一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器制造技术

本发明专利技术公开了一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器，属于水下电连接器件技术领域，包括安装在水下电气设备上的插座和通过海缆连接到负载的插头，插座包括初级外壳、设置在初级外壳端部的初级线圈和沿初级外壳轴向移动的初级光学腔体，初级外壳内具有放置电路控制板的初级腔；插头包括次级外壳、设置在次级外壳端部的次级线圈和位于次级线圈的端部的次级光学腔体，次级光学腔体的端面与初级光学腔体相对的端面设有透光窗口，次级外壳内具有用于放置电路控制板的次级腔；次级外壳外活动套设有一导向套筒，插头与插座插接时，插座的初级线圈套入导向套筒内，次级线圈的前端插入初级线圈内，次级光学腔体与初级光学腔体端面的透光窗口相贴近。

A Non-contact Wet Plug-and-Drop Connector for Photoelectric Hybrid Two-way Communication

The invention discloses a non-contact wet plug connector for photoelectric hybrid bidirectional communication, which belongs to the technical field of underwater electrical connectors, including sockets installed on underwater electrical equipment and plugs connected to loads through submarine cables. The sockets include primary housing, primary coil at the end of primary housing, primary optical cavity moving along the axis of primary housing, and primary housing. The plug includes a secondary housing, a secondary coil at the end of the secondary housing and a secondary optical cavity at the end of the secondary coil. The end face of the secondary optical cavity is provided with a light transmission window opposite to the primary optical cavity, and the secondary housing has a secondary cavity for placing the circuit control board. When the guide sleeve is connected with the socket, the primary coil of the socket is inserted into the guide sleeve, and the front end of the secondary coil is inserted into the primary coil. The secondary optical cavity is close to the light transmission window of the end face of the primary optical cavity.

【技术实现步骤摘要】
一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器
本专利技术涉及水下电连接器件
，具体地说，涉及一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器。
技术介绍
海洋科学与海洋资源开发的迅速发展，促进了对海洋进行长期、大范围实时监测观测与探索的需求，对于大型的海底观测网，海洋施工是头号难题，采用整体式布放几乎不太可能完成，因此水下插拔连接器的使用成为关键，它可以将这些工程项目分割成数块，采用分块布放的方式进行海面布放，然后通过湿插拔连接器来完成系统连接，进而实现大型水下工程项目的远距离通信及电源输送。实现海底观测站与通信电缆、海洋传感器等设备之间可靠连接，也为海底观测信息网络系统的设备扩展与重组提供了有效的解决手段。水下湿插拔连接器主要有水下插拔电连接器、水下插拔光连接器、水下插拔光电混合连接器等。通常，水下湿插拔连接器由于要长期在水下工作，其插合与分解经常是在复杂的水下环境中完成的。尤其在大水深下，连接器的插合与分解过程不可能由潜水员人工完成，只能借助有缆遥控水下机器人ROV(遥控潜水器)，通过ROV上搭载的机械手来进行操作。现阶段通用的水下湿插拔连接器的基本原理如图1所示，连接器由插头(左)和插座(右)组成，插座固定在接驳盒(或水下基站)上，ROV或者潜水员将插头与插座插合，完成电能与信号传输，其插合过程如下：如图1(a)，首先插头与插座的端面贴合，两侧端面的密封由开口的橡胶环7和橡胶环8完成，插合时橡胶环7和橡胶环8相互挤压，隔离外界高压海水；如图1(b)，插头向插座内部沿轴向移动，插头、插座内部的密封体相对于锁口部位产生相对滑动，导致复位弹簧4和复位弹簧11压缩，压缩插头侧的弹簧1，使得插头侧的电极5在弹簧1的作用下穿过橡胶环7和橡胶环8的开口与插座侧电极12接触，形成信息或电能传输通道。最终完全插合时如图1(C)所示。图中2、6、9、10均为充油腔体。拆分过程正好与上述过程相反，首先电极脱离，回到压缩的橡胶环7和橡胶环8内，与外界隔离保护，然后两侧橡胶环脱离。腔体内部充满绝缘的液压油，以与外界高压海水压力平衡，耐腐蚀的金属波纹软管3可以适应液压油体积变化来进行体积补偿。此外，常用的湿插拔连接器有2芯、4芯、8芯、12芯等用来传输多路信号与电能。其多芯连接器操作方法与图1类似。现有的湿插拔连接器主要存在以下缺陷：(1)由于水是良导体，连接器在插合与脱开的过程是一个动密封的过程，容易发生击穿、漏电、短路等安全隐患；(2)为了能够电极顺利地通过开口橡胶，所以对准精度要求非常高，以防止给电极带来附加应力或者不能顺利形成导电通路，而深海环境下是通过ROV来进行操作的，对准比较困难；(3)所需要的插拔力较大，需要严格选择ROV的操作输出力；(4)易磨损，寿命有限，而且价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器，在插头与插座连接的过程中，无需复杂的密封结构，且对准要求较低，插拔力大大降低，插接完毕后可同时实现插头端与插座端的电能传输以及双向高速通信。为了实现上述目的，本专利技术提供的光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器包括安装在水下电气设备上的插座以及通过海缆连接到负载的插头，插座包括初级外壳、设置在初级外壳端部的初级线圈和可沿初级外壳的轴向移动的初级光学腔体，初级外壳内具有用于放置电路控制板的初级腔；插头包括次级外壳、设置在次级外壳端部的次级线圈和位于次级线圈的端部的次级光学腔体，次级光学腔体的端面与初级光学腔体相对的端面设置有透光窗口，次级外壳内具有用于放置电路控制板的次级腔；次级外壳外活动套设有一导向套筒，插头与插座插接时，插座的初级线圈套入导向套筒内，次级线圈的前端插入初级线圈内，次级光学腔体与初级光学腔体端面的透光窗口相贴近。上述技术方案中，通过两线圈耦合之后电磁感应的原理传输电能，通过无线光通信的原理进行信号双向传输。对插头和插座单独密封，密封结构可靠，绝缘效果好，在插接过程中无需复杂的动密封，避免了因密封失败漏水而发生的安全隐患。初级线圈和次级线圈内也可设置磁芯，减小漏磁，增强电能传输能力。两线圈之间存在周向间隙，其同轴圆柱形式的线圈允许任何径向方向的偏差，因此降低了对连接器上定位销或者其他径向定位技术的要求，使得操作简便，设计简单稳定。两线圈可物理分离，周向间隙允许海水或者其他小碎屑物的存在。同时，插头与插座的分离式结构降低了插拔力，而且不需要周向定位，降低了ROV操作难度。通过初级光学腔体和次级光学腔体来实现插座端和插头端的无线光通信，该信号传输方式带宽大，速率高，可以实现图片、音频、视频等信号的高速传输。整个装置体积小，重量轻，结构简单，操作方便，大大降低了制造成本。为了实现插座端与插头端的双向通信，作为优选，初级光学腔体和次级光学腔体内镜像设置有光源、对光源发出的光束进行准直的第一球透镜、改变光束方向的反射镜、用于反射出射光并透射入射光的分束器、对入射光进行聚焦的第二球透镜以及用于将入射光的光信号转换为电信号的光电二极管。当接驳盒需要向负载传输信号时，光源发出的光经第一球透镜准直，聚焦以后反射镜改变其方向，在初级分束器的反射作用下依次经过初级光学腔体和次级光学腔体的透光端面，经次级分束器的透射，再经第二球透镜聚焦，光电二极管接收到光信号将其转变为电信号，再经后续处理电路传递给负载。当负载需要传递信号给接驳盒时，与上述传输过程相同。由于初级线圈的低阻抗、低电感特性，如果插座与插头未插合而线圈连接到电源，将导致很大的回路电流造成功率损耗或者直接导致电源短路。为了防止这种情况发生，作为优选，插头和插座之间设有插入检测器，插入检测器包括设置在初级线圈远离插头的端部的霍尔传感器和设置在次级线圈靠近插座的端部的永磁体。使用霍尔传感器与永磁体组成插入检测器，当插头未插入时，插入检测器禁用电能传输电路，从而节约电能并防止功率逆变器过载，当插头插入时，霍尔传感器与永磁体对齐，从而激活电能传输电路，系统正常工作。作为优选，初级外壳在连接初级线圈的一端设有密封套入初级腔的初级线圈支架，初级线圈支架内设有与次级线圈外形相适应的通道，初级光学腔体活动安装在通道内。利用通道使插头插入时，初级光学腔体与次级光学腔体的端面相接触，实现光信号传播。为使初级光学腔体与次级光学腔体的端面之间的距离最小，减小光信号传输过程中的损耗，作为优选，通道的底部设有与初级光学腔体相连的复位弹簧。作为优选，初级腔、次级腔、初级光学腔体以及次级光学腔体内均填充有液压油。其中，初级腔和次级腔内填充液压油的目的为形成压力平衡油腔，当外界海水压强变化时，导致腔体内绝缘油的压力也随之变化，从而使得腔体内外压力平衡，简化了压力容器的设计。初级光学腔体和次级光学腔体内填充液压油的目的为适应水下高压的工作环境，初级光学腔体和次级光学腔体内同时采用透明的环氧树脂胶进行灌封，在设计光路之时需要考虑其折射率。初级光学腔体和次级光学腔体的端面可设置透明窗口，但需要耐腐蚀并且防止浮游生物附着在其上。初级线圈通过环氧树脂胶灌封在初级线圈支架上，次级线圈次级外壳上。为了进一步平衡油腔压力，补偿体积变化，作为优选，初级外壳的端部设有连通初级腔的初级聚合物软管；次级外壳的端部设有连通次级腔的次级聚合物软管。为防止接头在使用过程中松本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器，包括安装在水下电气设备上的插座以及通过海缆连接到负载的插头，其特征在于：所述插座包括初级外壳、设置在所述初级外壳端部的初级线圈和可沿所述初级外壳的轴向移动的初级光学腔体，所述初级外壳内具有用于放置电路控制板的初级腔；所述插头包括次级外壳、设置在所述次级外壳端部的次级线圈和位于所述次级线圈的端部的次级光学腔体，所述次级光学腔体的端面与所述初级光学腔体相对的端面设置有透光窗口，所述次级外壳内具有用于放置电路控制板的次级腔；所述次级外壳外活动套设有一导向套筒，所述插头与插座插接时，插座的初级线圈套入所述导向套筒内，次级线圈的前端插入所述初级线圈内，所述次级光学腔体与所述初级光学腔体端面的透光窗口相贴近。

【技术特征摘要】
1.一种光电混合双向通信的非接触式湿插拔连接器，包括安装在水下电气设备上的插座以及通过海缆连接到负载的插头，其特征在于：所述插座包括初级外壳、设置在所述初级外壳端部的初级线圈和可沿所述初级外壳的轴向移动的初级光学腔体，所述初级外壳内具有用于放置电路控制板的初级腔；所述插头包括次级外壳、设置在所述次级外壳端部的次级线圈和位于所述次级线圈的端部的次级光学腔体，所述次级光学腔体的端面与所述初级光学腔体相对的端面设置有透光窗口，所述次级外壳内具有用于放置电路控制板的次级腔；所述次级外壳外活动套设有一导向套筒，所述插头与插座插接时，插座的初级线圈套入所述导向套筒内，次级线圈的前端插入所述初级线圈内，所述次级光学腔体与所述初级光学腔体端面的透光窗口相贴近。2.根据权利要求1所述的非接触式湿插拔连接器，其特征在于：所述的初级光学腔体和所述的次级光学腔体内镜像设置有光源、对所述光源发出的光束进行准直的第一球透镜、改变光束方向的反射镜、用于反射出射光并透射入射光的分束器、对入射光进行聚焦的第二球透镜以及用于将入射光的光信号转换为电信号的光电二极管。3.根据权利要求1所述的非接触式湿插拔连接器，其特征在于：所述的插头和所述的插座之间设有插入检测器，所述插入检测器包括设置在所述初级线圈远离所述插头的端部的霍尔传感器和设置在所述次级线圈靠近所述插座的端部的永磁体。4.根据权利要求1所述的非接触式湿插拔连接器，其特征在于：所述的初级外壳在连接所述初级线圈的一端设有密封套入所述初级腔的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，康杰，陈燕虎，王天磊，张锋，张志峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33