无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的制作方法

1.本实用新型涉及探测设备技术领域，尤其是涉及一种无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头。


背景技术：

2.机械式扫描探鱼声呐已有数十年历史，现有的机械式扫描声呐普遍采用步进闭环电机或伺服电机，通过减速器驱动声呐的换能器进行俯仰运动和圆周运动。现有的机械式扫描声呐的部件数量多，装配、维修复杂，微型化难度高。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头，以解决了现有技术中存在的声呐结构复杂，响应较慢，零部件数量多的技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：
5.本实用新型提供的无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头包括外壳组件，所述外壳组件具有容置腔；
6.声呐换能器，所述声呐换能器位于所述容置腔的底部；
7.第一驱动电路板，所述第一驱动电路板沿水平方向设置在所述容置腔的中部，所述第一驱动电路板位于所述声呐换能器的上方；
8.第二驱动电路板，所述第二驱动电路板沿竖直方向设置在所述容置腔内，所述第二驱动电路板与所述第一驱动电路板相连，且所述第二驱动电路板与所述第一驱动电路板互相垂直；
9.俯仰运动电机，所述俯仰运动电机安装在所述第二驱动电路板上，所述俯仰运动电机与所述第二驱动电路板电连接，且所述俯仰运动电机与所述换能器相连；以及，
10.圆周运动电机，圆周运动电机设置在所述第一驱动电路板的上方，且与所述第一驱动电路板电连接。
11.更进一步地，
12.无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头还包括基板，所述基板位于所述第一驱动电路板的上方，所述圆周运动电机安装在所述第一驱动电路板和所述基板之间。
13.更进一步地，
14.无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头还包括滑环，所述滑环安装在圆周运动电机中心位置，所述基板上设有与所述滑环相适配的安装孔，所述滑环安装在所述安装孔内。
15.更进一步地，
16.所述外壳组件包括上壳体和下壳体，所述上壳体与所述下壳体粘接固定。
17.更进一步地，
18.所述下壳体的顶部具有限位台阶，所述限位台阶的内侧向上延伸有定位部，所述定位部插设在所述上壳体的底部，所述限位台阶与所述上壳体的底面相抵接。
19.更进一步地，
20.所述上壳体和所述下壳体均为一体成型。
21.更进一步地，
22.所述上壳体远离所述下壳体的一端具有连接部，所述连接部上设有定位槽和/或定位凸起。
23.更进一步地，
24.所述下壳体远离所述上壳体的一端为弧面。
25.更进一步地，
26.所述容置腔内灌有用于冷却的冷却液。
27.更进一步地，
28.所述冷却液为精炼蓖麻油。
29.综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果分析如下：
30.本实用新型提供的无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头包括外壳组件，外壳组件具有容置腔；声呐换能器，声呐换能器位于容置腔的顶部；第一驱动电路板，第一驱动电路板沿水平方向设置在容置腔的中部，第一驱动电路板位于声呐换能器的下方；第二驱动电路板，第二驱动电路板沿竖直方向设置在容置腔内，第二驱动电路板与第一驱动电路板相连，且第二驱动电路板与第一驱动电路板互相垂直；俯仰运动电机，俯仰运动电机安装在第二驱动电路板上，俯仰运动电机与第二驱动电路板电连接，且俯仰运动电机与换能器相连；以及圆周运动电机，圆周运动电机设置在第一驱动电路板的下方，且与第一驱动电路板电连接。
31.通过设置俯仰运动电机以及圆周运动电机，能够实现声呐换能器的位置及角度的调整，从而实现多角度扫描，避免现有技术只能向底部扫描，无法实现多角度扫描的缺陷，增加扫描的范围。
32.第一驱动电路板沿水平方向设置在容置腔的中部，第一驱动电路板位于声呐换能器的上方；第二驱动电路板沿竖直方向设置在容置腔内，第二驱动电路板与第一驱动电路板相连，且第二驱动电路板与第一驱动电路板互相垂直；由此，第一驱动电路板和第二驱动电路板互相垂直设置，起到了互相支撑的作用。
33.第一驱动电路板用于为圆周运动电机进行驱动和供电，第二驱动电路板用于为俯仰运动电机进行驱动和供电，该无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头无需安装减速器，直接采用第一驱动电路板和第二驱动电路板作为结构件，圆周运动电机和俯仰运动电机的电机轴上的径向充磁磁环，由对应的电路板上的磁编码器芯片采样，采集电机实时转向位置，通过微控制单元计算，实现准确和快速的反馈控制。
34.声呐换能器安装在俯仰运动电机上，由此，声呐换能器、第一驱动电路板、第二驱动电路板形成了一个稳定的支撑结构，从而不需使用其他构架进行安装和支撑，由此降低了探头内的零部件数量，简化了安装工艺和流程，且使得探头结构更加集成，缩小探头的体积，实现了无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的微型化。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对
具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本实用新型实施例提供的无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的结构示意图；
37.图2为本实用新型实施例提供的无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的内部结构示意图。
38.图标：1-基板；2-圆周运动电机；3-第一驱动电路板；4-俯仰运动电机；5-声呐换能器；6-第二驱动电路板；7-外壳组件；8-滑环。
具体实施方式
39.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
44.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.现有的机械式扫描声呐存在部件数量多，装配、维修复杂，微型化难度高的问题。
47.有鉴于此，本实用新型实施例提供的无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头包括外
壳组件7，外壳组件7具有容置腔；声呐换能器5，声呐换能器5位于容置腔的顶部；第一驱动电路板3，第一驱动电路板3沿水平方向设置在容置腔的中部，第一驱动电路板3位于声呐换能器5的下方；第二驱动电路板6，第二驱动电路板6沿竖直方向设置在容置腔内，第二驱动电路板6与第一驱动电路板3相连，且第二驱动电路板6与第一驱动电路板3互相垂直；俯仰运动电机4，俯仰运动电机4安装在第二驱动电路板6上，俯仰运动电机4与第二驱动电路板6电连接，且俯仰运动电机4与换能器相连；以及圆周运动电机2，圆周运动电机2设置在第一驱动电路板3的下方，且与第一驱动电路板3电连接。
48.通过设置俯仰运动电机4以及圆周运动电机2，能够实现声呐换能器5的位置及角度的调整，从而实现多角度扫描，避免现有技术只能向底部扫描，无法实现多角度扫描的缺陷，增加扫描的范围。
49.请参见图1和图2，第一驱动电路板3沿水平方向设置在容置腔的中部，第一驱动电路板3位于声呐换能器5的上方；第二驱动电路板6沿竖直方向设置在容置腔内，第二驱动电路板6与第一驱动电路板3相连，且第二驱动电路板6与第一驱动电路板3互相垂直；由此，第一驱动电路板3和第二驱动电路板6互相垂直设置，起到了互相支撑的作用。
50.第一驱动电路板3用于为圆周运动电机2进行驱动和供电，第二驱动电路板6用于为俯仰运动电机4进行驱动和供电，该无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头无需安装减速器，直接采用第一驱动电路板3和第二驱动电路板6作为结构件，圆周运动电机2和俯仰运动电机4的电机轴上的径向充磁磁环，由对应的电路板上的磁编码器芯片采样，采集电机实时转向位置，通过微控制单元计算，实现准确和快速的反馈控制。
51.声呐换能器5安装在俯仰运动电机4上，由此，声呐换能器5、第一驱动电路板3、第二驱动电路板6形成了一个稳定的支撑结构，从而不需使用其他构架进行安装和支撑，由此降低了探头内的零部件数量，简化了安装工艺和流程，且使得探头结构更加集成，缩小探头的体积，实现了无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的微型化。
52.以下对无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的结构和形状进行详细说明：
53.本实用新型实施例的可选方案中，第一驱动电路板3为圆周运动电机驱动pcb板，圆周运动电机驱动pcb板用于为圆周运动电机2进行驱动和供电，第二驱动电路板6为俯仰运动电机驱动pcb板，俯仰运动电机驱动pcb板用于为俯仰运动电机4进行驱动和供电。
54.本实用新型实施例的可选方案中，外壳组件7的外侧连接有线缆，线缆具有防水接头，防水接头配置为与无人机连接进行取电和数据传输。
55.具体地，外壳组件7采用透声性能高的材料制成，有利于将声呐信号传输衰减降到最低。
56.防水接头能够保证线缆与外部构件连接可靠，不会受到外界水分的影响而造成短路等问题的发生。
57.本实用新型实施例的可选方案中，无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头还包括基板1，基板1位于第一驱动电路板3的上方，圆周运动电机2安装在第一驱动电路板3和基板1之间。
58.具体地，本实施例中，基板1设置为pcb基板。
59.基板1对圆周运动电机2起到支撑固定作用。
60.本实用新型实施例的可选方案中，无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头还包括滑
环8，滑环8安装在圆周运动电机2中心位置，基板1上设有与滑环8相适配的安装孔，滑环8安装在安装孔内。
61.具体地，滑环8设置为圆柱体。
62.滑环8串接第一驱动电路板3和对外接口线缆，实现了声纳探头的无限制圆周运动，结合俯仰运动电机4，实现声纳探头对水下区域范围内的扫描。
63.本实用新型实施例的可选方案中，外壳组件7包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体粘接固定。
64.具体地，各个驱动部件及电机通过基板1与上壳体固定后，上壳体通过胶接与下壳体粘合固定。
65.上壳体和下壳体粘接，使得上壳体和下壳体连接紧密，避免渗水、漏油等问题的发生。当然，其他的连接方式，例如上壳体和下壳体一体成型等，也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。
66.本实用新型实施例的可选方案中，下壳体的顶部具有限位台阶，限位台阶的内侧向上延伸有定位部，定位部插设在上壳体的底部，限位台阶与上壳体的底面相抵接。
67.限位台阶与上壳体的底面相抵接，通过设置限位台阶，在安装到位时，上壳体的底面会和下壳体的限位台阶面抵接，由此便于上壳体和下壳体的组装。当然，上壳体的底部具有限位台阶，限位台阶的内侧向上延伸有定位部，定位部插设在下壳体的顶部的结构，也应当在本实用新型实施例的保护范围之内。
68.由于设置了定位部，定位部可以在上壳体和下壳体组装的时候起到导向作用，便于上壳体和下壳体的组装，简化了上壳体和下壳体的安装过程，便于操作人员的操作，同时，由于设置了定位部，增加了上壳体和下壳体的接触面积，使得上壳体和下壳体在胶接后，连接更加可靠，避免上壳体和下壳体连接不可靠、脱离或松动的情况发生，从而避免外部的水分或其他物质进入上壳体和下壳体内部，也能够避免上壳体和下壳体内部的物质从上壳体和下壳体中泄露出来。
69.本实用新型实施例的可选方案中，定位部与上壳体相贴合的一面设有凸起、或凹槽、或凸起和凹槽。
70.通过设置凸起和凹槽，从而进一步地增加了上壳体和下壳体的接触面积，从而使得上壳体和下壳体在胶接后，连接更加可靠，避免上壳体和下壳体连接不可靠、脱离或松动的情况发生，从而避免外部的水分或其他物质进入上壳体和下壳体内部，也能够避免上壳体和下壳体内部的物质从上壳体和下壳体中泄露出来。
71.本实用新型实施例的可选方案中，下壳体远离上壳体的一端为弧面，提高了无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头的外观。
72.本实用新型实施例的可选方案中，上壳体远离下壳体的一端具有连接部，连接部上设有定位槽和/或定位凸起。
73.具体地，上壳体的顶部设有连接部，连接部上设有定位槽；或者，上壳体的顶部设有连接部，连接部上设有定位凸起；或者，上壳体的顶部设有连接部，连接部上设有定位槽和定位凸起。
74.连接部用于将上壳体安装在其他设备上，定位槽或定位凸起的结构简单，且便于安装和拆卸。
75.本实用新型实施例的可选方案中，容置腔内灌有用于冷却的冷却液。
76.具体地，冷却液为精炼蓖麻油。
77.无刷直驱两轴机械扫描微型声呐探头主要用于水下使用，容置腔内灌满精炼蓖麻油，可保证声学传输，且对电机起到冷却作用。
78.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。