一种用于船舶对水测速的电磁压差复合传感器的制作方法

本实用新型涉及一种用于船舶对水测速的电磁压差复合传感器。

背景技术：

常用的水面船舶用杆式电磁传感器具有测速灵敏度高，能测低速，线性好等优点，但其精度易受表面生长海生物的影响，维护保养较为麻烦。潜艇所用压差传感器具有工作可靠，高速测速准确性较高，精度不易受海生物的影响等优点，但潜艇中需铺设长管路引入全压和静压，管路中混有气泡会对精度有较大影响，且该种方式不适合用于水面舰船。在最初的水压式计程仪中，采用的是双孔道皮托管的方式，由皮托管伸出船底，接收船舶航行时产生的动压力和静压力，然后传至水压盒中去。

技术实现要素：

本实用新型其目的就在于提供一种用于船舶对水测速的电磁压差复合传感器，可同时用电磁方式与压差方式测取相对海水的速度，提高舰船测速的可靠性，并实现在船底只开一个开孔的情况下测速手段的互为备份。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种用于船舶对水测速的电磁压差复合传感器，包括杆体，杆体一端连接敏感头，杆体另一端连接把手、上盖，上盖连接水密电连接器，杆体上设有轴密封组件，所述敏感头包括壳体，壳体一端设有纵向通孔，纵向通孔内设有压差传感器芯体，压差传感器芯体上端连接芯体安装块，压差传感器芯体下端经滤网连接全压引入件，所述纵向通孔一侧设有工艺堵头，纵向通孔另一侧设有线路板空腔，线路板空腔内设有压差解算板，压差解算板上端经密封垫连接线路板腔盖板，所述壳体另一端设有励磁线圈组件，励磁线圈组件一侧经1#电极连接1#电极板，励磁线圈组件另一侧经2#电极连接2#电极板，所述壳体经“O”形密封圈、环氧树脂密封后与杆体通过螺纹紧固，把手及上盖通过螺钉固定在杆体上，水密电连接器通过螺钉固定在上盖上，轴密封组件套装于杆体上，可在杆体上滑动。

有益效果

与现有技术相比本实用新型具有以下优点。

采用流体仿真技术对传感器敏感头外形进行仿真和优化，最终确定采用水滴型外形，可较大程度地减少敏感头附近水流扰动对流速信号的影响，提高测速稳定性。采用流体仿真技术对压差的开孔位置及大小尺寸等进行了优化设计，以保证开孔对敏感头周围的流场尽量少的造成影响。

设计中采用单芯体压差传感器设计，引压孔紧凑布置采集压差信息，避免零位漂移；采用左右静压孔互通设计，以及静压管路变径设计，以保证静压侧无气泡集存；解算板集成高精度温度传感器及温补软件算法，消除环境温漂引起的测速误差。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1为本装置结构示意主视图；

图2为本装置结构示意剖视图；

图3为本装置中敏感头结构示意剖视图；

图4为本装置中敏感头结构示意主视图；

图5为本装置中敏感头结构示意后视图；

图6为本装置中压差传感器开孔示意图；

图7为本装置中电极板、电极、励磁线圈组件相对关系示意图；

图8为本装置中轴密封组件剖视图；

图9为图8中A-A剖视图；

图10为本装置中励磁线圈组件剖视图。

具体实施方式

一种用于船舶对水测速的电磁压差复合传感器，包括杆体20，杆体20一端连接敏感头10，杆体20另一端连接把手40、上盖50，上盖50连接水密电连接器60，杆体20上设有轴密封组件30，如图1-10所示，所述敏感头10包括壳体10-1，壳体10-1一端设有纵向通孔，纵向通孔内设有压差传感器芯体10-3，压差传感器芯体10-3上端连接芯体安装块10-2，压差传感器芯体10-3下端经滤网10-9连接全压引入件10-8，所述纵向通孔一侧设有工艺堵头10-10，纵向通孔另一侧设有线路板空腔，线路板空腔内设有压差解算板10-6，压差解算板10-6上端经密封垫10-4连接线路板腔盖板10-5，所述壳体10-1另一端设有励磁线圈组件10-7，励磁线圈组件10-7一侧经1#电极10-12连接1#电极板10-11，励磁线圈组件10-7另一侧经2#电极10-14连接2#电极板10-13，所述壳体10-1经“O”形密封圈、环氧树脂密封后与杆体20通过螺纹紧固，把手40及上盖50通过螺钉固定在杆体20上，水密电连接器60通过螺钉固定在上盖50上，轴密封组件30套装于杆体20上，可在杆体20上滑动。

所述压差传感器芯体10-3全压侧连接全压孔1-3，压差传感器芯体10-3静压侧连接1#静压孔1-1及2#静压孔1-2，全压孔1-3与1#静压孔1-1和2#静压孔1-2垂直紧凑布置，避免了前后平行布置在高速情况下静压侧周围的紊流问题；1#静压孔1-1及2#静压孔1-2左右贯通，可以防止静压侧集存气泡从而避免速度波动过大，并且防止积存泥砂对速度的影响。

实施例

本装置包括敏感头10、杆体20、轴密封组件30、把手40、上盖50、水密电连接器60，如图1、图2所示；所述敏感头10包括壳体10-1、芯体安装块10-2、压差传感器芯体10-3、密封垫10-4、线路板腔盖板10-5、压差解算板10-6、励磁线圈组件10-7、全压引入件10-8、滤网10-9、工艺堵头10-10、1#电极板10-11、1#电极10-12、2#电极板10-13、2#电极10-14，如图3、4、5所示；压差传感器全压及静压引入口设置，全压孔1-3开设于全压引入件10-8之中、1#静压孔（1-1）和2#静压孔（1-2）开设于敏感头10两侧，如图6所示；电磁传感器电极板、电极、励磁线圈组件相对关系，如图7所示；轴密封组件30包括压紧螺母30-1、导向套30-2、压环30-3、柔性石墨编织填料30-4、“O”形密封圈30-5，如图8、图9所示；励磁线圈组件10-7包括线圈2-1、铁芯2-2、骨架2-3，如图10所示。

所述敏感头10与杆体20之间通过螺纹紧固，并采用“O”形密封圈及环氧树脂进行密封；把手40及上盖50通过螺钉固定在杆体20上，把手40上下均采用“O”形密封圈密封；水密电连接器60通过螺钉固定在上盖50上，采用“O”形密封圈密封；轴密封组件30套装于杆体20上，可在杆体20上滑动。

所述敏感头10主要由压差测速部分与电磁测速部分组成，其中壳体10-1、芯体安装块10-2、压差传感器芯体10-3、压差解算板10-6、全压引入件10-8、滤网10-9、工艺堵头10-10等组成压差测速，壳体10-1、励磁线圈组件10-7、1#电极板10-11、1#电极10-12、2#电极板10-13、2#电极10-14等组成电磁测速。

全压孔1-3开设于全压引入件10-8之中、1#静压孔（1-1）和2#静压孔（1-2）开设于敏感头10两侧。全压孔1-3将全压引入压差传感器芯体10-3全压侧，静压孔1-1及静压孔1-2将静压引入压差传感器芯体10-3静压侧，全压孔1-3、静压孔1-1及静压孔1-2垂直紧凑布置，避免了前后平行布置在高速情况下静压侧周围的紊流问题；静压孔1-1及静压孔1-2左右贯通，可以防止静压侧集存气泡从而避免速度波动过大，并且防止积存泥砂对速度的影响；滤网10-9可以保护压差传感器芯体10-3不受泥砂影响。

设计中采用单芯体压差传感器设计，引压孔紧凑布置采集压差信息，避免零位漂移；压差解算板10-6集成高精度温度传感器及温补软件算法，消除环境温漂引起的测速误差。

压差传感器芯体10-3通过芯体安装块10-2压紧于壳体10-1对应孔内，压差传感器芯体10-3与芯体安装块10-2之间、压差传感器芯体10-3与壳体10-1之间通过“O”形密封圈密封，芯体安装块10-2之间通过螺钉与壳体10-1固定；

压差传感器芯体10-3引线通过壳体10-1的走线孔与压差解算板10-6连接；通过工艺堵头10-10安装孔倒入导热胶填充压差传感器芯体10-3周边后，将工艺堵头10-10与壳体10-1用螺纹连接紧固，工艺堵头10-10与壳体10-1通过“O”形密封圈密封；压差解算板10-6与壳体10-1采用螺钉紧固后，将线路板腔盖板10-5用螺钉与壳体10-1紧固，用密封垫10-4进行密封。

利用敏感头10上的定位凹槽对励磁线圈组件10-7进行定位，保证励磁线圈组件10-7相对于壳体10-1的对中，并通过环氧树脂进行粘结和固化；壳体10-1和1#电极板10-11、壳体10-1和2#电极板10-13密封面上采用“榫槽式”结构，采用螺钉固定、环氧树脂粘接进行密封，“榫槽式”结构易于对1#电极板10-11、2#电极板10-13进行对中、改变及增加粘接面积，密封性能较好；壳体10-1上左右两侧电极板安装面由加工保证与中心轴线的对称度，由此保证两电极与励磁线圈组件10-7对称布置，保证电磁传感器的零位较小；1#电极10-12与1#电极板10-11、2#电极10-14与2#电极板10-13之间通过螺母进行紧固，采用“O”形密封圈及环氧树脂粘接进行密封。

所述励磁线圈组件10-7由线圈2-1、铁芯2-2、骨架2-3组成。通过对线圈参数的控制，消除线圈绕制过程中的离散型，提高产品静态参数的一致性。铁芯2-2材料通过试验选择了饱和磁感应强度最高、线性最好、磁场强度高的1J50。根据所采用铁芯2-2材料类型，对铁芯2-2在纯氢气保护下进行热处理工艺，可以消除机械加工在铁芯2-2边缘所产生的应力、从而恢复其磁性能、改善其时效性，提高铁芯2-2的综合性能。

本实用新型的工作过程：

本实用新型用于舰船对水测速，将电磁测速与压差测速两种测速方式集成在一根杆式传感器中，安装于船底阀门上，测速时伸出船底阀门及船底进行测速。

电磁传感器是基于法拉第电磁感应定律，励磁电流使得电磁传感器内置线圈组件产生交变磁场，当舰船运动时，海水切割磁力线，产生相对水流速度成比例的信号，该信号由两个电极拾取；电极布置采用左右对称布置，拾取纵向速度，通过对该信号进行放大、解算处理后即可得到本舰相对海水的航速。

压差传感器是基于伯努利原理，水的动压与船速的平方成正相关，当两栖车在水中航行时，引压口引来的全压和静压同时作用在压差传感器上，其输出的电流信号与压差（全压与静压之差）即动压成正比关系，该电流信号引入压差解算板后，再进行跟踪、消摇、温补等一系列处理，即得出航速。