходит к следующему объекту информации или выполняет другие работы.
Определяющим для соединителя является размер активного элемента ГАП. Резонансную частоту целесообразно выбрать в диапазоне 500-600 кГц, при этом полоса пропускания составит ~10% от частоты резонанса. Диаметр ГАП, определяющий габарит корпуса соединителя, будет составлять несколько сантиметров.
Заявленный технический эффект от использования подводного разъемного соединителя обеспечивается при его работе, поскольку:
- передача информации между абонентами осуществляется без электрического контакта между абонентами;
- для передачи требуется незначительное энергопотребление, т.к. основная нагрузка имеет место во время сеанса связи, а в остальное время соединитель находится в ждущем режиме, активирован только АДМ, а КПП «по умолчанию» находится в режиме приема и электроэнергию не потребляет; принципиально при работе соединителя электропитание может осуществляться от внешнего устройства;
- использование акустического канала при передаче информации является устойчивым к помехам электромагнитного происхождения, устройство не излучает электромагнитную энергию, практически (из-за высокой направленности и высокой несущей частоты) не излучает акустическую энергию вне конструкции соединителя, т.е. дополнительно обладает скрытностью.
Конструкция соединителя, в том числе обеспечение акустического контакта, не требует специальных мер, связанных с предотвращением коррозии или загрязнения.
Предлагаемая полезная модель может быть использована при проведении подводно-технических работ на объектах различного назначения, для оперативной передачи информации между водолазами без выхода на поверхность, для снятия информации от датчиков экологического мониторинга водной и донной среды, а также потенциально опасных объектов. Предлагаемый соединитель может входить в снаряжение водолаза или быть установлен на манипуляторе подводного аппарата для глубоководных работ.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №41915. Герметичный соединитель многожильных кабелей. Публ. 10.11.2004.
2. Патент США №2010183313. Underwater data transfer system. Публ. 22.07.2010
3. Патент Китая №102364818A. Deep-sea non-contact electric power transmission packaging structure. Публ. 29.02.2012.
4. Патент Австралии №2011239304. Underwater power connector system and use there of. Публ. 17.05.2012
5. Патент РФ №2419931. Подводный электрический разъем. Публ. 27.05.2011
6. Патент РФ №2393600. Бесконтактный электрический разъем. Публ. 27.06.2010
7. Справочник по гидроакустике. Л. : Судостроение, 1988 (глава 6, 7)
Claims (2)
1. Подводный разъемный соединитель, состоящий из двух частей, механически сочленяемых друг с другом, причем в каждой из частей имеется корпус, выполненный в виде стакана, в котором герметично размещен электронный модуль, от которого через днище корпуса герметично выведены соединительные провода, которые заканчиваются герметичными соединителями типа "вилка" или "розетка" для соединения с внешним устройством, отличающийся тем, что обе части соединителя выполнены идентичными; каждая часть соединителя содержит гидроакустический преобразователь (ГАП), а электронный модуль каждой части содержит амплитудный модулятор (АМД), генератор несущей частоты (ГНЧ), усилитель мощности (УМ), амплитудный демодулятор (АДМ) и коммутатор приема передачи (КПП), при этом ГАП соединен с обратимым входом/выходом КПП, выход которого соединен с входом АДМ, выход ГНЧ соединен с первым входом АМД, второй вход АМД соединен с внешним устройством первым соединительным проводом, выход АМД соединен через УМ с входом КПП; выход АДМ выведен вторым соединительным проводом, управляющий вход ГНЧ и управляющий вход КПП соединены с внешним устройством третьим соединительным проводом, при этом ГАП герметично вмонтирован в корпус, разделяя полость корпуса на два отсека, один из которых герметичный, в котором установлен электронный модуль, а другой - открытый, причем рабочая поверхность ГАП обращена в открытый отсек, а его нерабочая поверхность обращена в герметичный отсек корпуса, ГАП установлен таким образом, что стенки открытой части корпуса выступают за рабочую поверхность ГАП, а между рабочими поверхностями двух ГАП при сочлененном рабочем положении обеих частей соединителя находится вода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135843/07U RU136246U1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Подводный разъемный соединитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135843/07U RU136246U1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Подводный разъемный соединитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU136246U1 true RU136246U1 (ru) | 2013-12-27 |
Family
ID=49818198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135843/07U RU136246U1 (ru) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Подводный разъемный соединитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU136246U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114829738A (zh) * | 2019-12-12 | 2022-07-29 | 西门子能源环球有限责任两合公司 | 海底连接器 |
-
2013
- 2013-07-30 RU RU2013135843/07U patent/RU136246U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114829738A (zh) * | 2019-12-12 | 2022-07-29 | 西门子能源环球有限责任两合公司 | 海底连接器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10355334B2 (en) | Underwater connector arrangement | |
US9306677B2 (en) | Underwater communication system | |
US8577288B2 (en) | Subsea transfer system providing wireless data transfer, electrical power transfer and navigation | |
TW201637324A (zh) | 無線電力中繼 | |
GB2447583A (en) | Distributed underwater electromagnetic communication system | |
CN110086506B (zh) | 一种水密连接器 | |
JP3207135U (ja) | 水槽の無線給電装置 | |
CN104029807B (zh) | 深海auv接驳平台的无线电能与信号传输系统 | |
Yang et al. | Undersea wireless power and data transfer system with shared channel powered by marine renewable energy system | |
JP6620906B1 (ja) | 水中通信装置及び水中通信システム | |
RU136246U1 (ru) | Подводный разъемный соединитель | |
US11569689B2 (en) | Power receiving device, power transmitting device, and underwater power supply system | |
US20210281328A1 (en) | Underwater communication device and underwater communication system | |
RU143199U1 (ru) | Подводный разъемный соединитель | |
CN213846341U (zh) | 一种非连接的无线供电及通讯装置 | |
CN211348511U (zh) | 一种无线传输智能局放传感器 | |
CN106936477A (zh) | 一种磁耦合连接器 | |
JP2011119872A (ja) | 無線通信装置 | |
CN204539137U (zh) | 水下非接触式数据与能源传输接驳件 | |
JP2831149B2 (ja) | 海底機器内二次電池充電装置 | |
CN203909995U (zh) | 一种海况信息采集发射模块 | |
CN210517255U (zh) | 户外电子设备的续电装置及户外电子设备 | |
US20230399087A1 (en) | Underwater Internet of Things Coonectivity | |
CN215498346U (zh) | 一种无插头的水声应答器 | |
CN210958376U (zh) | 水声通信中继组件及供水系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190731 |