水下機器人補償器位移檢測傳感器及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水下機器人補償器位移檢測技術(shù)，具體地說是利用霍爾元件、可 調(diào)電位器及永磁鐵磁環(huán)等實現(xiàn)水下機器人液壓系統(tǒng)油補償器位移檢測的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下機器人的水下部分包括中繼器和潛水器，當其在深海工作時所受海水壓強較 大，各個閥箱、電機箱設(shè)計時采用內(nèi)部充油方式可使其內(nèi)外壓保持平衡，從而在水密外殼設(shè) 計中可以按薄壁設(shè)計，選擇耐壓性較低抗腐蝕材料，可以減輕水下潛器的重量。補償器可以 實時保證閥箱內(nèi)油量充足以保證內(nèi)外壓平衡，并通過補償器內(nèi)部彈簧的作用使設(shè)備內(nèi)壓略 高于外部水壓，這樣可以防止閥箱滲水以及為液壓回路中可能存在的滲漏提供補充。所以 為了系統(tǒng)能夠正常工作，對補償器內(nèi)液壓油的余量進行實時監(jiān)測顯得尤為重要。陸地上常 規(guī)的檢測方法由于不能防水和耐壓在水下無法使用，因此必須設(shè)計一套結(jié)構(gòu)簡單的，非接 觸式的水下位置檢測傳感器來檢測補償器的油位。一些傳統(tǒng)的水下機器人補償器未采用線 性檢測裝置，只是在油即耗盡時，產(chǎn)生一個觸點信號，不能夠在水下實時發(fā)現(xiàn)油位的減少， 如果液壓系統(tǒng)漏油較為嚴重時，無法及時得到準確信息，當液壓油耗盡時，就會把海水吸進 液壓管路，這對于深海工作機器人來說是相當危險的事故，海水會對高精度的伺服閥組，電 機泵組等器件造成腐蝕，如果發(fā)現(xiàn)不及時甚至會導致這些器件報廢，造成較大的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種應用于水下機器人， 結(jié)構(gòu)簡單、檢測可靠的補償器位移檢測裝置，通過該裝置可準確判斷出補償器中的液壓油 液位。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：水下機器人補償器位移檢測傳感 器，包括：活塞、活動支架和固定支架、水密插座、不銹鋼筒及其內(nèi)部設(shè)置的電路板；活塞的 一端固定于補償器內(nèi)活動端蓋上，另一端固定有活動支架；不銹鋼筒一端與補償器殼體上 設(shè)置的固定支架固定連接，另一端套置于活動支架內(nèi)；電路板通過不銹鋼筒末端的水密插 座與上位機連接。
[0005] 所述不銹鋼筒為一端開口并帶有法蘭固定座的中空結(jié)構(gòu)，其開口端與水密插座固 定連接；開口端外表面車有螺紋，與固定支架螺紋連接。
[0006] 所述活塞與不銹鋼筒沿軸向平行。
[0007] 所述活動支架為帶有兩個圓孔的不銹鋼板，第一圓孔用于與活塞螺栓連接，第二 圓孔用于套置不銹鋼筒且直徑大于不銹鋼筒直徑。
[0008] 所述活動支架第二圓孔周圍固定有磁環(huán)，磁環(huán)直徑與第二圓孔直徑相等。
[0009] 所述電路板設(shè)有檢測電路，包括多個并聯(lián)的霍爾元件；相鄰的霍爾元件的信號端 之間連有可調(diào)電位器，每個可調(diào)電位器的調(diào)節(jié)端與其對應的霍爾元件信號輸出端連接；每 個霍爾元件的電源正極、地端與外部電源正、負極連接；可調(diào)電位器串聯(lián)后一端接地，另一 端作為檢測電路的輸出端通過上拉電阻Rp與外部電源正極連接，還通過水密插座與上位 機連接，。
[0010] 所述并聯(lián)的霍爾元件沿不銹鋼筒的軸向依次排列。
[0011] 水下機器人補償器位移檢測方法，包括以下步驟：
[0012] 根據(jù)檢測電壓范圍及其分辨率標定可調(diào)電位器阻值；
[0013] 當補償器的活動端蓋移動時，帶動活塞以及活動支架上的磁環(huán)移動，不銹鋼筒內(nèi) 處于磁環(huán)磁場范圍內(nèi)的某個霍爾元件的信號端與電源地端導通，檢測電路輸出檢測電壓至 上位機，上位機根據(jù)該電壓得到相應的補償器位移。
[0014] 所述根據(jù)檢測電壓范圍及其分辨率標定可調(diào)電位器阻值根據(jù)以下公式得到；
[0015]
【主權(quán)項】
1. 水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于包括：活塞（3)、活動支架（4)和固 定支架（5)、水密插座（1)、不銹鋼筒（2)及其內(nèi)部設(shè)置的電路板；活塞（3)的一端固定于補 償器內(nèi)活動端蓋上，另一端固定有活動支架（4);不銹鋼筒（2)-端與補償器殼體（7)上設(shè) 置的固定支架（5)固定連接，另一端套置于活動支架（4)內(nèi)；電路板通過不銹鋼筒（2)末端 的水密插座（1)與上位機連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述不銹 鋼筒（2 )為一端開口并帶有法蘭固定座的中空結(jié)構(gòu)，其開口端與水密插座（1)固定連接；開 口端外表面車有螺紋，與固定支架（5)螺紋連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述活塞 (3)與不銹鋼筒（2)沿軸向平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述活動 支架（4)為帶有兩個圓孔的不銹鋼板，第一圓孔用于與活塞（3)螺栓連接，第二圓孔用于套 置不銹鋼筒（2)且直徑大于不銹鋼筒（2)直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述活動 支架（4)第二圓孔周圍固定有磁環(huán)（6)，磁環(huán)（6)直徑與第二圓孔直徑相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述電路 板設(shè)有檢測電路，包括多個并聯(lián)的霍爾元件；相鄰的霍爾元件的信號端之間連有可調(diào)電位 器，每個可調(diào)電位器的調(diào)節(jié)端與其對應的霍爾元件信號輸出端連接；每個霍爾元件的電源 正極、地端與外部電源正、負極連接；可調(diào)電位器串聯(lián)后一端接地，另一端作為檢測電路的 輸出端通過上拉電阻Rp與外部電源正極連接，還通過水密插座（1)與上位機連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機器人補償器位移檢測傳感器，其特征在于：所述并聯(lián) 的霍爾元件沿不銹鋼筒（2)的軸向依次排列。
8. 水下機器人補償器位移檢測方法，其特征在于包括以下步驟： 根據(jù)檢測電壓范圍及其分辨率標定可調(diào)電位器阻值； 當補償器的活動端蓋移動時，帶動活塞（3)以及活動支架（4)上的磁環(huán)（5)移動，不銹 鋼筒（2)內(nèi)處于磁環(huán)（5)磁場范圍內(nèi)的某個霍爾元件的信號端與電源地端導通，檢測電路 輸出檢測電壓至上位機，上位機根據(jù)該電壓得到相應的補償器位移。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水下機器人補償器位移檢測方法，其特征在于：所述根據(jù)檢 測電壓范圍及其分辨率標定可調(diào)電位器阻值根據(jù)以下公式得到；
其中，Rn為可調(diào)電位器阻值，Rp為上拉電阻阻值，η為可調(diào)電位器個數(shù)，U為傳感器工 作電壓，f為檢測信號分辨率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及水下機器人補償器位移檢測傳感器，包括活塞、活動支架和固定支架、水密插座、不銹鋼筒及其內(nèi)部設(shè)置的電路板；活塞的一端固定于補償器內(nèi)活動端蓋上，另一端固定有活動支架；不銹鋼筒一端與補償器殼體上設(shè)置的固定支架固定連接，另一端套置于活動支架內(nèi)；電路板通過不銹鋼筒末端的水密插座與上位機連接。其方法為標定可調(diào)電位器阻值；當補償器的活動端蓋移動時，帶動活塞以及活動支架上的磁環(huán)移動，不銹鋼筒內(nèi)處于磁環(huán)磁場范圍內(nèi)的某個霍爾元件的信號端與電源地端導通，檢測電路輸出檢測電壓至上位機，上位機根據(jù)該電壓得到相應的補償器位移。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，擴展性強，可靠性高，適合于各種水下設(shè)備的油補償器位移或油量檢測。
【IPC分類】G01F23-30
【公開號】CN104677466
【申請?zhí)枴緾N201310616490
【發(fā)明人】楊鳴宇, 趙洋, 李智剛, 孫斌, 劉曙光
【申請人】中國科學院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月27日