一种应用于水下测量装置的超声波充电装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用于水下测量装置的超声波充电装置，属于水文技术领域。

背景技术：

目前，关于超声波充电的研究较多，然而多针对陆上环境，而针对水下超声波充电方面的研究相对较少，采用钢绳介质进行超声波充电的研究更是鲜有耳闻。从已有的专利来看，一种水下非接触供电方法及装置(申请号:201210096535.4)中，超声波是通过水介质传输供电的；一种超声波无线输电系统（申请号：201410423492.5）中，研究对象是物联网智能节点。基于上述背景，本文提出了一种基于钢绳介质的水下测量装置超声波充电系统及方法。针对水文测站的水下测量装置存在功耗较大、放置位置分散等特点，以及恶劣环境下水文测站对多个水文监测节点进行长时间水情监测的要求，采用一种应用于水下测量装置的超声波充电装置。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种应用于水下测量装置的超声波充电装置，解决水下测量装置电源频繁更换不方便、更换耗时长、工作量大等问题，延长了水下测量装置工作时间。

本实用新型技术方案是：一种应用于水下测量装置的超声波充电装置，包括超声波发射装置，介质传输装置，换能充电装置；声波发射装置，介质传输装置，换能充电装置依次相连接；

所述超声波发射装置包括整流电路Ⅰ101、逆变电路102、匹配电路103、发射换能器104、声波汇聚器Ⅰ105、耦合剂层106；整流电路Ⅰ101、逆变电路102、匹配电路103、发射换能器104、声波汇聚器Ⅰ105、耦合剂层106依次相连接；

所述换能充电装置包括声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302、绝缘电线303、整流电路Ⅱ304、稳压电路305、充电电路306；声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302、绝缘电线303、整流电路Ⅱ304、稳压电路305、充电电路306依次相连接。

所述超声波发射装置用于发射出超声波，介质传输装置用于通过钢绳作为传输介质将超声波传输给换能充电装置，换能充电装置将超声波转换为电能，对水下测量装置进行充电。

所述介质传输装置包括钢板支架201、钢绳202、绞盘203；

所述钢板支架201用于固定绞盘203，也用于将超声波从超声波发射装置传递到钢绳202上的中间传输介质；

所述钢绳202用于作为超声波传输介质，也作为连接水上到水下铅鱼的部件；所述绞盘203用于为钢绳202的固定部件，可旋转用于调节钢绳202的长度。

所述整流电路Ⅰ101用于将交流市电变为稳定直流电；

所述逆变电路102用于将直流电转换为交流电；

所述匹配电路103用于将交流电变为与发射换能器104匹配的高频交流电；

所述发射换能器104用于将高频交流电转换为超声波机械能；

所述声波汇聚器Ⅰ105用于汇聚发散状的声波，使超声波垂直入射到传输介质中；

所述耦合剂层106用于减少声波从空气传输到金属表面的声波发生反射，减少声波传输损失；

所述声波汇聚器Ⅱ301用于汇聚钢绳202传输来的超声波，并传给接收换能器302，来减少超声波接收损失；

所述接收换能器302用于将超声波机械能转换为高频电能输出；

所述绝缘电线303用于将接收换能器302转换出的电能传递到整流电路Ⅱ304中；

所述整流电路Ⅱ304用于将转换后的高频交流电能转换为直流电；

所述稳压电路305用于将直流电进行整流稳压，变为水下测量装置405匹配的电流；所述充电电路306用于为向水下测量装置405充电。

本实用新型还包括换能充电装置连接结构，所述换能充电装置连接结构包括铅鱼401、箱体402、钢绳夹403、连接端404、水下测量装置405；所述箱体402用于安装声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302；所述钢绳夹403用于固定钢绳202；所述连接端404用于固定三条钢绳，是绝缘结构；所述水下测量装置405用于测量水情；所述铅鱼401用于固定水下测量装置405。

首先发射换能器104将电能转换为声波机械能；声波经过耦合剂层106，传输到钢板支架201上，其中，耦合剂层106的作用为降低声波在钢板表面的折射率，提高了超声波从一种介质到另一种介质传输的效率；超声波经钢板支架和绞盘传递到钢绳介质上，沿着钢绳进行声波传送，最终传到接收换能器302；接收换能器302将超声波转换成电能，经充电电路306给水下测量装置405电池进行充电。发射换能器104和接收换能器302的型号都可以采用DYW-28-G，既能发射也能接收。

超声波波长频率高，波长短，具有能量大，衰减小，传播距离远，穿透能力强等特点，可在固体、液体、气体等介质中有效传播，且可传播足够远的距离。

发射换能器产生超声波，利用钢绳作为传播介质实现远距离传输。

接收换能器接收超声波，并将其转换为电能，为所需要的充电的设备供电。

本实用新型的有益效果是：

1、系统采用钢绳作为能量传输介质，借由超声波在固体介质中良好的传输特性及导向性，大幅度降低了系统充电时的整体能耗。由于市电源源不断地提供电能，可对水下测量装置进行充电，延长其工作时间，提高其工作效率；

2、超声波发生器与钢绳的耦合设计利用声波汇聚器和耦合剂层，使超声波垂直射入传输介质中，减少了传播损失和反射损失，以实现超声波的良好传播；

3、本实用新型是在水下测量装置原有的硬件上进行改进，安装方便，不影响现有缆道的机械结构。

附图说明

图1是本实用新型结构框图；

图2是本实用新型超声波发射装置结构示意图；

图3是本实用新型介质传输装置结构示意图；

图4是本实用新型换能充电装置结构示意图；

图5是本实用新型换能充电装置连接结构的结构示意图；

图6是超声波发射装置整流电路的电路原理图；

图7是超声波发射装置逆变电路的电路原理图；

图8是超声波发射装置匹配电路的电路原理图。

图1-8中各标号：101-整流电路Ⅰ；102-逆变电路；103-匹配电路；104-发射换能器；105-声波汇聚器Ⅰ；106-耦合剂层；

201-钢板支架；202-钢绳；203-绞盘；

301-声波汇聚器Ⅱ；302-接收换能器；303-绝缘电线；304-整流电路Ⅱ；305-稳压电路；306-充电电路；

401-铅鱼；402-箱体；403-钢绳夹；404-连接端；405-水下测量装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-8所示，一种应用于水下测量装置的超声波充电装置，包括超声波发射装置，介质传输装置，换能充电装置；声波发射装置，介质传输装置，换能充电装置依次相连接；

所述超声波发射装置包括整流电路Ⅰ101、逆变电路102、匹配电路103、发射换能器104、声波汇聚器Ⅰ105、耦合剂层106；整流电路Ⅰ101、逆变电路102、匹配电路103、发射换能器104、声波汇聚器Ⅰ105、耦合剂层106依次相连接，如图2所示；

所述换能充电装置包括声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302、绝缘电线303、整流电路Ⅱ304、稳压电路305、充电电路306；声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302、绝缘电线303、整流电路Ⅱ304、稳压电路305、充电电路306依次相连接，如图4所示。

进一步的，所述超声波发射装置用于发射出超声波，介质传输装置用于通过钢绳作为传输介质将超声波传输给换能充电装置，换能充电装置将超声波转换为电能，对水下测量装置进行充电。

进一步的，所述介质传输装置包括钢板支架201、钢绳202、绞盘203；

所述钢板支架201用于固定绞盘203，也用于将超声波从超声波发射装置传递到钢绳202上的中间传输介质；

所述钢绳202用于作为超声波传输介质，也作为连接水上到水下铅鱼的部件；所述绞盘203用于为钢绳202的固定部件，可旋转用于调节钢绳202的长度，如图3所示。

进一步的，所述整流电路Ⅰ101用于将交流市电变为稳定直流电，如图6所示；

所述逆变电路102用于将直流电转换为交流电，如图7所示；

所述匹配电路103用于将交流电变为与发射换能器104匹配的高频交流电，如图8所示；

所述发射换能器104用于将高频交流电转换为超声波机械能；

所述声波汇聚器Ⅰ105用于汇聚发散状的声波，使超声波垂直入射到传输介质中；

所述耦合剂层106用于减少声波从空气传输到金属表面的声波发生反射，减少声波传输损失；

所述声波汇聚器Ⅱ301用于汇聚钢绳202传输来的超声波，并传给接收换能器302，来减少超声波接收损失；

所述接收换能器302用于将超声波机械能转换为高频电能输出；

所述绝缘电线303用于将接收换能器302转换出的电能传递到整流电路Ⅱ304中；

所述整流电路Ⅱ304用于将转换后的高频交流电能转换为直流电；

所述稳压电路305用于将直流电进行整流稳压，变为水下测量装置405匹配的电流；所述充电电路306用于为向水下测量装置405充电。

进一步的，本实用新型还包括换能充电装置连接结构，所述换能充电装置连接结构包括铅鱼401、箱体402、钢绳夹403、连接端404、水下测量装置405；所述箱体402用于安装声波汇聚器Ⅱ301、接收换能器302；所述钢绳夹403用于固定钢绳202；所述连接端404用于固定三条钢绳，是绝缘结构；所述水下测量装置405用于测量水情；所述铅鱼401用于固定水下测量装置405，如图5所示。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型首先将市电经整流电路Ⅰ101变为直流电，再经逆变电路102将直流电转换为交流电，匹配电路103将逆变后的交流电转换为与发射换能器104所匹配的高频交流电。发射换能器104将高频交流电转换为高频的声波机械能。通过声波汇聚器105将发散的超声波汇聚到一起，再通过耦合剂层106，这样可减少由于变换传输介质而产生的能量损失。超声波由钢板支架201、绞盘203传递到钢绳202上。超声波沿着钢绳202传输到声波汇聚器Ⅱ301上，发散的超声波被汇聚到接收换能器302，声波机械能由接收换能器302转换为交流电能。电能经绝缘电线303传输到整流电路Ⅱ304，将交流电转换为直流电，再经过稳压电路305稳压，和充电电路306传输，对水下测量装置405进行充电。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。