专利名称：一种水下电能与信号传输非接触式连接装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于水下环境电能与信号传输非接触式连接装置。
背景技术：
海水是电的良导体，因此在水下不论传输电能还是电信号都不能像在陆地输电一 样采用裸露导体接触的方式。目前采用较多的是内部含有金属缆、通过导体接触传输电能 和电信号的湿拔插接头，但此类接头价格昂贵使用寿命短，并且需要ROV进行复杂的插拔 操作，因此其推广应用受到很大限制。随着电能和信号传输技术的提高，通过水下基站向水 下设备长期供应电能、发送指令和接收数据成为可能，为此急需一种使用方便、寿命长的连 接装置，作为基站和设备间电能和信号传输的通道。
发明内容本实用新型的目的是提供一种满足水下探测设备和基站之间电能、信号传输的电 能与信号传输非接触式连接装置。 本实用新型的水下电能与信号传输非接触式连接装置，包括插座和插头； 插座包括由第一壳体和安装在第一壳体两端的第一端盖和第一透光窗口构成的
第一密封腔，第一密封腔内设置有第一支架，在第一支架的朝向端盖一侧固定有电能发送
及信号处理电路板，第一支架的朝向第一透光窗口一侧固定有第一感光元件、第一凸透镜
和具有环形槽的第一铁氧体磁芯，第一凸透镜位于第一感光元件和第一透光窗口之间，第
一凸透镜具有中心孔，中心孔中固定有第一发光管，第一发光管的发光端朝向第一透光窗
口 ，第一感光元件与第一凸透镜的焦点重合，第一铁氧体磁芯置于第一凸透镜外，在第一铁
氧体磁芯的环形槽中缠有原边线圈，第一铁氧体磁芯、原边线圈、第一发光管和第一凸透镜
的中心线与第一壳体轴线重合，第一多芯耐压防水导线穿越第一端盖与电能发送与信号处
理电路相连，原边线圈与电能发送及信号处理电路板相连； 插头包括由第二壳体和安装在第二壳体两端的第二端盖和第二透光窗口构成的 第二密封腔，第二密封腔内设置有第二支架，在第二支架的朝向端盖一侧固定有电能接收 及信号处理电路板，第二支架的朝向第二透光窗口一侧固定有第二感光元件、第二凸透镜 和具有环形槽的第二铁氧体磁芯，第二凸透镜位于第二感光元件和第二透光窗口之间，第 二凸透镜具有中心孔，中心孔中固定有第二发光管，第二发光管的发光端朝向第二透光窗 口 ，第二感光元件与第二凸透镜的焦点重合，第二铁氧体磁芯置于第二凸透镜外，在第二铁 氧体磁芯的环形槽中缠有副边线圈，第二铁氧体磁芯、副边线圈、第二发光管和第二凸透镜 的中心线与第二壳体轴线重合，第二多芯耐压防水导线穿越第二端盖与电能接收及信号处 理电路板相连，副边线圈与电能接收及信号处理电路板相连。 上述的第一发光管和第二发光管可以是LED或者激光管。所说的第一感光元件和 第二感光元件可以是光电池或者光敏二极管。 工作原理供能插座固定在水下基站上，接受插头集成在水下探测设备中，工作时通过其它外加的对接机械装置，保证供能插座和接收插头的轴线对齐，并尽可能使各自的 透光窗口互相靠近。水下基站通过第一多芯耐压防水导线将直流电输入电能发送与信号处 理电路，经过电能发送与信号处理电路将直流电变为高频交流电，在原边线圈内产生出高 频交变磁场。交变磁场的一部分穿过副边线圈，并在副边线圈内产生感应电势。副边线圈 用于电磁感应原理产生的交流电势，经过电能接收与信号处理电路转变为稳定的直流电压 输出，通过第二多芯耐压防水导线送入用电设备，为用电设备提供电能。于此同时，水下基 站通过第一多芯耐压防水导线将基站传来的控制信号输入电能发送与信号处理电路，经过 电能发送与信号处理电路的调制，将控制信号转化为第一发光管发出的光信号，第一发光 管发出的光信号穿过插座上的第一透光窗口和插头上的第二透光窗口 ，到达插头上的第二 凸透镜时，已经存在一定程度的发散，第二凸透镜将除中心通孔外其它区域接收到的光线 聚焦到焦点处，位于第二凸透镜焦点处的第二感光元件接收到光信号，产生相应的电信号， 经过电能接收与信号处理电路的解调，还原为基站传来的控制信号，通过第二多芯耐压防 水导线送入水下探测设备。 在基站插座向探测设备插头发送光信号的同时，水下探测设备通过第二多芯耐压 防水导线将探测到的数据信号发送到电能接收与信号处理电路，经过电能接收与信号处理 电路的调制，将探测数据信号转化为第二发光管发出的光信号，第二发光管发出的光信号 穿过插头上的第二透光窗口和插座上的第一透光窗口，到达插座上的第一凸透镜时，已经 存在一定程度的发散，第一凸透镜将除中心通孔外其它区域接收到的光线聚焦到焦点处， 位于第一凸透镜焦点处的第一感光元件接收到光信号，产生相应的电信号，经过电能发送 与信号处理电路的解调，还原为探测设备传来的数据信号，通过第一多芯耐压防水导线传 入水下基站。 从而实现了电能的从基站插座到探测设备插头的单向传输和信号的双向传输。电
能和信号传输结束后，非接触式连接装置的插座和插头可自由分离。 本实用新型的有益效果 本实用新型作为水下探测设备和水下基站的通用连接装置，与传统的内部含有金 属缆、通过导体接触传输电能和电信号的接插件相比，通过非接触的电磁感应方式和光通 讯方式，不需要导体的直接接触，基站插座和设备插头可以实现各自独立的完全封装，彻底 将内部器件与周围环境隔开，大大简化了密封，有效防止了漏水、漏电事故，为水下机电设 备的长期稳定运行创造了良好条件，为水下信号传输和能量传输提供了一种使用方便、寿 命长的连接装置。
图1是水下电能与信号传输非接触式连接装置的结构示意图。 图中1_第一多芯耐压防水导线，2-电能发送与信号处理电路板，3-第一端盖， 4_第一感光元件，5-第一壳体，6-第一发光管，8-第一凸透镜，9-第一铁氧体磁芯，10-第 一支架，11-第一挡圈，12-原边线圈，13-第一透光窗口 ， 14-第二挡圈，15-第二透光窗口 ， 16-第二铁氧体磁芯，17-副边线圈，19-第二支架，20-第二壳体，21-第二凸透镜，22-第二 端盖，23-第二发光管，24-第二多芯耐压防水导线，25-第二感光元件，26-电能接收与信号 处理电路板。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型 参照图l，本实用新型的水下电能与信号传输非接触式连接装置，包括插座和插 头； 插座包括由第一壳体5和安装在第一壳体5两端的第一端盖3和第一透光窗口 13构成的第一密封腔，第一密封腔内设置有第一支架IO，在第一支架10的朝向端盖一侧固 定有电能发送及信号处理电路板2，第一支架10的朝向第一透光窗口 13—侧固定有第一感 光元件4、第一凸透镜8和具有环形槽的第一铁氧体磁芯9，第一凸透镜8位于第一感光元 件4和第一透光窗口 13之间，第一凸透镜8具有中心孔，中心孔中固定有第一发光管6，第 一发光管6的发光端朝向第一透光窗口 13，第一感光元件4与第一凸透镜8的焦点重合，第 一铁氧体磁芯9置于第一凸透镜8外，在第一铁氧体磁芯9的环形槽中缠有原边线圈12，第 一铁氧体磁芯9、原边线圈12、第一发光管6和第一凸透镜8的中心线与第一壳体5轴线重 合，第一多芯耐压防水导线1穿越第一端盖3与电能发送与信号处理电路2相连；原边线圈 12与电能发送及信号处理电路板2相连。 插头包括由第二壳体20和安装在第二壳体20两端的第二端盖22和第二透光窗 口 15构成的第二密封腔，第二密封腔内设置有第二支架19，在第二支架19的朝向端盖一侧 固定有电能接收及信号处理电路板26，第二支架19的朝向第二透光窗口 15—侧固定有第 二感光元件25、第二凸透镜21和具有环形槽的第二铁氧体磁芯16，第二凸透镜21位于第 二感光元件25和第二透光窗口 15之间，第二凸透镜21具有中心孔，中心孔中固定有第二 发光管23，第二发光管23的发光端朝向第二透光窗口 15，第二感光元件25与第二凸透镜 21的焦点重合，第二铁氧体磁芯16置于第二凸透镜21夕卜，在第二铁氧体磁芯16的环形槽 中缠有副边线圈17，第二铁氧体磁芯16、副边线圈17、第二发光管23和第二凸透镜21的中 心线与第二壳体20轴线重合，第二多芯耐压防水导线24穿越第二端盖22与电能接收及信 号处理电路板26相连；副边线圈17与电能接收及信号处理电路板26相连。 本实用新型中的第一、第二透光窗口可采用耐高压的光学玻璃制成，透光且不导 电、不导磁。图例中，第一透光窗13通过第一挡圈11固定在第一壳体5上，第二透光窗15 通过第二挡圈14固定在第二壳体20上。这样，第一、第二挡圈既有将透光窗口固定在壳体 上的作用，也起到防止第一透光窗口和第二透光窗口发生直接碰撞的作用。
权利要求一种水下电能与信号传输非接触式连接装置，其特征是包括插座和插头；插座包括由第一壳体(5)和安装在第一壳体(5)两端的第一端盖(3)和第一透光窗口(13)构成的第一密封腔，第一密封腔内设置有第一支架(10)，在第一支架(10)的朝向端盖一侧固定有电能发送及信号处理电路板(2)，第一支架(10)的朝向第一透光窗口(13)一侧固定有第一感光元件(4)、第一凸透镜(8)和具有环形槽的第一铁氧体磁芯(9)，第一凸透镜(8)位于第一感光元件(4)和第一透光窗口(13)之间，第一凸透镜(8)具有中心孔，中心孔中固定有第一发光管(6)，第一发光管(6)的发光端朝向第一透光窗口(13)，第一感光元件(4)与第一凸透镜(8)的焦点重合，第一铁氧体磁芯(9)置于第一凸透镜(8)外，在第一铁氧体磁芯(9)的环形槽中缠有原边线圈(12)，第一铁氧体磁芯(9)、原边线圈(12)、第一发光管(6)和第一凸透镜(8)的中心线与第一壳体(5)轴线重合，第一多芯耐压防水导线(1)穿越第一端盖(3)与电能发送与信号处理电路(2)相连，原边线圈(12)与电能发送及信号处理电路板(2)相连；插头包括由第二壳体(20)和安装在第二壳体(20)两端的第二端盖(22)和第二透光窗口(15)构成的第二密封腔，第二密封腔内设置有第二支架(19)，在第二支架(19)的朝向端盖一侧固定有电能接收及信号处理电路板(26)，第二支架(19)的朝向第二透光窗口(15)一侧固定有第二感光元件(25)、第二凸透镜(21)和具有环形槽的第二铁氧体磁芯(16)，第二凸透镜(21)位于第二感光元件(25)和第二透光窗口(15)之间，第二凸透镜(21)具有中心孔，中心孔中固定有第二发光管(23)，第二发光管(23)的发光端朝向第二透光窗口(15)，第二感光元件(25)与第二凸透镜(21)的焦点重合，第二铁氧体磁芯(16)置于第二凸透镜(21)外，在第二铁氧体磁芯(16)的环形槽中缠有副边线圈(17)，第二铁氧体磁芯(16)、副边线圈(17)、第二发光管(23)和第二凸透镜(21)的中心线与第二壳体(20)轴线重合，第二多芯耐压防水导线(24)穿越第二端盖(22)与电能接收及信号处理电路板(26)相连，副边线圈(17)与电能接收及信号处理电路板(26)相连。
2. 根据权利要求1所述的水下电能与信号传输非接触式连接装置，其特征是第一发光 管(6)和第二发光管(23)是LED或者激光管。
3. 根据权利要求1所述的水下电能与信号传输非接触式连接装置，其特征是第一感光 元件(4)和第二感光元件(25)是光电池或者光敏二极管。
专利摘要本实用新型公开了一种用于水下环境电能与信号传输非接触式连接装置，其包括插座和插头，通过电磁感应原理实现从插座到插头间的单向电能传输；通过光通讯原理实现插座和插头间的双向信号传递。本实用新型与传统的电能与信号传输连接装置相比，不需要插座和插头间的直接接触，插座和插头可以实现各自独立的完全封装，将内部器件与周围环境隔开，大大简化了密封，可有效防止漏水、漏电事故，为水下机电设备的长期稳定运行创造良好条件，另外，也避免了水下湿插拔接插件必须使用水下机器人插拔操作而导致的高额费用。
文档编号H02M3/22GK201518449SQ200920197788
公开日2010年6月30日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者李德骏, 李泽松, 杨灿军, 林麟, 陈鹰 申请人:浙江大学