一種用于海洋裝備的示位器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于海洋高壓環(huán)境機電控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種用于海洋裝備的示位器，包括：與電池連接的電源電路，以及依次連接的水壓開關(guān)、單片機、GPS及銥星定位通訊模塊和天線，電源電路與單片機、GPS及銥星定位通訊模塊連接。本實用新型不與所依附的海洋裝備存在任何電氣上的連接，避免對海洋裝備產(chǎn)生干擾，同時也避免了海洋裝備主系統(tǒng)發(fā)生電源故障時影響本系統(tǒng)的工作。
【專利說明】一種用于海洋裝備的示位器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種為海洋裝備提供示位功能的技術(shù)，具體地說是一種用于將海 洋裝備的地理位置提供給母船或者控制中心的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常見的需要定位的海洋裝備一般自帶GPS和銥星設(shè)備用于將所處位置信息 發(fā)送給母船或控制中心，但是當海洋裝備出現(xiàn)故障浮出海面或者所帶GPS及銥星設(shè)備出現(xiàn) 故障而無法將位置信息發(fā)送出去時，往往會造成該海洋裝備丟失，如長期監(jiān)測海洋信息的 水下潛標、AUV設(shè)備等。
[0003]而多數(shù)深度傳感器采用壓敏元件(不銹鋼、陶瓷等)的形式，實時連續(xù)監(jiān)測深度信 息，結(jié)構(gòu)復雜，耗能多，價格昂貴。而很多應(yīng)用場合僅要求達到一定深度后，觸發(fā)深度開關(guān) 信號，進而觸發(fā)單片機及各種控制器工作即可，因而研制出一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，性能穩(wěn)定可 靠，低成本的機械式開關(guān)型深度傳感器已成為亟待解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的在于采用一種能實現(xiàn)獨立、穩(wěn)定、準確、低成本 的為海洋裝備提供示位功能的控制裝置。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種用于海洋裝備的示位器，包括:與電池連接的電源電路，以及依次連接的水壓 開關(guān)、單片機、GPS定位及銥星通訊模塊和天線，電源電路與單片機、GPS定位及銥星通訊模 塊連接。
[0007]所述水壓開關(guān)包括殼體、活塞、磁鐵組件、彈簧、開關(guān)組件、橡膠電纜端頭，其中殼 體為中空結(jié)構(gòu)，所述活塞滑動連接于殼體的中心孔內(nèi)，活塞的一端通過殼體內(nèi)設(shè)有的內(nèi)止 口限位，所述殼體的一端設(shè)有外螺紋，另一端與橡膠電纜端頭連接，所述橡膠電纜端頭內(nèi)設(shè) 有開關(guān)組件，所述磁鐵組件設(shè)置于活塞的另一端、并與開關(guān)組件相對應(yīng)，所述彈簧設(shè)置于殼 體的中心孔內(nèi)、并位于活塞與橡膠電纜端頭之間；海水通過殼體一端的通孔推動活塞移動、 并壓縮彈簧，海水壓力與彈簧力平衡；當達到設(shè)定深度后，磁鐵組件靠進開關(guān)組件、并發(fā)出 訊號。
[0008]所述活塞與殼體之間設(shè)有密封組件。
[0009]所述密封組件包括防塵圈和斯特封。
[0010]所述活塞的另一端沿軸線設(shè)有延伸部，所述延伸部與磁鐵組件連接，所述彈簧套 設(shè)于所述延伸部上、并一端抵接于活塞的軸肩，另一端抵接于所述橡膠電纜端頭。
[0011]所述殼體的另一端設(shè)有沉孔，所述橡膠電纜端頭的一端設(shè)有凸起和沉孔，所述橡 膠電纜端頭一端的凸起與殼體另一端的沉孔配合連接，所述彈簧的另一端抵接于所述橡膠 電纜端頭一端的沉孔底部。
[0012]所述開關(guān)組件采用干簧管，所述干簧管與磁鐵組件相對應(yīng)；所述干簧管的兩個觸點與單片機連接。
[0013]所述橡膠電纜端頭與開關(guān)組件和殼體通過膠水連接，所述磁鐵組件與活塞通過膠水連接。
[0014]本實用新型的優(yōu)點與積極效果為:
[0015]1.本實用新型為獨立子系統(tǒng)，由可充電鋰電池單獨供電，不與所依附的海洋裝備存在任何電氣上的連接，避免對海洋裝備產(chǎn)生干擾，同時也避免了海洋裝備主系統(tǒng)發(fā)生電源故障時影響本系統(tǒng)的工作。
[0016]2.本實用新型采用低功耗單片機進行控制，只有檢測到系統(tǒng)將要浮出水面時才啟動GPS定位系統(tǒng)及銥星通訊系統(tǒng)工作，在水下時不工作，節(jié)約了電源，可以保持長時間的工作。
[0017]3.本實用新型所采用的GPS定位系統(tǒng)及銥星通訊系統(tǒng)采用SBD (短信息通訊格式)保證了通訊數(shù)據(jù)的快速、可靠性，同時由于只進行SBD數(shù)據(jù)傳輸，省去了語音通訊模塊，減少了模塊體積，降低了功耗。
[0018]4.本實用新型的水壓開關(guān)所測深度范圍大。本實用新型原理為海水壓力和彈簧反作用力保持平衡，檢測彈簧壓縮量間接檢測海水深度。可以根據(jù)需要改變彈簧剛度及預壓縮量，使得在不同海水深度下觸發(fā)信號。本實用新型所測量海水深度為0-2000米，最大承受海水深度為8000米。
[0019]5.本實用新型的水壓開關(guān)性能穩(wěn)定、安全可靠。本實用新型應(yīng)用彈簧力與所測海水壓力平衡的原理，應(yīng)用防塵圈與斯特封組合結(jié)構(gòu)進行密封，檢測組件采用磁鐵塊與干簧管結(jié)構(gòu)，本實用新型將他們巧妙的結(jié)合起來，檢測深度傳感器在海水中深度。殼體內(nèi)部設(shè)計有活塞運動限位結(jié)構(gòu)，保護磁鐵組件、開關(guān)組件及橡膠電纜接頭，安全可靠。
[0020]6.本實用新型的水壓開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)需要選擇不同彈簧直徑和線徑，活塞運動范圍很小，約為3_左右，若接點形式為常閉，則整體尺寸在65_左右；若接點形式為常開，整體尺寸在55mm左右。
[0021]7.本實用新型的水壓開關(guān)成本低，易實現(xiàn)。采用標準的元器件，加工工藝性簡單，加工精度不高，成本低，易實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實用新型裝置原理圖；
[0024]圖3為單片機工作流程圖；
[0025]圖4為水壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為圖2的俯視圖；
[0027]其中:I為殼體，2為活塞，3為防塵圈，4為斯特封，5為磁鐵組件，6為彈簧，7為開關(guān)組件，8為橡膠電纜端頭；11為單片機，12為水壓開關(guān)，13為GPS定位及銥星通訊模塊。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳述。
[0029]本實用新型用于為海洋裝備提供示位功能的方法:基于單片機采集水壓開關(guān)信號，然后根據(jù)水壓開關(guān)信號判斷載體是否上浮水面，如果上浮水面則啟動GPS定位及銥星通訊模塊，將載體坐標信息通過銥星發(fā)送到母船或控制中心。
[0030]本實施例是通過單片機檢測水壓開關(guān)的信號，判斷載體是否將要浮出水面，并以此來啟動或關(guān)閉GPS定位及銥星通訊模塊工作。通過水壓開關(guān)來判斷載體是否浮出水面，水壓開關(guān)為機械彈簧結(jié)構(gòu)，不需要消耗電能，節(jié)約了功耗，當水壓開關(guān)接觸海水時，海水壓力壓動水壓開關(guān)的彈簧動作，當水深超過一定深度時，彈簧碰觸水壓開關(guān)內(nèi)部的一對觸點使其導通，將該觸點連接到單片機的輸入端口，即可作為判斷載體是否浮出水面的檢測依據(jù)。
[0031]所用GPS定位及銥星通訊模塊為采用SBD數(shù)據(jù)通訊格式的低功耗模塊，型號為9601-DGS-LP。GPS定位及銥星通訊模塊并不是一直工作，而是在單片機判斷出載體將要浮出水面時才工作，降低了功耗。
[0032]如圖1所示，本實用新型用于為海洋裝備提供示位功能的裝置包括:單片機11，水壓開關(guān)12和GPS定位及銥星通訊模塊13。所述單片機11可以采集水壓開關(guān)12的信號，并根據(jù)水壓開關(guān)12的信號控制GPS定位及銥星通訊模塊工作。
[0033]如圖2所示，整個系統(tǒng)由高儲能鋰電池、低功耗電源模塊、低功耗單片機、水壓開關(guān)、GPS及銥星模塊構(gòu)成，整個系統(tǒng)密封在高強度鋁合金或鈦合金構(gòu)成的艙體內(nèi)，對外接口采用高強度水密接插件與天線連接，示位器采用高儲能鋰電池單獨供電，當設(shè)備深度達到一定值時，海水壓力足夠推動水壓開關(guān)的彈簧使開關(guān)組件的內(nèi)部觸點的狀態(tài)發(fā)生改變，系統(tǒng)采集觸點的信號變化即可以判斷出設(shè)備是否將要浮出水面，由于GPS模塊的啟動也需要一定時間，此時啟動GPS模塊，待系統(tǒng)浮出水面后，GPS模塊正好也啟動完成，隨即就可以建立通訊，第一時間將位置信息發(fā)送出去，使得母船的指揮中心能夠通過安裝在母船的銥星接收器得知示位器所屬目標的位置。
[0034]電源模塊采用TMPl 12的電源芯片，用于將電池電壓轉(zhuǎn)換為單片機和GPS及銥星模塊的所需電壓；單片機采用msp430g2221型，此型號單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6V電壓，可以通過改變工作模式和工作頻率降低功耗，因而可使其在IMHz的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165 μ A左右，而在RAM保持模式下的最低功耗只有0.1 μ A。
[0035]工作原理如下:
[0036]本裝置通過單片機11采集水壓開關(guān)12數(shù)據(jù)，水壓開關(guān)12為機械彈簧結(jié)構(gòu)，當水壓開關(guān)12接觸海水時，海水壓力壓動水壓開關(guān)12的彈簧動作，當水深超過一定深度時，彈簧碰觸水壓開關(guān)12內(nèi)開關(guān)組件的一對觸點使其導通，將該觸點連接到單片機11的輸入端口，即可作為判斷載體是否浮出水面的檢測依據(jù)。當檢測出水壓開關(guān)12的輸入信號顯示載體將要浮出水面時，啟動GPS定位系統(tǒng)及銥星通訊模塊13，將載體位置信息通過銥星傳輸?shù)侥复蚩刂浦行模瑥亩箍刂浦行谋O(jiān)控人員知道載體及海洋裝備的位置信息。由于系統(tǒng)只在浮出水面時才能向指揮中心發(fā)送位置數(shù)據(jù)，所以能夠使系統(tǒng)在示位器處于水面以下時不工作或者說處于休眠狀態(tài)，節(jié)省很多電量，大大延長系統(tǒng)工作時間，尤其是應(yīng)用在某些長時間處于水面下的系統(tǒng)上。
[0037]參見圖3，檢測流程為:上電后單片機進入休眠狀態(tài)，當水壓開關(guān)觸點閉合時，指示載體將要浮出水面，此時觸發(fā)中斷，使單片機進入工作狀態(tài)，單片機啟動GPS定位及銥星通訊模塊工作，首先獲取GPS位置信息，并判斷GPS信息是否有效，判斷根據(jù)是GPS位置信息與上一次定位信息偏差是否大于10米，如果大于10米則認為載體移動了，此次獲得的GPS信息是有效的，并將該GPS定位信息通過銥星傳輸?shù)侥复蚩刂浦行?，如果GPS位置信息與上一次定位信息偏差小于10米，則認為載體沒有移動或移動距離可忽略，此次獲得的GPS信息是無效的，上一次檢測到的位置信息可作為定位的有效信息，不必重新發(fā)送，節(jié)省了功耗。如果水壓開關(guān)觸點斷開，則顯示載體沒有浮出水面，則單片機關(guān)閉GPS定位及銥星通訊模塊并進入休眠狀態(tài)。
[0038]如圖4、圖5所示，本實用新型的水壓開關(guān)包括殼體1、活塞2、密封組件、磁鐵組件
5、彈簧6、開關(guān)組件7、橡膠電纜端頭8，其中殼體I為中空結(jié)構(gòu)，所述活塞2滑動連接于殼體I的中心孔內(nèi)，活塞2的一端通過殼體I內(nèi)設(shè)有的內(nèi)止口限位，所述內(nèi)止口對活塞2起到限制行程的作用。所述活塞2的另一端沿軸線設(shè)有延伸部，所述延伸部通過專用膠水(如:美國洛德公司生產(chǎn)的凱姆洛克膠)與磁鐵組件5連接。所述彈簧6設(shè)置于殼體I的中心孔內(nèi)、并套設(shè)于所述活塞2另一端的延伸部上，所述彈簧6 —端抵接于活塞2的軸肩，所述活塞2另一端的延伸部，起到對彈簧6的導向和固定磁鐵組件5的作用。所述殼體I的一端設(shè)有臺肩和外圓周表面設(shè)有外螺紋，便于對外安裝和密封，所述殼體I的另一端設(shè)有沉孔。所述橡膠電纜端頭8的一端設(shè)有凸起和沉孔，所述橡膠電纜端頭8 一端的凸起與殼體I另一端的沉孔配合、并通過專用膠水(如:美國洛德公司生產(chǎn)的凱姆洛克膠)連接，所述彈簧6的另一端抵接于橡膠電纜端頭8 —端的沉孔底部。所述彈簧6的壓縮量間接測量深度傳感器到達海水深度，測量不同深度可改變彈簧線徑及預壓縮量，另外彈簧也起到活塞2的復位作用。所述橡膠電纜端頭8內(nèi)設(shè)有開關(guān)組件7，所述開關(guān)組件7與磁鐵組件5相對應(yīng)，殼體I對磁鐵組件5、開關(guān)組件7和橡膠電纜端頭8進行保護。所述活塞2與殼體I之間設(shè)有密封組件，所述密封組件包括防塵圈3和斯特封4。所述防塵圈3和斯特封4等密封部件采用耐海水腐蝕材料，防止海水及雜質(zhì)進入彈簧腔，保證活塞2低阻力運動的同時，起到對海水密封作用，不受外界海水及雜質(zhì)的影響，使得測量結(jié)果更加準確。殼體I內(nèi)部的開孔方式，使得活塞在初始位置即可順利在海水壓力作用下動作，以及方便將進入殼體I內(nèi)部海水及雜質(zhì)排除。
[0039]所述開關(guān)組件7為干簧管，采用上海米爾圣的dc08，所述干簧管與磁鐵組件5相對應(yīng)。海水通過殼體I 一端的通孔推動活塞2移動、并壓縮彈簧6，海水壓力與彈簧力平衡；當達到設(shè)定深度后，磁鐵組件5靠進開關(guān)組件7，所述磁鐵組件5使干簧管與單片機的I/O 口接通，并發(fā)出訊號。磁鐵組件5和開關(guān)組件7組合的海水深度檢測方式，開關(guān)組件7內(nèi)部采用干簧管結(jié)構(gòu)，動作可靠。
[0040]殼體I具有海水引入，及對活塞2的限位功能，同時避免磁鐵組件5、開關(guān)組件7及橡膠電纜端頭8的損壞。
[0041]水壓開關(guān)的工作原理是:
[0042]外界海水通過殼體I端部孔道作用在活塞2的一端，推動活塞2運動，直到與另一端彈簧6的作用力平衡。活塞2的運動距離間接反映當時海水深度，當達到設(shè)定深度以后，磁鐵組件5與開關(guān)組件7即發(fā)出訊號，進而可進行下一步定位、巡航等操作。防塵圈3和斯特封4的組合結(jié)構(gòu)保證活塞低摩擦力運動的同時，對海水起到密封作用。本實用新型在結(jié)構(gòu)上限定活塞2的運動范圍，同時保護磁鐵組件5、開關(guān)組件7和橡膠電纜端頭8。本實用新型可根據(jù)需要，可滿足不同深度(0-2000米)發(fā)訊要求，最大工作深度可達到8000米。開關(guān)組件觸點的接線方式可以采用常開式或常閉式。
[0043]水壓開關(guān)的裝配過程是:
[0044]先將防塵圈3和斯特封4裝入殼體I內(nèi)，再將磁鐵組件5與活塞2通過膠水連接后裝入殼體I內(nèi)，活塞2與殼體I之間間隙配合，依靠防塵圈3和斯特封4密封；再將彈簧6套設(shè)于活塞2另一端的延伸部上，再將開關(guān)組件7和橡膠電纜端頭8通過膠水連接；最后，橡膠電纜端頭8與殼體I通過膠水連接。
[0045]綜上所述，本實用新型的水壓開關(guān)采用海水壓力與彈簧力相平衡原理，彈簧壓縮量間接測量深度傳感器到達海水深度，隨著下潛深度增加，海水壓力越來越大，海水壓力與彈簧力平衡，彈簧6被壓縮。當達到的海水深度大于設(shè)定值時，開關(guān)組件7發(fā)出訊號，以便進行下一步控制。本實用新型解決了設(shè)備在達到設(shè)定海水深度之后即發(fā)訊，以便進行下一步定位、巡航的問題。通過這種方法，可以在海洋裝備出現(xiàn)故障而浮出海面時將海洋裝備的位置發(fā)送給母船或控制中心的作用，屬于一種風險防護措施，提高了海洋裝備的安全性，避免了昂貴的海洋裝備丟失的風險。
【權(quán)利要求】
1.一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于包括:與電池連接的電源電路，以及依次 連接的水壓開關(guān)、單片機、GPS定位及銥星通訊模塊和天線，電源電路與單片機、GPS定位及 銥星通訊模塊連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述水壓開關(guān)包括 殼體(I)、活塞(2)、磁鐵組件(5)、彈簧(6)、開關(guān)組件(7)、橡膠電纜端頭(8)，其中殼體(I) 為中空結(jié)構(gòu)，所述活塞(2)滑動連接于殼體(I)的中心孔內(nèi)，活塞(2)的一端通過殼體(I) 內(nèi)設(shè)有的內(nèi)止口限位，所述殼體(I)的一端設(shè)有外螺紋，另一端與橡膠電纜端頭(8)連接， 所述橡膠電纜端頭(8 )內(nèi)設(shè)有開關(guān)組件(7 )，所述磁鐵組件(5 )設(shè)置于活塞(2 )的另一端、并 與開關(guān)組件(7)相對應(yīng)，所述彈簧(6)設(shè)置于殼體(I)的中心孔內(nèi)、并位于活塞(2)與橡膠 電纜端頭(8)之間；海水通過殼體(I) 一端的通孔推動活塞(2)移動、并壓縮彈簧(6)，海水 壓力與彈簧力平衡；當達到設(shè)定深度后，磁鐵組件(5)靠進開關(guān)組件(7)、并發(fā)出訊號。
3.按權(quán)利要求2所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述活塞(2)與殼體(I)之間設(shè)有密封組件。
4.按權(quán)利要求3所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述密封組件包括 防塵圈(3)和斯特封(4)。
5.按權(quán)利要求2所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述活塞(2)的另 一端沿軸線設(shè)有延伸部，所述延伸部與磁鐵組件(5)連接，所述彈簧(6)套設(shè)于所述延伸部 上、并一端抵接于活塞(2 )的軸肩，另一端抵接于所述橡膠電纜端頭(8 )。
6.按權(quán)利要求2所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述殼體(I)的另一 端設(shè)有沉孔，所述橡膠電纜端頭(8)的一端設(shè)有凸起和沉孔，所述橡膠電纜端頭(8) —端的 凸起與殼體(I)另一端的沉孔配合連接，所述彈簧(6)的另一端抵接于所述橡膠電纜端頭(8)—端的沉孔底部。
7.按權(quán)利要求2所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述開關(guān)組件(7)采 用干簧管，所述干簧管與磁鐵組件(5)相對應(yīng)；所述干簧管的兩個觸點與單片機連接。
8.按權(quán)利要求2所述的一種用于海洋裝備的示位器，其特征在于:所述橡膠電纜端頭 (8 )與開關(guān)組件(7 )和殼體(I)通過膠水連接，所述磁鐵組件(5 )與活塞(2 )通過膠水連接。
【文檔編號】G01S19/02GK203385860SQ201320510442
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】陳琦, 郭威 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所