基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口

摘要

本发明公开的基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，包括插座和插头，插座和插头独立封装，对接后无直接的电气连接，可实现电能与信号的非接触式传输。本发明把非接触式的水下电能和水下信号传输结合在一起。应用电磁感应原理，实现电能从基站到设备的单向传输；应用WIFI技术，实现基站和设备之间的WLAN信号双向传输。与传统的通过导体直接接触的湿插拔连接器相比，无需导体的直接接触和复杂的密封措施，较好地避免了漏水和漏电情况的发生，更好地保证了水下机电设备长期连续的稳定运行及其与水下基站之间正常的信息交互。

权利要求

1.基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，其特征在于包括插座和插头；

插座包括：由初级壳体（11）和初级端盖（16）构成的密封腔，初级壳体（11）的端面为中心内凹的锥面，密封腔内具有与初级壳体同轴线的圆筒和初级线圈（12），初级线圈（12）具有锥形中心孔，套在初级壳体（11）内凹的锥面上，初级线圈（12）的锥面与初级壳体（11）的锥面相贴，圆筒的一端与初级壳体（11）内凹的锥面端部固定，圆筒的另一端装置初级天线支座（14），圆筒内设有初级WIFI天线（13），初级WIFI天线（13）固定在初级天线支座（14）上，初级端盖（16）上固定有初级水密接插件（17），初级水密接插件（17）伸入腔体的一端连接初级WIFI天线（13）和初级线圈（12），初级水密接插件（17）的另一端与初级水密电缆（18）相连，在初级壳体（11）内凹的锥面上安装有数个永磁铁（10），初级壳体（11）和初级端盖（16）的接触面上设有O型密封圈（15）；

插头包括：由次级壳体（5）和次级端盖（3）构成的密封腔，次级壳体（5）的端面为中心外凸的锥面，该外凸锥面与初级壳体（11）的内凹锥面相吻合，密封腔内具有与次级壳体同轴线的圆筒和次级线圈（9），次级线圈（9）呈锥形，套在圆筒上，次级线圈（9）的锥面与次级壳体（5）的锥面相贴，圆筒的一端与次级壳体（5）外凸的锥面端部固定，圆筒的另一端装置次级天线支座（6），圆筒内设有次级WIFI天线（8），次级WIFI天线（8）固定在次级天线支座（6）上，次级端盖（3）上固定有次级水密接插件（2），次级水密接插件（2）伸入腔体的一端连接次级WIFI天线（8）和次级线圈（9），次级水密接插件（2）的另一端与次级水密电缆（1）相连，在次级壳体（5）外凸的锥面上安装有与插座中等数量的永磁铁（7），次级壳体（5）和次级端盖（3）的接触面上设有O型密封圈（4）。

2.根据权利要求1所述的基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，其特征是初级壳体（11）、初级端盖（16）、次级壳体（5）和次级端盖（3）由玻璃钢制作而成。

说明书

基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口

技术领域

[0001] 本发明涉及一种满足水下基站和水下机电设备之间的非接触式电能与信号传输需求的通用接口。技术背景

[0002] 海洋环境探测和海洋资源开发一直是热点问题，海底观测网的建设和水下机电设备的使用使得水下装置的设计开发蓬勃发展，水下机电设备为了长期的稳定运行，需要水下基站持续的电能供应，以及与水下基站之间的通信。然而由于水是电的导体，所以两设备接口处的电能与信号传输不宜采用裸露导体直接接触的方式，如湿插拔连接器，它价格昂贵、寿命短的特点限制了它的广泛应用。因此急需一种价格低廉、寿命长、使用方便的水下设备接口，来实现水下基站和水下机电设备之间的电能与信号传输。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，以满足水下基站和水下机电设备之间的电能与信号传输需求。

[0004] 本发明的基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，包括插座和插头；

[0005] 插座包括：由初级壳体和初级端盖构成的密封腔，初级壳体的端面为中心内凹的锥面，密封腔内具有与初级壳体同轴线的圆筒和初级线圈，初级线圈具有锥形中心孔，套在初级壳体内凹的锥面上，初级线圈的锥面与初级壳体的锥面相贴，圆筒的一端与初级壳体内凹的锥面端部固定，圆筒的另一端装置初级天线支座，圆筒内设有初级WIFI天线，初级WIFI天线固定在初级天线支座上，初级端盖上固定有初级水密接插件，初级水密接插件伸入腔体的一端连接初级WIFI天线和初级线圈，初级水密接插件的另一端与初级水密电缆相连，在初级壳体内凹的锥面上安装有数个永磁铁，初级壳体和初级端盖的接触面上设有O型密封圈；

[0006] 插头包括：由次级壳体和次级端盖构成的密封腔，次级壳体的端面为中心外凸的锥面，该外凸锥面与初级壳体的内凹锥面相吻合，密封腔内具有与次级壳体同轴线的圆筒和次级线圈，次级线圈呈锥形，套在圆筒上，次级线圈的锥面与次级壳体的锥面相贴，圆筒的一端与次级壳体外凸的锥面端部固定，圆筒的另一端装置次级天线支座，圆筒内设有次级WIFI天线，次级WIFI天线固定在次级天线支座上，次级端盖上固定有次级水密接插件，次级水密接插件伸入腔体的一端连接次级WIFI天线和次级线圈，次级水密接插件的另一端与次级水密电缆相连，在次级壳体外凸的锥面上安装有与插座中等数量的永磁铁，次级壳体和次级端盖的接触面上设有O型密封圈。

[0007] 上述的初级壳体、初级端盖、次级壳体和次级端盖通常以玻璃钢为材料制作而成，可使磁场顺利穿过。

[0008] 工作原理：接口工作时，插头和插座依靠安装于初级壳体内凹锥面和次级壳体外凸锥面上的永磁铁之间的吸力对接，两侧腔体锥面直接接触。水下基站提供直流电，经过初级处理电路逆变为高频交流电，经初级水密接插件送入插座内，初级线圈接受高频交流电，产生交变磁场，可穿透初级腔体到达插头内的次级线圈，在次级线圈中产生感应电动势，感应电动势通过次级水密接插件被传送至次级处理电路，经过次级处理电路整流后转变为稳定的直流电，供给水下机电设备使用。而基站发送的指令信号等电信号，经过初级处理电路的调制，再由插座侧的初级WIFI天线转变为电磁波信号发送出去，插头侧的次级WIFI天线接受到电磁波信号并转变为电信号，次级处理电路再将电信号解调并传送给机电设备；同时水下机电设备采集的数据，经过次级处理电路的调制，再由插头侧的次级WIFI天线转变为电磁波信号发送出去，插座侧的初级WIFI天线接受到电磁波信号并转变为电信号，初级处理电路再将电信号解调为数据并传送给水下基站。于是实现了从基站到设备的单向电能传输和基站与设备之间的WLAN信号双向传输。

[0009] 上述WIFI信号的传输可以采用802.11N标准。

[0010] 本发明的有益效果：

[0011] 本发明作为水下机电设备和水下基站的接口，通过电磁感应方式和WIFI技术，插座和插头的独立封装，可以实现水下电能与信号同时的非接触式传输。与传统的通过导体直接接触的湿插拔连接器相比，无需导体的直接接触和复杂的密封措施，较好地避免了漏水和漏电情况的发生，更好地保证了水下机电设备长期连续的稳定运行及其与水下基站之间正常的信息交互。且初级壳体和次级壳体对接处采用锥面设计，在两侧永磁铁的吸力下，插头和插座易于对接，能够保证轴线对齐，提高电能传输质量。本发明为水下基站和水下机电设备提供了一种价格低廉、寿命长、使用方便的水下设备接口，满足了海底观测网建设的需求。

附图说明

[0012] 图1是基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口示意图。

[0013] 图中：1-次级水密电缆，2-次级水密接插件，3-次级端盖，4-O型密封圈，5-次级壳体，6-次级天线支座，7-永磁铁，8-次级WIFI天线，9-次级线圈，10-永磁铁，11-初级壳体，12-初级线圈，13-初级WIFI天线，14-初级天线支座，15-O型密封圈，16-初级端盖，17-初级水密接插件，18-初级水密电缆。

[0014] 图2是基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口应用原理图。

具体实施方式

[0015] 以下结合附图进一步说明本发明：

[0016] 参照图1，本发明的基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口，包括插座和插头。

[0017] 插座包括：由初级壳体11和初级端盖16构成的密封腔，初级壳体11的端面为中心内凹的锥面，密封腔内具有与初级壳体同轴线的圆筒和初级线圈12，初级线圈12具有锥形中心孔，套在初级壳体11内凹的锥面上，初级线圈12的锥面与初级壳体11的锥面相贴，圆筒的一端与初级壳体11内凹的锥面端部固定，圆筒的另一端装置初级天线支座14，圆筒内设有初级WIFI天线13，初级WIFI天线13固定在初级天线支座14上，初级端盖16上固定有初级水密接插件17，初级水密接插件17伸入腔体的一端连接初级WIFI天线13和初级线圈12，初级水密接插件17的另一端与初级水密电缆18相连，在初级壳体11内凹的锥面上安装有数个永磁铁10，初级壳体11和初级端盖16的接触面上设有O型密封圈15；

[0018] 插头包括：由次级壳体5和次级端盖3构成的密封腔，次级壳体5的端面为中心外凸的锥面，该外凸锥面与初级壳体11的内凹锥面相吻合，密封腔内具有与次级壳体同轴线的圆筒和次级线圈9，次级线圈9呈锥形，套在圆筒上，次级线圈9的锥面与次级壳体5的锥面相贴，圆筒的一端与次级壳体5外凸的锥面端部固定，圆筒的另一端装置次级天线支座6，圆筒内设有次级WIFI天线8，次级WIFI天线8固定在次级天线支座6上，次级端盖3上固定有次级水密接插件2，次级水密接插件2伸入腔体的一端连接次级WIFI天线8和次级线圈9，次级水密接插件2的另一端与次级水密电缆1相连，在次级壳体5外凸的锥面上安装有与插座中等数量的永磁铁7，次级壳体5和次级端盖3的接触面上设有O型密封圈4。

[0019] 参照图2，本发明的基于感应式电能传输与WLAN信号传输的水下设备接口由图中的插头和插座部分组成，电路模块实现电能与信号的处理和变换的功能，包括初级处理电路和次级处理电路两部分，电路模块通过DSP+ARM平台实现和控制电能与信号的非接触式传输。

[0020] 初级处理电路主要包括全桥逆变器、全桥驱动器、DSP（TMS320F2812）、ARM（SC2401）和WLAN接口，次级处理电路主要包括整流器、稳压器、电压电流采样器、DSP（TMS320F2812）、ARM（SC2401）和WLAN接口。初级处理电路中，全桥逆变器将水下基站供给的直流电转换为高频交流电，再传送给插座，DSP控制全桥驱动器，而全桥驱动器驱动全桥逆变器工作。水下基站上的上位机发出的指令信号等电信号，经过ARM和WLAN接口，被调制并输入到插座中。而插座输出的电信号经过ARM和WLAN接口，被解调为数据信号送入上位机；次级处理电路中，整流器将次级线圈中产生的感应电动势转换为直流电，经过稳压器稳压，再供给水下机电设备的负载。水下机电设备上的以太网终端发出的数据信号，经过ARM和WLAN接口，被调制并输入到插头中。而插头输出的电信号经过ARM和WLAN接口，被解调为指令信号等电信号送入以太网终端。从而，电路模块辅助实现了从水下基站到水下机电设备的单向电能传输和水下基站与水下机电设备之间的WLAN信号双向传输。采样器采集次级线圈的电压和电流信息，经过DSP处理，然后通过信号传输电路传递给初级处理电路中DSP，以便于监视传输状态和实现闭环控制。