水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置的製作方法

2023-08-08 23:54:11

專利名稱：水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於水下環境電能與信號傳輸非接觸式連接裝置。
背景技術：
海水是電的良導體，因此在水下不論傳輸電能還是電信號都不能像在陸地 輸電一樣採用裸露導體接觸的方式。目前採用較多的是內部含有金屬纜、通過 導體接觸傳輸電能和電信號的溼拔插接頭，但此類接頭價格昂貴使用壽命短，
並且需要ROV進行複雜的插拔操作，因此其推廣應用受到很大限制。隨著電能 和信號傳輸技術的提高，通過水下基站向水下設備長期供應電能、發送指令和 接收數據成為可能，為此急需一種使用方便、壽命長的連接裝置，作為基站和 設備間電能和信號傳輸的通道。

發明內容
本發明的目的是提供一種滿足水下探測設備和基站之間電能、信號傳輸的 電能與信號傳輸非接觸式連接裝置。
本發明的水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，包括插座和插頭； 插座包括由第一殼體和安裝在第一殼體兩端的第一端蓋和第一透光窗口
構成的第一密封腔，第一密封腔內設置有第一支架，在第一支架的朝向端蓋一 側固定有電能發送及信號處理電路板，第一支架的朝向第一透光窗口一側固定 有第一感光元件、第一凸透鏡和具有環形槽的第一鐵氧體磁芯，第一凸透鏡位 於第一感光元件和第一透光窗口之間，第一凸透鏡具有中心孔，中心孔中固定 有第一發光管，第一發光管的發光端朝向第一透光窗口，第一感光元件與第一 凸透鏡的焦點重合，第一鐵氧體磁芯置於第一凸透鏡外，在第一鐵氧體磁芯的 環形槽中纏有原邊線圈，第一鐵氧體磁芯、原邊線圈、第一發光管和第一凸透 鏡的中心線與第一殼體軸線重合，第一多芯耐壓防水導線穿越第一端蓋與電能
發送與信號處理電路相連，原邊線圈與電能發送及信號處理電路板相連；
插頭包括由第二殼體和安裝在第二殼體兩端的第二端蓋和第二透光窗口 構成的第二密封腔，第二密封腔內設置有第二支架，在第二支架的朝向端蓋一 側固定有電能接收及信號處理電路板，第二支架的朝向第二透光窗口一側固定 有第二感光元件、第二凸透鏡和具有環形槽的第二鐵氧體磁芯，第二凸透鏡位 於第二感光元件和第二透光窗口之間，第二凸透鏡具有中心孔，中心孔中固定 有第二發光管，第二發光管的發光端朝向第二透光窗口，第二感光元件與第二
3凸透鏡的焦點重合，第二鐵氧體磁芯置於第二凸透鏡外，在第二鐵氧體磁芯的 環形槽中纏有副邊線圈，第二鐵氧體磁芯、副邊線圈、第二發光管和第二凸透 鏡的中心線與第二殼體軸線重合，第二多芯耐壓防水導線穿越第二端蓋與電能 接收及信號處理電路板相連，副邊線圈與電能接收及信號處理電路板相連。
上述的第一發光管和第二發光管可以是LED或者雷射管。所說的第一感光 元件和第二感光元件可以是光電池或者光敏二極體。
工作原理供能插座固定在水下基站上，接受插頭集成在水下探測設備中，
工作時通過其它外加的對接機械裝置，保證供能插座和接收插頭的軸線對齊， 並儘可能使各自的透光窗口互相靠近。水下基站通過第一多芯耐壓防水導線將 直流電輸入電能發送與信號處理電路，經過電能發送與信號處理電路將直流電 變為高頻交流電，在原邊線圈內產生出高頻交變磁場。交變磁場的一部分穿過 副邊線圈，並在副邊線圈內產生感應電勢。副邊線圈用於電磁感應原理產生的 交流電勢，經過電能接收與信號處理電路轉變為穩定的直流電壓輸出，通過第 二多芯耐壓防水導線送入用電設備，為用電設備提供電能。於此同時，水下基 站通過第一多芯耐壓防水導線將基站傳來的控制信號輸入電能發送與信號處理 電路，經過電能發送與信號處理電路的調製，將控制信號轉化為第一發光管發 出的光信號，第一發光管發出的光信號穿過插座上的第一透光窗口和插頭上的 第二透光窗口，到達插頭上的第二凸透鏡時，已經存在一定程度的發散，第二 凸透鏡將除中心通孔外其它區域接收到的光線聚焦到焦點處，位於第二凸透鏡 焦點處的第二感光元件接收到光信號，產生相應的電信號，經過電能接收與信 號處理電路的解調，還原為基站傳來的控制信號，通過第二多芯耐壓防水導線 送入水下探測設備。
在基站插座向探測設備插頭髮送光信號的同時，水下探測設備通過第二多 芯耐壓防水導線將探測到的數據信號發送到電能接收與信號處理電路，經過電 能接收與信號處理電路的調製，將探測數據信號轉化為第二發光管發出的光信 號，第二發光管發出的光信號穿過插頭上的第二透光窗口和插座上的第一透光 窗口，到達插座上的第一凸透鏡時，已經存在一定程度的發散，第一凸透鏡將 除中心通孔外其它區域接收到的光線聚焦到焦點處，位於第一凸透鏡焦點處的 第一感光元件接收到光信號，產生相應的電信號，經過電能發送與信號處理電 路的解調，還原為探測設備傳來的數據信號，通過第一多芯耐壓防水導線傳入 水下基站。
從而實現了電能的從基站插座到探測設備插頭的單向傳輸和信號的雙向傳輸。電能和信號傳輸結束後，非接觸式連接裝置的插座和插頭可自由分離。 本發明的有益效果
本發明作為水下探測設備和水下基站的通用連接裝置，與傳統的內部含有 金屬纜、通過導體接觸傳輸電能和電信號的接插件相比，通過非接觸的電磁感 應方式和光通訊方式，不需要導體的直接接觸，基站插座和設備插頭可以實現 各自獨立的完全封裝，徹底將內部器件與周圍環境隔開，大大簡化了密封，有 效防止了漏水、漏電事故，為水下機電設備的長期穩定運行創造了良好條件， 為水下信號傳輸和能量傳輸提供了一種使用方便、壽命長的連接裝置。


圖1是水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置的結構示意圖。
圖中1-第一多芯耐壓防水導線，2-電能發送與信號處理電路板，3-第一端 蓋，4-第一感光元件，5-第一殼體，6-第一發光管，8-第一凸透鏡，9-第一鐵氧 體磁芯，10-第一支架，11-第一擋圈，12-原邊線圈，13-第一透光窗口， 14-第二 擋圈，15-第二透光窗口， 16-第二鐵氧體磁芯，17-副邊線圈，19-第二支架，20-第二殼體，21-第二凸透鏡，22-第二端蓋，23-第二發光管，24-第二多芯耐壓防 水導線，25-第二感光元件，26-電能接收與信號處理電路板。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明
參照圖1，本發明的水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，包括插座和插
頭；
插座包括由第一殼體5和安裝在第一殼體5兩端的第一端蓋3和第一透 光窗口 13構成的第一密封腔，第一密封腔內設置有第一支架10,在第一支架 10的朝向端蓋一側固定有電能發送及信號處理電路板2，第一支架10的朝向第 一透光窗口 13 —側固定有第一感光元件4、第一凸透鏡8和具有環形槽的第一 鐵氧體磁芯9，第一凸透鏡8位於第一感光元件4和第一透光窗口 13之間，第 一凸透鏡8具有中心孔，中心孔中固定有第一發光管6，第一發光管6的發光端 朝向第一透光窗口 13，第一感光元件4與第一凸透鏡8的焦點重合，第一鐵氧 體磁芯9置於第一凸透鏡8外，在第一鐵氧體磁芯9的環形槽中纏有原邊線圈 12，第一鐵氧體磁芯9、原邊線圈12、第一發光管6和第一凸透鏡8的中心線 與第一殼體5軸線重合，第一多芯耐壓防水導線1穿越第一端蓋3與電能發送 與信號處理電路2相連；原邊線圈12與電能發送及信號處理電路板2相連。
插頭包括由第二殼體20和安裝在第二殼體20兩端的第二端蓋22和第二
5透光窗口 15構成的第二密封腔，第二密封腔內設置有第二支架19，在第二支架 19的朝向端蓋一側固定有電能接收及信號處理電路板26，第二支架19的朝向 第二透光窗口 15—側固定有第二感光元件25、第二凸透鏡21和具有環形槽的 第二鐵氧體磁芯16，第二凸透鏡21位於第二感光元件25和第二透光窗口 15之 間，第二凸透鏡21具有中心孔，中心孔中固定有第二發光管23，第二發光管 23的發光端朝向第二透光窗口 15，第二感光元件25與第二凸透鏡21的焦點重 合，第二鐵氧體磁芯16置於第二凸透鏡21外，在第二鐵氧體磁芯16的環形槽 中纏有副邊線圈17，第二鐵氧體磁芯16、副邊線圈17、第二發光管23和第二 凸透鏡21的中心線與第二殼體20軸線重合，第二多芯耐壓防水導線24穿越第 二端蓋22與電能接收及信號處理電路板26相連；副邊線圈17與電能接收及信 號處理電路板26相連。
本發明中的第一、第二透光窗口可採用耐高壓的光學玻璃製成，透光且不 導電、不導磁。圖例中，第一透光窗13通過第一擋圈11固定在第一殼體5上， 第二透光窗15通過第二擋圈14固定在第二殼體20上。這樣，第一、第二擋圈 既有將透光窗口固定在殼體上的作用，也起到防止第一透光窗口和第二透光窗 口發生直接碰撞的作用。
權利要求
1.水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，其特徵是包括插座和插頭；插座包括由第一殼體(5)和安裝在第一殼體(5)兩端的第一端蓋(3)和第一透光窗口(13)構成的第一密封腔，第一密封腔內設置有第一支架(10)，在第一支架(10)的朝向端蓋一側固定有電能發送及信號處理電路板(2)，第一支架(10)的朝向第一透光窗口(13)一側固定有第一感光元件(4)、第一凸透鏡(8)和具有環形槽的第一鐵氧體磁芯(9)，第一凸透鏡(8)位於第一感光元件(4)和第一透光窗口(13)之間，第一凸透鏡(8)具有中心孔，中心孔中固定有第一發光管(6)，第一發光管(6)的發光端朝向第一透光窗口(13)，第一感光元件(4)與第一凸透鏡(8)的焦點重合，第一鐵氧體磁芯(9)置於第一凸透鏡(8)外，在第一鐵氧體磁芯(9)的環形槽中纏有原邊線圈(12)，第一鐵氧體磁芯(9)、原邊線圈(12)、第一發光管(6)和第一凸透鏡(8)的中心線與第一殼體(5)軸線重合，第一多芯耐壓防水導線(1)穿越第一端蓋(3)與電能發送與信號處理電路(2)相連，原邊線圈(12)與電能發送及信號處理電路板(2)相連；插頭包括由第二殼體(20)和安裝在第二殼體(20)兩端的第二端蓋(22)和第二透光窗口(15)構成的第二密封腔，第二密封腔內設置有第二支架(19)，在第二支架(19)的朝向端蓋一側固定有電能接收及信號處理電路板(26)，第二支架(19)的朝向第二透光窗口(15)一側固定有第二感光元件(25)、第二凸透鏡(21)和具有環形槽的第二鐵氧體磁芯(16)，第二凸透鏡(21)位於第二感光元件(25)和第二透光窗口(15)之間，第二凸透鏡(21)具有中心孔，中心孔中固定有第二發光管(23)，第二發光管(23)的發光端朝向第二透光窗口(15)，第二感光元件(25)與第二凸透鏡(21)的焦點重合，第二鐵氧體磁芯(16)置於第二凸透鏡(21)外，在第二鐵氧體磁芯(16)的環形槽中纏有副邊線圈(17)，第二鐵氧體磁芯(16)、副邊線圈(17)、第二發光管(23)和第二凸透鏡(21)的中心線與第二殼體(20)軸線重合，第二多芯耐壓防水導線(24)穿越第二端蓋(22)與電能接收及信號處理電路板(26)相連，副邊線圈(17)與電能接收及信號處理電路板(26)相連。
2. 根據權利要求1所述的水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，其特徵 是第一發光管(6)和第二發光管(23)是LED或者雷射管。
3. 根據權利要求1所述的水下電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，其特徵 是第一感光元件(4)和第二感光元件(25)是光電池或者光敏二極體。
全文摘要
本發明公開了一種用於水下環境電能與信號傳輸非接觸式連接裝置，其包括插座和插頭，通過電磁感應原理實現從插座到插頭間的單向電能傳輸；通過光通訊原理實現插座和插頭間的雙向信號傳遞。本發明與傳統的電能與信號傳輸連接裝置相比，不需要插座和插頭間的直接接觸，插座和插頭可以實現各自獨立的完全封裝，將內部器件與周圍環境隔開，大大簡化了密封，可有效防止漏水、漏電事故，為水下機電設備的長期穩定運行創造良好條件，另外，也避免了水下溼插拔接插件必須使用水下機器人插拔操作而導致的高額費用。
文檔編號H02M3/22GK101667777SQ20091015353
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者李德駿, 李澤松, 楊燦軍, 麟 林, 鷹 陳 申請人:浙江大學