一种基于光通讯的深海测温设备的制作方法

本发明涉及深海探测技术领域，具体地说，涉及一种基于光通讯的深海测温设备。

背景技术：

对深海液体温度进行测量，早在20世纪80年代就已经开始，通常采用热敏电阻直接进行测量，例如，采用公开号为cn1357896a的专利文献所公开的一种深海快速测温热敏电阻器，其由钴、锰、镍三种金属氧化物经一定工序制成，可在深海中快速稳定地测量温度。

通常，其测量过程为，深潜器将测温装置携带至深海处，并将测温装置的感应端插入热液喷口，以进行温度采集，并通过与该测温装置直接电连接的水密线缆将检测信号传出。在测温过程中，存在测温装置因前部测温套管扭曲变形而卡在热液喷口中而无法拔出的问题，或者热液口坍塌而卡住前端部的问题，其会导致水密线缆被拉断，而危及潜器安全，而且由于整个测温装置直接通过水密线缆与潜器相连接，机械手在夹持测温单元过程中容易发生水密线缆与其他物体缠绕等问题，十分不便。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种深海测温设备，以能在测温装置被卡住时，能回收大部分设备，且尽量地避免因线缆缠绕所带来的问题，有效地保障潜器的安全。

为了实现上述主要目的，本发明提供的基于光通讯的深海测温设备包括机械手、测温装置及水密线缆，机械手包括驱动臂及安装在驱动臂的移动端上的夹爪；测温装置包括存有间隙而组成分离结构的测温单元及通讯传输单元，通讯传输单元固定在机械臂的移动端上，测温单元可释放地夹持在夹爪上；测温单元包括用于温度检测的探测模块、信号处理模块及第一光通讯模块；信号处理模块用于将探测模块所采集到的模拟电压信号转换成数字信号；第一光通讯模块用于将信号处理模块所输出的数字信号转换成温度检测光信号，并发出至外界环境中，以及将从外界环境中接收到的控制光信号转换为控制电信号，并输出至测温单元的控制单元；通讯传输单元用于接收潜器内发送的控制电信号并将该控制电信号转换成控制光信号，再发送出至外部环境中而被第一光通讯模块所接收到，及接收温度检测光信号，并将该光信号还原为温度检测电信号，并通过水密线缆而传回潜器内部。

测温装置由机械手驱动而移至目标探测位置处，以便于深海探测的操控，并将测温装置设置成结构分离的测温单元与通讯传输单元，当测温单元卡在目标探测位置时，可控制夹爪仅释放测温单元，以回收大部分设备，同时可避免水密线缆拉断；此外，采用光作为载体进行深海短距离通信，可靠且实现成本低。

具体的方案为测温单元包括水密的第一安装壳体、固接在第一安装壳体的前端部上的探测模块及水密地安装在第一安装壳体内的信号处理模块和第一光通讯模块，第一光通讯模块通过第一安装壳体上的第一透光壳部接收控制光信号和发出温度检测光信号；通讯传输单元包括水密的第二安装壳体及安装在第二安装壳体内的信号调制电路和第二光通讯模块，第二光通讯模块用于通过第二安装壳体上的第二透光壳部发出前述控制光信号和接收前述温度检测光信号。

更具体的方案为第一安装壳体包括第一筒状本体、水密地套装在第一筒状本体的前敞口端上的第一端盖及水密地套装在第一筒状本体的后敞口端上的第一透光端盖，第一透光壳部包括第一透光端盖；第二安装壳体包括第二筒状本体、水密地套装在第二筒状本体的前敞口端上的第二透光端盖、水密地套装在第二筒状本体的后敞口端上的第二端盖及水密地固定在第二端盖上的水密座，第二透光壳部包括第二透光端盖，水密线缆的端部通过水密座与第二安装壳体水密地固定连接。

进一步的方案为第一筒状本体的内腔壁中部凸起而形成有第一内肩台，前端面内凹地形成有第一螺孔，后端面内凹地形成有第二螺孔；第一筒状本体的内腔中部套装有用于将内腔分隔成电池舱与电路舱的隔板，隔板的中部设有第二连通孔；第一筒状本体的内腔壁上，位于第一内肩台的后端部内凹形成有第二密封圈槽；电池舱布设在第一端盖与隔板之间，电路舱布设在第一透光端盖与隔板之间；第一端盖为柱状结构，第一端盖的外周面的前端部外凸地形成有第一轴肩，第一轴肩上设有多个环绕其轴线均匀布置的第一安装通孔，外周面的后端部内凹地形成有第一密封圈槽，前端部的端面中部区域凸起而设有环体状的套座，套座的内孔为第三螺孔，第三螺孔的底端沿轴向延伸而形成有贯通第一端盖的第一连通孔；螺钉穿过第一安装通孔后，与第一螺孔旋合，而将第一端盖固定在第一筒状本体的前端部上，且在第一密封圈槽上套装有紧压于第一密封圈槽与第一筒状本体的内腔壁之间的弹性密封圈；在第一筒状本体的后端部上布设有第一压环，第一压环上设有多个环绕其轴线均匀布置的第二安装通孔，螺钉穿过第二安装通孔后，与第二螺孔旋合，而将第一压环固定在第一筒状本体的后端部上，且将第一透光端盖紧压于第一内肩台与第一压环间，及在第二密封圈槽内套装有紧压于第二密封圈槽与第一筒状本体的内腔壁之间弹性密封圈；第一透光端盖为有机玻璃。

再进一步的方案为第一透光端盖的本体为圆柱体结构；信号处理模块包括安装在电池舱内的电池及安装在电路舱内的电路板；第一光通讯模块包括固定在电路板上的光发射装置和光接收装置；电路板安装在隔板后侧，第一光通讯模块布设在电路板的后侧；探测模块的信号线依次穿过第一连通孔、电池舱的内腔、第二连通孔后，与设于电路板上的接线端子电连接。

优选的方案为光发射装置包括发光二极管，光接收装置包括光电二极管。

另一个进一步的方案为第二筒状本体的内腔壁的前端部凸起地形成有第二内肩台，前端面内凹形成有第四螺孔，后端面内凹地形成有第五螺孔，前端部的内腔壁上内凹地形成有第三密封圈槽；第二端盖为柱状结构，其外周面的后端部外凸地形成有第二轴肩，前端部内凹地形成有第四密封圈槽；第二轴肩上设有多个环绕其轴线均匀布置的第三安装通孔；第二端盖的前端面的中央区域内凹地形成有大径孔，后端面的中央区域内凹地形成有小径螺孔，大径孔与小径螺孔连通；水密座的端部与小径螺孔旋合地固定在第二端盖的后端面上；在第二筒状本体的前端部上布设有第二压环，第二压环上设有多个环绕其轴线均匀布置的第四安装通孔；螺钉穿过第四安装通孔后，再与第四螺孔旋合，而将第二压环固定在第二筒状本体的后端部上，且将第二透光端盖紧压于第二内肩台与第二压环间，及在第三密封圈槽上套装有紧压于第三密封圈槽与第二筒状本体的内壁之间的弹性密封圈；在第四密封圈槽上套装有紧压于第四密封圈槽与第二筒状本体的内腔壁之间的弹性密封圈；螺钉穿过第三安装通孔后，与第五螺孔旋合，而将第二端盖固定在第二筒状本体的前端部上。

再进一步的方案为第二透光端盖的本体为圆柱体结构；第二光通讯模块包括光接收装置和光发射装置，光接收装置包括固定在信号处理电路板上的光电二极管；光发射装置包括固定在信号调制电路板上的发光二极管；第二光通讯模块布设在第二透光端盖后侧，信号调制电路板布设在第二光通讯模块后侧；水密线缆的引线通过水密座后穿过小径螺孔及大径孔，再与设于信号调制电路板上的接线端子电连接；第二透光端盖为有机玻璃。

优选的方案为探测模块包括套管、套装在套管内的热电偶丝、压帽、端盖帽及固接(焊接)在端盖帽上的保护套；保护套套装在套管外，保护套的前端为敞口端，且套管未伸出保护套，套管的外管壁与保护套的内腔壁之间存有间隙；压帽用于将套管的后端水密地固定在第一筒状本体的前端部上，端盖帽扣装地固定在第一筒状本体的前端部上；热电偶丝水密地穿过设于第一筒状本体上的连通孔后，与设于电路板上的接线端子电连接，以将温度检测模拟信号传输给信号处理模块。

另一个优选的方案为探测单元包括套管、套装在套管内的热电偶丝、压帽、端盖帽及固接在端盖帽上的保护套；保护套套装在套管外，保护套的前端为敞口端，且套管未伸出保护套，套管的外管壁与保护套的内腔壁之间存有间隙；压帽用于将套管的后端水密地固定在第一筒状本体的前端部上，端盖帽扣装地固定在第一筒状本体的前端部上；热电偶丝水密地穿过设于第一筒状本体上的连通孔后，与设于电路板上的接线端子电连接，将温度检测模拟信号传输给信号处理模块；保护套固接在端盖帽的中央区域处，且在该中央区域处设有连通保护套的内孔与端盖帽的内腔的第三连通孔，在端盖帽上设有多个环绕其轴线均匀布置的第五安装通孔；压帽设有套装在套管的固定端部外的第四连通孔，热电偶丝套装在套管内，并在套管的端口部将二者固定连接；压帽通过螺纹结构而固定在第三螺孔内；螺钉依次穿过第五安装通孔、第一安装通孔，再与第一筒状本体的第一螺孔旋合，以将探测模块固定在第一筒状本体的前端部上；套管为一端封死的钛管。

附图说明

图1为本发明深海测温设备实施例的立体图；

图2为图1中的a局部放大图；

图3为本发明深海测温设备实施例中测温装置的轴向剖视图；

图4为图3中的b局部放大图；

图5为图3中的c局部放大图；

图6为本发明深海测温设备实施例中测温单元的结构分解图；

图7为图6中的d局部放大图；

图8为图6中的e局部放大图；

图9为本发明深海测温设备实施例中通讯传输单元的轴向剖视图；

图10为图9中的f局部放大图；

图11为图10中的g局部放大图；

图12为本发明深海测温设备实施例中通讯传输单元的结构分解图；

图13为图12中的h局部放大图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

深海测温设备实施例

参见图1至图13，本发明深海测温设备1包括机械手14、测温装置12及水密线缆13。

如图1及图2所示，机械手14包括夹爪140、驱动臂1411和控制单元，夹爪140安装在驱动臂141的移动端1410上。控制单元控制驱动臂141驱使移动端1410在三维空间内移动动作，以驱使夹爪140移动至不同目标位置处，并控制夹爪140张开而释放所夹持的物件或闭合以抓取目标物件并将所夹持的物件置于目标位置处。其中，机械手14可采用多轴机械手，例如，三轴以上的多轴机械手。

如图1至图13所示，测温装置11包括测温单元2和通讯传输单元3。通讯传输单元3通过支架固定在移动端1410上，测温单元2可释放地夹持于夹爪140上，且在测温单元2与通讯传输单元3间存有间隙而组成分离结构，即夹爪140可随时张开以释放测温单元2，并在夹持时能将测温单元2移动至目标探测位置处。

如图3至图8所示，测温单元2包括探测模块4、信号处理模块5、安装壳体6和托架7、第一光通讯模块8。探测模块4固接在安装壳体6的左端部上，信号处理模块5和第一光通讯模块8安装在安装壳体6内，安装壳体6套装在托架7上；托架7为t型结构，包括沿横向布置的安装座70及沿竖向布置的夹持杆71，在安装座70上设有弧形安装槽700，圆筒状的安装壳体6套装在该弧形安装槽700上，并采用螺钉进行可拆卸地固定、卡槽结构进行可拆卸地固定、粘接结构进行固定或抱箍结构进行可拆卸地固定。机械手14通过其夹爪140夹住夹持杆71而夹持托架7，以实现机械手14对测温单元2位置的操控。

安装壳体6为水密安装壳体结构，包括筒状本体60、隔板61、压环62、水密地套装在筒状本体60的左敞口端上的端盖63及水密地套装在筒状本体60的右敞口端上的透光端盖64。筒状本体60的内腔壁中部凸起而形成有环形内肩台600，左端面内凹地形成有螺孔601，右端面内凹地形成有螺孔602。端盖63的本体为柱状结构，外周面的左端部外凸地形成有轴肩630，轴肩630上设有多个环绕其轴线均匀布置的安装通孔6300，即环绕其轴线均匀布置，端盖63外周面的右端部内凹地形成有密封圈槽631，外端面的中部区域凸起而设有环体状的套座632，套座632的内孔为螺孔6320，螺孔6320的底端沿轴向延伸而形成有贯通端盖63的连通孔633。筒状本体60中部安装有隔板61，隔板61中部设有连通孔610。筒状本体60的内腔壁上，位于内肩台600的右端部内凹形成有两个并排布置的密封圈槽603，压环62上设有多个环绕其轴线均匀布置的安装通孔620。

探测模块4包括套管40、热电偶丝41、压帽42、端盖帽44及保护套43。热电偶丝41套装在套管40内。保护套43固接在端盖帽44的中央区域处，且在该中央区域处设有连通保护套43的内孔与端盖帽44的内腔的连通孔，在端盖帽44上设有多个环绕其轴线均匀布置的安装通孔440。压帽42设有套装在套管40的固定端部外的连通孔，并在套管40的端口部通过与螺孔6320旋合,而将套管40与端盖63水密固定连接。在本实施例中，套管40采用一端封死的钛管。

信号处理模块5包括安装在电池舱50内的电池500及安装在电路舱51内的两块并排布置的电路板510。

在安装过程中，端盖63的右端部套装在筒状本体60的左敞口端内，且使其轴肩630抵压在筒状本体60的左端面上，在密封圈槽631上套装有弹性密封圈6305，螺钉6301穿过设于轴肩630上的安装通孔6300后，与设于筒状本体60上的螺孔601旋合，以将端盖63固定在筒状本体60上，并使弹性密封圈6305紧压于密封圈槽631与筒状本体60的内腔壁之间，从而将端盖63水密地固定在筒状本体60的左端部上。

密封圈槽603内套装有弹性密封圈6306；透光端盖64的本体为圆柱体结构，其套装在筒状本体60的右敞口端内，且使其左端面抵压在内肩台600上；利用螺钉6302将压环62固定在筒状本体60的右端面上，以将透光端盖64紧压于内肩台600与压环62之间，而将其固定在筒状本体60的右端部内；具体为，螺钉6302穿过设于压环62上的安装通孔620后，再与设于筒状本体60上的螺孔602旋合，以将压环62固定在筒状本体60上，并使弹性密封圈6306紧压于密封圈槽603与筒状本体60的内腔壁之间，从而将透光端盖64水密地固定在筒状本体60的右端部上。在本实施例中，弹性密封圈6305和弹性密封圈6306均选用o型圈，透光端盖64采用有机玻璃制造。

压帽42通过螺纹结构而固定在套座632的螺孔6320内，以将套管40的固定端部固定在端盖63上；基于依次穿过安装通孔440、安装通孔6300后再与螺孔601旋合的螺钉6301，以将端盖帽44及端盖63固定在筒状本体60的左端部上。信号处理模块5安装在安装壳体6的内腔内，隔板61将筒状本体的内腔分隔成电池舱50与电路舱51；电池舱50布设在端盖63与隔板61之间，通过端盖63和隔板61实现固定，电路舱51布设在透光端盖64与隔板61之间；安装在电池舱50内的电池，向相关单元供给工作所需的电能。第一光通讯模块8布设在电路板510右侧。热电偶丝41依次穿过设于端盖63上的连通孔633、电池舱50的内腔、设于隔板61上的连通孔610后，与设于电路板510的接线端子5100电连接，以将检测信号传输至安装在电路板510上的信号处理单元上。

参见图9至图13，通讯传输单元3包括安装壳体9及安装在安装壳体9的内腔中的第二光通讯模块10和信号调制电路11。

安装壳体9为水密安装壳体结构，包括筒状本体90、压环91、透光端盖92、端盖93及水密座94。透光端盖92水密地套装在筒状本体90的左敞口端内，端盖93水密地套装在筒状本体90的右敞口端内。筒状本体90的内腔壁的左端部凸起地形成有环形内肩台900，左端面内凹形成有螺孔901，右端面内凹地形成有螺孔902，左端部内腔壁上内凹地形成有两个并排布置的密封圈槽903。压环91上设有多个环绕其轴线均匀布置的安装通孔910。其中,水密座94采用impluse四芯水密座。

端盖93的为柱状结构，该柱状结构外周面的右端部外凸地形成有轴肩930，及左端部内凹地形成有密封圈槽931，轴肩930上设有多个沿周向均匀布置的安装通孔9300；左端面的中央区域内凹地形成有大径孔933，右端面的中央区域内凹地形成有小径螺孔932，大径孔933与小径螺孔932连通，二者构成一个阶梯孔结构。

在安装过程中，透光端盖92的本体为圆柱体结构，其套装在筒状本体90左敞口端内，右端面抵压在内肩台900上；压环91由螺钉9301固定在筒状本体90上，以将透光端盖92紧压在压环91与内肩台900之间，从而将透光端盖92固定在筒状本体90的左端部上，具体地的结构为，螺钉9301穿过设于压环91上的安装通孔910，再与设于筒状本体90上的螺孔901旋合，以将透光端盖92固定在筒状本体90的左端部上。弹性密封圈9305套装在密封圈槽903内，并紧压于密封圈槽903和筒状本体90的内壁之间，从而将透光端盖92水密地固定在筒状本体90的左端部上。

端盖93套装在筒状本体90的右敞口内，其轴肩930抵压在筒状本体90的右端面上；弹性密封圈9306套装在密封圈槽931上；螺钉9302穿过设于轴肩930上的安装通孔9300，再与设于筒状本体90上的螺孔902旋合，并使弹性密封圈9306紧压在密封圈槽931与筒状本体90的内壁之间，从而将端盖93水密地固定在筒状本体90的右端部上。水密座94通过与小径螺孔932旋合水密地固定在端盖93上。在本实施例中，弹性密封圈9305和弹性密封圈9306均选用o型圈，透光端盖92采用有机玻璃制造。

第二光通讯模块10布设在透光端盖92右侧，信号调制电路11布设在第二光通讯模块10右侧。水密线缆13的引线通过水密座94后穿过螺孔932和大径孔933，与设于信号调制电路11上的接线端子110电连接。

深潜器下潜之前，先将通讯传输单元3固定在机械手14的驱动臂141上，然后携带此通讯传输单元3下潜，到达热液区后，潜航员操作机械手14，控制驱动臂141，驱使夹爪140抓取测温单元2上的托架7。将探测模块4上带有热电偶丝的套管40连同保护套43一起插入到热液喷口中，以测量其温度。热电偶丝产生的模拟电压信号，经电路板510处理过后，经放大处理之后再转换为与温度相对应的数字信号，该数字信号再经过第一光通讯模块8转换成对应的温度检测光信号，该温度检测光信号通过透光端盖64而发出至外界环境中，再透过透光端盖92，被第二光通讯模块10上的光电二极管所接收，第二光通讯模块10将接收到的光信号再次转换为电信号，然后经过信号调制电路11处理后，经水密线缆13传送回深潜器内部。潜器内部向测温装置发送控制命令的过程与此相反，即通过水密线缆向第二光通讯模块10输出控制电信号，第二光通信模块将该控制电信号转换成控制光信号，并透过第二透光端盖而发出至外界环境中，并透过第一透光端盖而被第一光通讯模块所接收，再转换成控制电信号，并输出给测温单元的控制模块，以控制该测温装置启动进行测温处理，即在工作过程中，在控制机械手将测温单元的前端插入热液口内之后，潜器再通过水密线缆发送启动测温的指令。在本实施例中，信号处理模块采用美国ti公司生产的msp430f149单片机作为主控芯片，再采用其自身集成的12位adc作为模数转换器。

当保护罩43、套管40因使用过程中使用过程中发生的弯曲变形或其他原因被卡在热液喷口中时，则控制夹爪140释放测温单元2，以保证潜器的安全。

在上述实施例中，“左端”构成本发明中的“前端”，“右端”构成本发明中的的“后端”“右侧”构成本发明中的“后侧”，“左敞口端”构成本发明中的“前敞口端”，“右敞口端”构成本发明中的“后敞口端”；螺孔601对应地构成本发明中的“第一螺孔”，螺孔602对应地构成本实发明中的“第二螺孔”；螺孔6320对应地构成本发明中的“第三螺孔”，螺孔901对应地构成本发明中的“第四螺孔”，螺孔902对应地构成本发明中的“第五螺孔”；安装通孔6300对应地构成本发明中的“第一安装通孔”，安装通孔620对应地构成本发明中的“第二安装通孔”，安装通孔9300对应地构成本发明中的“第三安装通孔”，安装通孔910对应地构成本发明中的“第四安装通孔”，安装通孔440对应地构成本发明中的“第五安装通孔”；连通孔633对应地构成本发明中的“第一连通孔”，连通孔610对应地构成本发明中的“第二连通孔”。

安装壳体6对应地构成本发明中的“第一安装壳体”，安装壳体9对应地构成本发明中的“第二安装壳体”；筒状本体60对应地构成本发明中的“第一筒状本体”，筒状本体90对应地构成本发明中的“第二筒状本体”；压环62对应地构成本发明中的“第一压环”，压环91对应地构成本发明中的“第二压环”；端盖63对应地构成本发明中的“第一端盖”，端盖93对应地构成本发明中的“第二端盖”；透光端盖64对应地构成本发明中的“第一透光端盖”，透光端盖92对应地构成本发明中的“第二透光端盖”；内肩台600对应地构成本发明中的“第一内肩台”，内肩台900对应地构成本发明中的“第二内肩台”；轴肩630对应地构成本发明中的“第一轴肩”，轴肩930对应地构成本发明中的“第二轴肩”；密封圈槽631对应地构成本发明中的“第一密封圈槽”，密封圈槽603对应地构成本发明中的“第二密封圈槽”，密封圈槽903对应地构成本发明中的“第三密封圈槽”，密封圈槽931对应地构成本发明中的“第四密封圈槽”。