一种旋转式水下传感器自动更换装置的制作方法

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1.本发明属于水下设备技术领域，具体涉及一种旋转式水下传感器自动更换装置。


背景技术：

2.水下传感器广泛应用于海洋，水产，供水，污水等领域，可以给用户提供水质参数、温度、压力等信息。现有技术的水下传感器，在水下应用时，需要定期维护，才能维持其测量精度。同时，自然水环境下生物附着严重，严重影响传感器性能，而传感器维护和生物附着清理，需要耗费大量的人力，物力与财力，特别是在传感器大规模安装的情况下。而且，对于布置于远海的传感器，维护或清理，会受到恶劣天气的影响。
3.目前，水下传感器的免维护技术，主要集中在提高传感器稳定性的研究上，通过传感技术的提升等方法，延长水下传感器的维护周期。但是此类方法研发成本高，并且对于某些检测参数，技术开发难度大，周期长。目前，水下传感器防附着的技术，主要有防附着涂料、材料的使用，以及消毒技术、紫外光技术等，此外，采用刷子直接物理擦拭也是较为常用的方法。这些技术不仅存在很多应用局限，而且不能达到很好的防附着效果。第一，防附着涂料材料往往会带来一定的毒性，影响海洋生态，离子释放也会影响测量准确度。第二，传感器探头的加工与防附着涂料或材料很难兼容，防附着效果受到很大限制。第三，消毒与紫外光技术同样存在影响传感器测量准确度的问题。第四，物理擦拭方法可能损坏传感器探头。本发明提供了一种旋转式水下传感器自动更换装置，其可携带多个水下传感器，并可在传感器性能降低时，对传感器进行水下自动更新替换，无需人工参与，免除传感器的定期维护，同时克服生物附着的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于需求一种旋转式水下传感器自动更换装置，解决了现有水下传感器需要定期维护，易受生物附着影响的问题。
5.本发明涉及的一种旋转式水下传感器自动更换装置，包括密封舱体、传感器、旋转制动装置、信号与控制主板、转动连接结构和凸轮；旋转制动装置、信号与控制主板、转动连接结构和凸轮均置于密封舱体内，凸轮与密封舱体同轴心设置，凸轮固定安装在转动连接结构上，凸轮上设有一凸起推动部，旋转制动装置本体固定在密封舱体内，旋转制动装置的输出轴与转动连接结构连接，转动连接结构与凸轮连接，转动连接结构与凸轮相对于密封舱体旋转，在密封舱体壁上开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器腔等间隔环形排布，与传感器腔一一对应的传感器密封插入传感器腔内，随着凸轮的转动，凸起推动部与其中一传感器底部的传感器推动部配合，传感器前端探测部推出传感器腔，传感器和旋转制动装置均与信号与控制主板连接。
6.具体地，旋转制动装置本体固定在固定法兰上，固定法兰与密封舱体同轴心设置，固定法兰固定在密封舱体内将密封舱体内腔分为上下两个部分，固定法兰中部开设安装孔，转动连接结构插入安装孔与固定法兰转动连接，凸轮固定安装在转动连接结构上表面，
旋转制动装置的输出轴固定在转动连接结构下方，旋转制动装置的输出轴通过转动连接结构与凸轮连接。
7.所述连接结构包括第一转动连接结构、第二转动连接结构，固定法兰中部开设安装孔，第二转动连接结构插入安装孔与固定法兰转动连接，凸轮固定安装在第二转动连接结构上表面，第一转动连接结构固定安装在第二转动连接结构下表面，旋转电机输出轴固定在第一转动连接结构上。
8.作为一种实现方式，密封舱体包括密封舱上盖、第一密封舱外壳、固定法兰、第二密封舱外壳和密封舱底盖，密封舱底盖、第二密封舱外壳、固定法兰、第一密封舱外壳和密封舱上盖从下向上依次同轴心固定安装形成密封舱体，绕第一密封舱外壳圆形内壁等间隔开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器插入传感器腔内，凸轮置于传感器腔所围成的圆面上，凸起推动部固定在凸轮圆周上，与传感器推动部对应。
9.作为另一种实现方式，密封舱体包括密封舱上盖、第一密封舱外壳、固定法兰、第二密封舱外壳和密封舱底盖，密封舱底盖、第二密封舱外壳、固定法兰、第一密封舱外壳和密封舱上盖从下向上依次同轴心固定安装形成密封舱体，在密封舱上盖上环形等间隔开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器插入传感器腔内，凸轮置于传感器腔所围成的圆面下部，凸起推动部固定在凸轮上表面且处于传感器所在圆的正下方，与传感器推动部对应。
10.本发明涉及的传感器包括传感器底座、密封圈、传感器敏感探头和传感器推动部，在传感器底座前端设有容置腔，传感器敏感探头固定在容置腔内，在传感器底座侧壁上开设密封圈凹槽，密封圈嵌入密封圈凹槽内，传感器底部设置传感器推动部，传感器推动部与凸轮上的凸起推动部相对应，凸起推动部推动传感器推动部，传感器敏感探头从传感器腔内移出，置于传感器敏感探头后侧的密封圈抵靠在传感器腔内壁上，传感器敏感探头与信号与控制主板连接，信号与控制主板控制任一传感器的开启和关闭。
11.进一步地，密封圈包括前密封圈和后密封圈，传感器敏感探头前后两侧的传感器底座上分别开设前密封圈凹槽和后密封圈凹槽，前密封圈和后密封圈分别嵌入前密封圈凹槽和后密封圈凹槽内，传感器敏感探头在传感器腔内时，前密封圈和后密封圈均抵靠在传感器腔内壁上，传感器敏感探头推出传感器腔外时，前密封圈露出传感器腔，后密封圈抵靠在传感器腔内壁上。
12.作为一种实现方式，凸轮推动部为一弧形凸起，传感器推动部包括滚轮和滚轮轴，在传感器底座后端开设凹槽，凹槽两侧形成固定板，滚轮内嵌于凹槽内且通过滚轮轴固定在两侧的固定板上，凸轮边缘插入凹槽内将传感器固定在凸轮上，随着凸轮的转动，凸轮上的凸起推动部推动滚轮，进而将传感器前端顶出传感器腔内。
13.进一步地，传感器还包括导电接口和导线通孔，在固定板上开设导线通孔，导线一端与传感器敏感探头底部的导电接口连接，导线另一端依次穿过导线通孔以及固定法兰上的通孔与信号与控制主板连接。
14.进一步地，传感器还包括后端凸起，在固定板自由端向外延伸形成后端凸起，防止传感器从传感器腔前端脱离。
15.作为另一种实现方式，传感器推动部为一弧形凸起，凸轮推动部包括滚轮和滚轮轴，在凸轮推动部中部开设一凹槽，凹槽两侧形成固定板，滚轮内嵌于凹槽内且通过滚轮轴固定在两侧的固定板上，滚轮能够绕滚轮轴转动。
16.作为再一种实现方式，传感器推动部为一光滑的弧形凸起，凸轮推动部也为一光滑的弧形凸起。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.(1)当传感器出现性能下降、达到使用寿命、或受到生物附着性能降低时，自动更换，保证传感器的测量准确度与精确度，免除传感器定期人工维护与清理；
19.(2)结构简单，实用性强，实现水下传感器在自然水环境下的长期原位监测；
20.(3)与传感器兼容性强，适用于所有水下传感器；
21.(4)传感器更换不会损伤传感器探头，不会影响传感器的测量准确性，不存在生态污染问题，报废的传感器仍然固定在装置上，可实现回收利用。
附图说明
22.图1为实施例1涉及的旋转式水下传感器自动更换装置结构示意图。
23.图2为图1的aa剖面图。
24.图3为密封舱体内部结构示意图。
25.图4为图3的俯视图。
26.图5为实施例1涉及的传感器结构示意图。
27.图6为实施例1涉及的传感器工作状态示意图。
28.图7为实施例1涉及的固定法兰结构图。
29.图8为实施例1涉及的凸起结构图。
30.图9为实施例2涉及的旋转式水下传感器自动更换装置待机状态结构示意图。
31.图10为实施例2涉及的旋转式水下传感器自动更换装置待机状态内部部分结构示意图。
32.图11为实施例2涉及的旋转式水下传感器自动更换装置工作状态结构示意图。
33.图12为实施例2涉及的旋转式水下传感器自动更换装置工作状态内部部分结构示意图。
具体实施方式：
34.以下通过实施例并结合附图对本发明进行进一步说明。
35.实施例1
36.如图1-4所示，本实施例涉及的一种旋转式水下传感器自动更换装置，包括密封舱体、传感器6、旋转电机7、信号与控制主板(图中未画出)、第一转动连接结构12、第二转动连接结构13和凸轮14；传感器6、旋转电机7、信号与控制主板、第一转动连接结构12、第二转动连接结构13和凸轮14置于密封舱体内，凸轮14和固定法兰3均与密封舱体同轴心设置，固定法兰3固定在密封舱体内将密封舱体内腔分为上下两个部分，固定法兰3中部开设安装孔，第二转动连接结构13插入安装孔与固定法兰3转动连接，凸轮14固定安装在第二转动连接结构13上表面，凸轮14上设有一凸起推动部15，第一转动连接结构12固定安装在第二转动连接结构13下表面，旋转电机7输出轴固定在第一转动连接结构12上，旋转电机7本体固定在固定法兰上，旋转电机7输出轴依次带动第一转动连接结构12、第二转动连接结构13和凸轮14转动，在密封舱体壁上开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器腔等间隔环形排布，与
传感器腔一一对应的传感器密封插入传感器腔内(待机位置)，随着凸轮14的转动，凸轮14上的凸起推动部15与传感器底部的传感器推动部配合，传感器前端探测部推出传感器腔(工作位置)，所有的传感器和旋转电机17均与信号与控制主板连接，由信号与控制主板控制其工作。当工作传感器性能出现异常，或者工作传感器到达使用寿命，信号与控制主板控制旋转电机17工作，进而依次带动第一转动连接结构12、第二转动连接结构13和凸轮14转动，凸轮14上的凸起推动部15将工作传感器旁边的传感器从待机位置推入工作位置，信号与控制主板关闭前一传感器，开启后一传感器。
37.本实施例涉及的密封舱体包括密封舱上盖1、第一密封舱外壳2、固定法兰3、第二密封舱外壳4和密封舱底盖5，密封舱底盖5、第二密封舱外壳4、固定法兰3、第一密封舱外壳2和密封舱上盖1从下向上依次同轴心固定安装形成密封舱体，绕第一密封舱外壳2圆形内壁等间隔开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器插入传感器腔内，凸轮14置于传感器腔所围成的圆面上，凸起推动部15固定在凸轮14圆周上，与传感器推动部对应。
38.优选地，固定法兰3和凸轮1均为圆盘状，且在固定法兰3和凸轮1开设若干通孔，减轻装置重量的同时方便导线穿过，从固定法兰上部空腔到达固定法兰下部空腔。
39.如图5所示，本实施例涉及的传感器包括传感器底座、密封圈、传感器敏感探头603和传感器推动部，在传感器底座前端设有容置腔，传感器敏感探头603固定在容置腔内，在传感器底座侧壁上开设密封圈凹槽，密封圈嵌入密封圈凹槽内，传感器底部设置传感器推动部，传感器推动部与凸轮14上的凸起推动部15相对应，凸起推动部15推动传感器推动部，传感器敏感探头603从传感器腔内移出，置于传感器敏感探头603后侧的密封圈抵靠在传感器腔内壁上，保证水密性，传感器敏感探头603通过导线与信号与控制主板连接，信号与控制主板控制任一传感器的开启和关闭，传感器工作，传感器检测信号发送到信号与控制主板。
40.优选地，密封圈包括前密封圈601和后密封圈602，传感器敏感探头603前后两侧的传感器底座上分别开设前密封圈凹槽和后密封圈凹槽，前密封圈601和后密封圈602分别嵌入前密封圈凹槽和后密封圈凹槽内，传感器敏感探头603在传感器腔内时，前密封圈601和后密封圈602均抵靠在传感器腔内壁上，传感器敏感探头603推出传感器腔外时，前密封圈露出传感器腔，后密封圈602抵靠在传感器腔内壁上。
41.作为一种实现方式，凸轮推动部为一弧形凸起，传感器推动部包括滚轮604和滚轮轴605，在传感器底座后端开设凹槽，凹槽两侧形成固定板610，滚轮604内嵌于凹槽内且通过滚轮轴605固定在两侧的固定板610上，随着凸轮14的转动，凸轮14上的凸起推动部15推动滚轮604，进而将传感器前端顶出传感器腔内。
42.传感器还包括导电接口607和导线通孔608，在固定板610上开设导线通孔608，导线一端与传感器敏感探头底部的导电接口607连接，导线另一端依次穿过导线通孔608以及固定法兰上的通孔与信号与控制主板连接。
43.进一步地，传感器还包括后端凸起609，在固定板610自由端向外延伸形成后端凸起609，避免传感器脱离装置，掉入水中。
44.具体地，根据实际需要设计相邻传感器之间的间隔以满足对传感器的数量需求，传感器的数量与传感器之间的间隔以及传感器腔围成圆的大小相关。传感器的数量为n，则相邻传感器之间的夹角为360
°
/(n 1)。如图4所示，沿凸轮转动方向(以逆时针为例)，以靠
近凸起推动部15为起点，将传感器分别命名为第一传感器(6-1)，第二传感器(6-2)，
……
，第n传感器(6-n)。待机时，第一传感器前表面606与传感器腔前端部边缘平齐，凸轮凸起处于第一传感器和第n传感器之间，凸轮转动360
°
/(n 1)，凸轮凸起与第一传感器的滚轮接触，向前推动第一传感器，前密封圈离开传感器腔，后密封圈依然留在传感器腔，防止水进入密封腔体内，第一传感器的敏感探头会接触待测水体，信号与控制主板开启第一传感器，第一传感器为工作传感器，对水体进行测量，其余传感器为备用传感器。当第一传感器达到使用寿命，或者性能出现降低，信号与控制主板会控制旋转电机继续旋转360
°
/(n 1)，凸轮凸起与第二传感器的滚轮接触，第二传感器敏感探头被推出传感器腔，信号与控制主板关闭第一传感器，信号与控制主板开启第二传感器，第二传感器作为新的工作传感器，此时第一传感器继续停留在原有位置，即传感器上边缘突出外壳，前密封圈离开传感器腔的孔洞，后密封圈依然留在传感器腔的孔洞内，防止水进入密封腔内。以此类推，待最后一个传感器寿命结束，此装置的整体寿命也结束。
45.具体地，旋转电机7固定在电机固定板8上，电机固定板8通过电机支架9固定在固定法兰3上。
46.本实施例涉及的第二转动连接结构13插入安装孔与固定法兰3转动连接，具体为：圆盘状固定法兰3中部开设安装孔，安装孔内开设轴承安装槽，通过轴承盖10将轴承11固定在轴承安装槽内，第二转动连接结构13插入安装孔通过轴承11与固定法兰3转动连接。
47.本实施例涉及的凸轮14固定安装在第二转动连接结构13上表面，具体为：凸轮14下表面紧贴第二转动连接结构13上表面，通过螺钉将凸轮14固定在第二转动连接结构13上表面。
48.实施例2
49.本实施例除以下部分，其他均与实施例1相同。
50.密封舱体包括密封舱上盖1、第一密封舱外壳2、固定法兰3、第二密封舱外壳4和密封舱底盖5，密封舱底盖5、第二密封舱外壳4、固定法兰3、第一密封舱外壳2和密封舱上盖1从下向上依次同轴心固定安装形成密封舱体，在密封舱上盖1上环形等间隔开设若干个内外贯通的传感器腔，传感器插入传感器腔内，凸轮14置于传感器腔所围成的圆面下部，凸起推动部15固定在凸轮14上表面且处于传感器所在圆的正下方，与传感器推动部对应。
51.实施例3
52.本实施例除以下部分，其他均与实施例1相同。
53.传感器推动部为一弧形凸起，凸轮推动部包括滚轮和滚轮轴，在凸轮推动部中部开设一凹槽，凹槽两侧形成固定板，滚轮内嵌于凹槽内且通过滚轮轴固定在两侧的固定板上，滚轮能够绕滚轮轴转动。
54.实施例4
55.本实施例除以下部分，其他均与实施例1相同。
56.传感器推动部为一光滑的弧形凸起，凸轮推动部也为一光滑的弧形凸起，传感器推动部与凸轮推动部接触能够产生滑动摩擦。