水下机器人补偿器位移检测传感器及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水下机器人补偿器位移检测技术，具体地说是利用霍尔元件、可 调电位器及永磁铁磁环等实现水下机器人液压系统油补偿器位移检测的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 水下机器人的水下部分包括中继器和潜水器，当其在深海工作时所受海水压强较 大，各个阀箱、电机箱设计时采用内部充油方式可使其内外压保持平衡，从而在水密外壳设 计中可以按薄壁设计，选择耐压性较低抗腐蚀材料，可以减轻水下潜器的重量。补偿器可以 实时保证阀箱内油量充足以保证内外压平衡，并通过补偿器内部弹簧的作用使设备内压略 高于外部水压，这样可以防止阀箱渗水以及为液压回路中可能存在的渗漏提供补充。所以 为了系统能够正常工作，对补偿器内液压油的余量进行实时监测显得尤为重要。陆地上常 规的检测方法由于不能防水和耐压在水下无法使用，因此必须设计一套结构简单的，非接 触式的水下位置检测传感器来检测补偿器的油位。一些传统的水下机器人补偿器未采用线 性检测装置，只是在油即耗尽时，产生一个触点信号，不能够在水下实时发现油位的减少， 如果液压系统漏油较为严重时，无法及时得到准确信息，当液压油耗尽时，就会把海水吸进 液压管路，这对于深海工作机器人来说是相当危险的事故，海水会对高精度的伺服阀组，电 机泵组等器件造成腐蚀，如果发现不及时甚至会导致这些器件报废，造成较大的损失。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种应用于水下机器人， 结构简单、检测可靠的补偿器位移检测装置，通过该装置可准确判断出补偿器中的液压油 液位。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：水下机器人补偿器位移检测传感 器，包括：活塞、活动支架和固定支架、水密插座、不锈钢筒及其内部设置的电路板；活塞的 一端固定于补偿器内活动端盖上，另一端固定有活动支架；不锈钢筒一端与补偿器壳体上 设置的固定支架固定连接，另一端套置于活动支架内；电路板通过不锈钢筒末端的水密插 座与上位机连接。
[0005] 所述不锈钢筒为一端开口并带有法兰固定座的中空结构，其开口端与水密插座固 定连接；开口端外表面车有螺纹，与固定支架螺纹连接。
[0006] 所述活塞与不锈钢筒沿轴向平行。
[0007] 所述活动支架为带有两个圆孔的不锈钢板，第一圆孔用于与活塞螺栓连接，第二 圆孔用于套置不锈钢筒且直径大于不锈钢筒直径。
[0008] 所述活动支架第二圆孔周围固定有磁环，磁环直径与第二圆孔直径相等。
[0009] 所述电路板设有检测电路，包括多个并联的霍尔元件；相邻的霍尔元件的信号端 之间连有可调电位器，每个可调电位器的调节端与其对应的霍尔元件信号输出端连接；每 个霍尔元件的电源正极、地端与外部电源正、负极连接；可调电位器串联后一端接地，另一 端作为检测电路的输出端通过上拉电阻Rp与外部电源正极连接，还通过水密插座与上位 机连接，。
[0010] 所述并联的霍尔元件沿不锈钢筒的轴向依次排列。
[0011] 水下机器人补偿器位移检测方法，包括以下步骤：
[0012] 根据检测电压范围及其分辨率标定可调电位器阻值；
[0013] 当补偿器的活动端盖移动时，带动活塞以及活动支架上的磁环移动，不锈钢筒内 处于磁环磁场范围内的某个霍尔元件的信号端与电源地端导通，检测电路输出检测电压至 上位机，上位机根据该电压得到相应的补偿器位移。
[0014] 所述根据检测电压范围及其分辨率标定可调电位器阻值根据以下公式得到；
[0015]
【主权项】
1. 水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于包括：活塞（3)、活动支架（4)和固 定支架（5)、水密插座（1)、不锈钢筒（2)及其内部设置的电路板；活塞（3)的一端固定于补 偿器内活动端盖上，另一端固定有活动支架（4);不锈钢筒（2)-端与补偿器壳体（7)上设 置的固定支架（5)固定连接，另一端套置于活动支架（4)内；电路板通过不锈钢筒（2)末端 的水密插座（1)与上位机连接。
2. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述不锈 钢筒（2 )为一端开口并带有法兰固定座的中空结构，其开口端与水密插座（1)固定连接；开 口端外表面车有螺纹，与固定支架（5)螺纹连接。
3. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述活塞 (3)与不锈钢筒（2)沿轴向平行。
4. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述活动 支架（4)为带有两个圆孔的不锈钢板，第一圆孔用于与活塞（3)螺栓连接，第二圆孔用于套 置不锈钢筒（2)且直径大于不锈钢筒（2)直径。
5. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述活动 支架（4)第二圆孔周围固定有磁环（6)，磁环（6)直径与第二圆孔直径相等。
6. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述电路 板设有检测电路，包括多个并联的霍尔元件；相邻的霍尔元件的信号端之间连有可调电位 器，每个可调电位器的调节端与其对应的霍尔元件信号输出端连接；每个霍尔元件的电源 正极、地端与外部电源正、负极连接；可调电位器串联后一端接地，另一端作为检测电路的 输出端通过上拉电阻Rp与外部电源正极连接，还通过水密插座（1)与上位机连接。
7. 根据权利要求1所述的水下机器人补偿器位移检测传感器，其特征在于：所述并联 的霍尔元件沿不锈钢筒（2)的轴向依次排列。
8. 水下机器人补偿器位移检测方法，其特征在于包括以下步骤： 根据检测电压范围及其分辨率标定可调电位器阻值； 当补偿器的活动端盖移动时，带动活塞（3)以及活动支架（4)上的磁环（5)移动，不锈 钢筒（2)内处于磁环（5)磁场范围内的某个霍尔元件的信号端与电源地端导通，检测电路 输出检测电压至上位机，上位机根据该电压得到相应的补偿器位移。
9. 根据权利要求8所述的水下机器人补偿器位移检测方法，其特征在于：所述根据检 测电压范围及其分辨率标定可调电位器阻值根据以下公式得到；
其中，Rn为可调电位器阻值，Rp为上拉电阻阻值，η为可调电位器个数，U为传感器工 作电压，f为检测信号分辨率。
【专利摘要】本发明涉及水下机器人补偿器位移检测传感器，包括活塞、活动支架和固定支架、水密插座、不锈钢筒及其内部设置的电路板；活塞的一端固定于补偿器内活动端盖上，另一端固定有活动支架；不锈钢筒一端与补偿器壳体上设置的固定支架固定连接，另一端套置于活动支架内；电路板通过不锈钢筒末端的水密插座与上位机连接。其方法为标定可调电位器阻值；当补偿器的活动端盖移动时，带动活塞以及活动支架上的磁环移动，不锈钢筒内处于磁环磁场范围内的某个霍尔元件的信号端与电源地端导通，检测电路输出检测电压至上位机，上位机根据该电压得到相应的补偿器位移。本发明结构简单，扩展性强，可靠性高，适合于各种水下设备的油补偿器位移或油量检测。
【IPC分类】G01F23-30
【公开号】CN104677466
【申请号】CN201310616490
【发明人】杨鸣宇, 赵洋, 李智刚, 孙斌, 刘曙光
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月27日