一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关的制作方法

1.本发明涉及低压开关技术领域，特别涉及一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关。


背景技术：

2.随着建设海洋强国战略目标的正式实施，我国海洋事业迎来了前所未有的发展机遇，大量的水下设备投入使用。其中，有些设备在进行水下作业时需要使用开关进行功能控制，如通信频率调节、音量控制、深度及方向控制等。因此，水下开关对于水下设备正常工作非常重要。同时，由于水下工作环境的特殊性，对开关提出了更多的要求，如较高密封性能、较强耐腐蚀性和长使用寿命。
3.现有的水下开关主要包括两大类：接触式和非接触式。其中，接触式开关通常采用传统的机械传动结构，如通过旋转或按压操作实现设备的开关控制，但是其结构部分的密封处理往往采用o型密封圈、密封垫或灌胶的方式保持防水，尤其对于旋转型水下开关涉及到旋转轴、轴套等组件的组合装配，通常会导致结构复杂、密封性能差、可靠性低等问题，不能适应复杂环境下的长时间、可靠性高的使用要求。此外，常用的接触式水下开关还存在着生产成本高、可维护性能差的问题。相对于接触式水下开关，非接触式水下开关主要通过磁场的相互作用原理来实现设备开关控制的装置。目前公开的磁控水下开关普遍具有结构和功能简单的特点，虽然能够解决上述接触式开关存在的结构复杂、密封性差的缺点，可以达到水下开关控制的目的，但依然存在一些缺陷和不足，如大多开关只能实现功能单一的开关控制，不能满足设备多档位控制的需求，尤其是对于一些需要调节控制量大小的应用场合，存在可实施性差、使用灵活性低、使用范围受限等问题。此外，还存在通用性差、不方便进行二次设计开发等弊端，难以满足人们对多功能集成控制的要求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种结构简单、密封可靠、使用灵活、维护简单、扩展性能好的基于磁传感的旋转式水下数字编码开关。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，包括对应位于壳体两侧的旋钮组件和磁检测模块；
7.所述旋钮组件包括空心磁钢、旋钮帽、梅花柄和旋钮固定座；所述旋钮帽连接于所述梅花柄的一端，所述梅花柄的另一端穿过所述旋钮固定座与所述空心磁钢连接，所述旋钮固定座固定于所述壳体外侧；旋转所述旋钮帽，所述旋钮帽经所述梅花柄带动所述空心磁钢旋转，所述磁检测模块检测到所述空心磁钢的磁场变化，从而将所述旋钮帽的旋转角度转变成数字编码信号并输出。
8.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述旋钮组件还包括磁钢套、磁钢固定端盖和磁钢固定螺栓；所述梅花柄的另一端设置螺纹固定孔，所述磁
钢固定螺栓依次套设所述磁钢固定端盖、所述空心磁钢和所述磁钢套，并连接于所述螺纹固定孔。
9.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述旋钮固定座与所述梅花柄之间设置第一波形垫圈，所述旋钮固定座与磁钢套之间设置第二波形垫圈。
10.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述梅花柄的一端为固定齿端，另一端为旋转光轴端，所述旋转光轴端设置卡位部；所述旋钮帽设置与所述固定齿端对应卡接的卡孔，所述磁钢套设置与所述卡位部对应卡接的卡位槽。
11.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述旋钮固定座外侧设置与其内部连通的导流槽，所述旋钮帽的顶部设置与其内部连通的泄压孔。
12.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述旋钮固定座外侧设置扇形限位块，所述旋钮帽内侧设置与所述扇形限位块相互配合的限位挡块。
13.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述磁钢套设置用于嵌入所述空心磁钢的凹槽，所述空心磁钢纵向内嵌套设于所述磁钢套的凹槽内，并以所述磁钢固定端盖压紧；所述旋钮固定座设置用于嵌入所述磁钢套的凹槽，所述磁钢套连同所述空心磁钢和所述磁钢固定端盖纵向内嵌套设于所述旋钮固定座的凹槽内；所述壳体外侧设置旋钮沉孔，所述旋钮固定座设置凹槽的部分嵌入所述旋钮沉孔内。
14.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述磁检测模块包括磁检测电路和固定支架；所述固定支架将所述磁检测电路固定于所述壳体内侧。
15.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述磁检测电路包括磁感应传感器，所述磁感应传感器与所述空心磁钢分别于所述壳体两侧对应安装。
16.进一步的，所述的一种基于磁传感的旋转式水下数字编码开关，所述磁检测电路还包括电源输入端和通信串口输出端，所述电源输入端分别连接在vdd和gnd，所述通信串口输出端的4个信号端分别与其它设备spi接口的sda、scl、miso、mosi连接。
17.本发明的优点与效果是：
18.1.本发明提供的一种基于磁传感器的旋转式水下数字编码开关，通过可旋转的旋钮组件与磁检测模块之间的电磁隔离，在非接触方式下利用磁传感器感知旋钮组件的旋转角度变化并输出数字编码信号，以满足设备控制量大小要求。
19.2.本发明提供的一种基于磁传感器的旋转式水下数字编码开关的旋钮组件与磁检测模块之间相互独立，分别安装在设备壳体的内部与外部，彼此没有机械结构和电气连接，不需要专门对开关防水密封结构进行防水密封处理。
20.3.本发明提供的一种基于磁传感器的旋转式水下数字编码开关结构紧凑、密封可靠、成本低、安装拆卸与维修方便且能够提供数字编码信号，具有一定普适性和工程使用价值。
附图说明
21.图1示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的结构示意图；
22.图2示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的结构拆分示意图；
23.图3示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的安装后的剖视图；
24.图4示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的旋钮组件的结构拆分示意图；
25.图5示出图4中旋钮组件的旋钮固定座的结构示意图；
26.图6示出图4中旋钮组件的旋钮帽的结构示意图；
27.图7示出图4中旋钮组件的磁钢套的结构示意图；
28.图8示出图4中旋钮组件的梅花柄的结构示意图；
29.图9示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的磁检测模块的结构拆分示意图；
30.图10示出图9中磁检测模块的磁检测电路的结构示意图。
31.附图标记说明：1
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旋钮组件、2
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旋钮沉孔、3
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壳体、4
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磁检测模块、5
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磁检测固定螺栓、6
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旋钮固定螺纹孔、7
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旋钮固定螺栓、8
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旋钮帽、9
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梅花柄、10
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第一波形垫圈、100
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第二波形垫圈、11
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旋钮固定座、12
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磁钢套、13
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空心磁钢、14
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磁钢固定端盖、15
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磁钢固定螺栓、16
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磁检测电路固定螺栓、17
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磁检测电路、18
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固定凸台、19
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固定支架、20
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引线开孔、21
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磁检测电路固定螺纹孔、22
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磁检测固定通孔、23
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磁感应传感器、24
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磁检测固定螺纹孔、25
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梅花柄固定螺纹孔、26
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泄压孔、27
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一字凹进、28
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卡孔、29
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限位挡块、30
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定位轴孔、31
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限位块、32
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旋钮固定通孔、33
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导流槽、34
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卡位槽、35
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固定齿端、36
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卡位部、37
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光轴端、38
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通信串口输出端、39
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半开口卡孔、40
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电源输入端。
具体实施方式
32.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
33.在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.图1至3示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的结构示意图。该水下数字编码开关包括对应位于壳体3两侧的旋钮组件1和磁检测模块4。图4示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的旋钮组件的结构拆分示意图。旋钮组件1包括空心磁钢13、旋钮帽8、梅花柄9和旋钮固定座11。旋钮帽8连接于梅花柄9的一端，梅花柄9的另一端穿过旋钮固定座11与空心磁钢13连接。旋转旋钮帽8，旋钮帽8经梅花柄9带动空心磁钢13旋转，磁检测模块4检测到空心磁钢13的磁场变化，从而将旋钮帽8的旋转角度转变成数字编码信号并输出。具体的是，旋钮组件1固定安装在壳体3的外侧，磁检测模块4固定安装在壳体3的内侧，旋钮组
件1和磁检测模块4之间的相对位置固定，形成完整的旋钮开关。壳体3即为连接旋钮组件1和磁检测模块4的安装基座，同时也是水下设备壳体的一部分。
35.具体的是，旋钮组件1的中心位置纵向设有梅花柄9，旋转旋钮帽8可绕梅花柄9所在的纵向轴线旋转，并通过梅花柄9带动空心磁钢13一起旋转。旋钮固定座11固定于壳体3外侧。具体的是，旋钮组件1的旋钮固定座11上周边均匀设置4个旋钮固定通孔32，壳体3外侧开有4个旋钮固定螺纹孔6，通过4个旋钮固定螺栓7与4个旋钮固定通孔32和4个旋钮固定螺纹孔6配合将旋钮组件1固定安装在壳体3的外侧。如图5所示，旋钮固定座11中心设置定位轴孔30，梅花柄9穿过定位轴孔30与空心磁钢13连接。
36.旋钮组件1还包括磁钢套12、磁钢固定端盖14和磁钢固定螺栓15。梅花柄9的另一端设置梅花柄固定螺纹孔25，磁钢固定螺栓15依次套设磁钢固定端盖14、空心磁钢13和磁钢套12，并连接于梅花柄固定螺纹孔25。具体的是，如图8所示，梅花柄9的一端为固定齿端35，另一端为光轴端37，光轴端37设置卡位部36。如图6所示，旋钮帽8设置与固定齿端35对应卡接的卡孔28，旋钮帽8纵向卡接在梅花柄9的固定齿端35上。如图7所示，磁钢套12设置与卡位部36对应卡接的卡位槽34。上述结构限制了旋钮帽8与梅花柄9之间、梅花柄9与磁钢套12之间的相对运动，以保证旋钮帽8、梅花柄9、磁钢套12、空心磁钢13和磁钢固定端盖14一起联动。
37.如图3所示，磁钢套12设置用于嵌入空心磁钢13的凹槽，空心磁钢13纵向内嵌套设于磁钢套12的凹槽内，并以磁钢固定端盖14压紧。旋钮固定座11设置用于嵌入磁钢套12的凹槽，磁钢套12连同空心磁钢13和磁钢固定端盖14纵向内嵌套设于旋钮固定座11的凹槽内。壳体3外侧设置旋钮沉孔2(盲孔)，旋钮固定座11设置凹槽的部分可嵌入旋钮沉孔2内。如图4所示，旋钮固定座11与梅花柄9之间设置第一波形垫圈10，旋钮固定座11与磁钢套12之间设置第二波形垫圈100。通过磁钢套12和梅花柄9的预压紧作用力，波形垫圈的弹力紧压在旋钮固定座11的内外两侧，从而使梅花柄9与旋钮固定座11在轴向上的连接更加紧密牢固，通过弹力的轴向紧压，梅花柄9与旋钮固定座11之间产生摩擦力，使得旋钮组件1在使用过程中不会轻易产生晃动或不会因为设备晃动引起转动不平稳，避免因旋转角度的滑移导致输出错误编码信号。具体的是，梅花柄9的光轴端37套设第一波形垫圈10后穿过定位轴孔30，再套设第二波形垫圈100后卡接于卡位槽34内。磁钢固定螺栓15依次穿过磁钢固定端盖14、空心磁钢13和磁钢套12连接于梅花柄固定螺纹孔25，将空心磁钢13和梅花柄9固定在一起。
38.如图5所示，旋钮固定座11外侧设置与其内部连通的导流槽33。如图6所示，旋钮帽8的顶部设置与其内部连通的泄压孔26。导流槽33与泄压孔26配合，在该开关出水后可对其内部进行卸压，有效地解决旋钮帽8内部积水无法快速排出的问题。如图3所示，旋钮帽8顶部边缘设置有一字凹进27，为旋钮组件旋转角度指示标识。
39.如图5所示，旋钮固定座11外侧设置扇形限位块31。如图6所示，旋钮帽8内侧设置与扇形限位块31相互配合的限位挡块29。限位挡块29与扇形限位块31的相互配合实现了旋钮帽8旋转角度行程的控制。扇形限位块31的扇形区长度可根据实际应用需要进行设置，即通过设置扇形限位块31的扇形大小来限定旋钮帽8不同的旋转角度范围。
40.图9示出本发明提供的旋转式水下数字编码开关的磁检测模块的结构拆分示意图。磁检测模块4包括磁检测电路17和固定支架19。固定支架19将磁检测电路17固定于壳体
3内侧。具体的是，磁检测电路17左右两侧设置有半开口卡孔39，固定支架19与之位置相对应的2个固定凸台18上设置有固定螺纹孔21，半开口卡孔39与固定凸台18配合将磁检测电路17卡接于固定支架19上，再通过2个磁检测电路固定螺栓16将磁检测电路17固定安装在固定支架19上。磁检测模块4的固定支架19上下部分别设置有1个磁检测固定通孔22，与之位置相对应的壳体3内侧开有2个磁检测固定螺纹孔24，通过2个磁检测固定螺栓5与2个磁检测固定通孔22和2个磁检测固定螺纹孔24配合将磁检测模块4固定于壳体3的内侧。磁检测电路17包括磁感应传感器23，磁感应传感器23与空心磁钢13分别于壳体3两侧对应安装。具体的是，在空间布局上旋钮组件1位于磁检测模块4的磁检测电路17的正上方，两者之间的距离与壳体3厚度有关且需要限定在一定范围内，从而保证最佳的磁场检测效果。磁感应传感器23设置在磁检测电路17的正中间位置，可实现旋钮组件1中的空心磁钢13磁场变化的有效检测。固定支架19的上下两侧对称分别设置有较大的引线开孔20，以方便磁检测电路17接线端子引出信号线至水下设备控制电路。
41.如图10所示，磁检测电路17还包括电源输入端40和通信串口输出端38。电源输入端40分别连接在vdd(3v～5v)和gnd，通信串口输出端38的4个信号端分别与其它设备spi接口的sda、scl、miso、mosi连接。
42.该旋转式水下数字编码开关的工作过程如下：
43.当旋钮帽8受到外力作用旋转时，旋钮帽8的旋转需要克服第一波形垫圈10和第二波形垫圈100产生的摩擦力，与其为一体的空心磁钢13也同样顺时针或逆时针转动一定的行程角度。固定在壳体3内侧的磁检测电路17能够检测到空心磁钢13产生的磁场变化，通过串口通信接口输出端38输出数字编码信号。这些数字编码信号就是对应的顺时针或逆时针旋转角度信息，这些数字编号信号被传送至水下设备控制电路中，通过对编码信号的处理从而实现设定的开关控制功能。当旋钮帽8上的外力消失后，旋钮帽8将在波形垫圈10与旋钮固定座11之间产生的摩擦力作用下，保持当前旋转位置不变。
44.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明的实施范围。但凡在本发明的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本发明的保护范围内。