姜玲 劉榮浪

前言

人類越來越重視對(duì)海洋考察和開發(fā)，水下航行器得到廣泛的應(yīng)用。海洋環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，容易造成水下機(jī)器人故障，甚至丟失造成巨大的損失，所以水下航行器的安全問題十分重要。為了能夠指示其在水面的位置以及安全狀態(tài)，一般水下航行器都裝有指示裝置。指示裝置要求保證耐壓強(qiáng)度的同時(shí)外殼必須為透光材料。大多數(shù)水下燈外殼均采用半透明式，即燈罩為透明的，底座為金屬或其他材料?，F(xiàn)已有的指示燈有的外殼為半圓柱形，底座體積大，有的燈外殼為近似半球形，透光部分占整個(gè)裝置體積較小，這些水下燈都限制了燈光的照明范圍，且非照明體積過大?，F(xiàn)有指示啟動(dòng)裝置僅涉及指示部分的啟動(dòng)，未說明如何將其應(yīng)用于燈的控制中。此外，現(xiàn)有的水下燈的變化形式局限在單色、彩色和變色等。智能是水下航行器的標(biāo)志，而指示裝置也是體現(xiàn)其智能的一種形式。小型水下航行器體積小，不適合安裝較大體積的指示燈，因其不便于安裝，同時(shí)也影響美觀，水下航行器要求指示燈可靈活安裝，例如以升降的形式，故需要指示燈的重量輕。

本文提供一個(gè)體積小，重量輕，外形美觀，可指示多種安全狀態(tài)同時(shí)又可以解決散熱問題的大范圍透光的指示燈，并將指示燈與紅外接收三極管結(jié)合到一起，集紅外遙控啟動(dòng)與安全指示為一體。

1、設(shè)計(jì)方案

由于內(nèi)部指示電路以及紅外接收三極管均要求裝置外殼透光，故可以采用玻璃或有機(jī)玻璃等透明材料，小型水下航行器要求指示燈的體積小，同時(shí)期望指示燈安裝靈活，與有機(jī)玻璃相比同等耐壓程度的玻璃體積大、重量大，而且玻璃不易加工，而有機(jī)玻璃易被腐蝕，不適合應(yīng)用于海洋環(huán)境，綜合考慮以上因素，選用以聚碳酸酯為材料的套管作為裝置的外殼，套管形式大大增加了透光面積，兩側(cè)堵頭輔助密封的結(jié)構(gòu)又在很大程度上減小了不發(fā)光面積的比例。為實(shí)現(xiàn)指示燈的安全指示多樣性同時(shí)與紅外接收三極管結(jié)合，故內(nèi)部電路中包含三部分，較遠(yuǎn)處啟用的汽車室內(nèi)閱讀燈指示電路，而在近處NEC閃光實(shí)時(shí)指示多種安全狀態(tài)電路。由于要保證水密性，將有機(jī)玻璃管與兩側(cè)堵頭形成密閉裝置外殼，由于海水具有腐蝕性，故兩側(cè)堵頭選用鈦合金材料。為克服指示裝置中由于密閉而散熱困難，內(nèi)部電路中主要發(fā)熱元器件主要芯片與電路板之間置有散熱硅膠片，此外，左堵頭向管內(nèi)側(cè)加工成條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大吸熱面積，同時(shí)向管外側(cè)亦加工有條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大散熱面積，由此提高散熱性能。

本裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

a.集遠(yuǎn)處指示位置的高亮電路、近處指示多種安全狀態(tài)的NEC閃光實(shí)時(shí)指示電路和紅外遙控啟動(dòng)裝置于一體，外形美觀、功能多樣、實(shí)用性強(qiáng)。

b.采用透明的以聚碳酸酯為材料的套管作為裝置外殼，體積小，質(zhì)量輕，易加工，耐腐蝕，透光度好，外形美觀，便于安裝。

c.主要散熱元器件及芯片與電路板之間置有散熱硅膠片，此外，堵頭向管內(nèi)側(cè)加工成條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大吸熱面積，同時(shí)向管外側(cè)亦加工有條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大散熱面積，由此提高散熱性能，延長指示燈的使用壽命。

d.內(nèi)部電路包括高亮的汽車室內(nèi)閱讀燈和NEC閃光LED板，較遠(yuǎn)處可使用高亮的汽車室內(nèi)閱讀燈指示位置，近處可采用NEC閃光LED板指示各種安全狀態(tài)，內(nèi)部電路中高亮的汽車室內(nèi)閱讀燈與紅外接收三極管為雙面安裝，增強(qiáng)了指示裝置的亮度。

2、實(shí)施方式

如圖1所示，圖中1.裝置外殼，2.內(nèi)部電路板，3.右堵頭，4.橡膠密封圈，5.緊固螺釘，6.左堵頭，7.灌膠硫化線纜區(qū)，8.緊固螺栓，9.線纜通路，10.紅外接收三極管，11.汽車室內(nèi)閱讀燈，12.NEC閃光LED板。本設(shè)計(jì)包括內(nèi)部電路板2，通過緊固螺栓固定在右堵頭的突出安裝部位，并將其整體插入裝置外殼1中，用左堵頭6堵住左側(cè)，包括橡膠密封圈4，使此裝置形成密閉的整體，其中，由內(nèi)部電路2引出的線纜穿過線纜通路9與外界相連，同時(shí)在灌膠硫化線纜區(qū)7進(jìn)行灌膠硫化使整體水密。

圖1 裝配結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 零件2的正視示意圖

內(nèi)部電路包括高亮的汽車室內(nèi)閱讀燈11、NEC閃光LED板12以及紅外接收三極管10，圖2為零件2的正視圖。并聯(lián)的紅外接收三極管10的接收部位面向外側(cè)并與電路板成45度角安裝，汽車室內(nèi)閱讀燈11分布在電路板兩側(cè)，電路板中間為NEC閃光LED板12。NEC閃光LED板12中LED顯示板安裝在NEC閃光電路上方。高亮的汽車室內(nèi)閱讀燈11與紅外接收三極管10在電路板兩面非對(duì)稱安裝，為保證整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的美觀性，其他元器件以盡量對(duì)稱分布的原則放置在其余位置。

主要散熱元器件及芯片與電路板之間置有散熱硅膠片，左堵頭6堵頭向管內(nèi)側(cè)加工成條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大吸熱面積，同時(shí)向管外側(cè)亦加工有條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大散熱面積，由此提高散熱性能。所述結(jié)構(gòu)1裝置外殼的材料為透明有機(jī)玻璃，結(jié)構(gòu)2內(nèi)部電路板為PCB板，結(jié)構(gòu)3右堵頭與左堵頭6為鈦合金加工而成。

3、工作過程及原理

本裝置構(gòu)成密閉結(jié)構(gòu)，裝置外殼1采用透明的以聚碳酸酯為材料的套管，可以透過裝置外殼1完全將汽車室內(nèi)閱讀燈11和NEC閃光LED板12發(fā)出的光透射出來，同時(shí)可以使紅外線透過其作用于紅外接收三極管10，此外，該套管內(nèi)部經(jīng)加工可與兩側(cè)堵頭形成密閉結(jié)構(gòu)，左堵頭6堵頭向管內(nèi)側(cè)加工成條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大吸熱面積，同時(shí)向管外側(cè)亦加工有條形柱狀散熱結(jié)構(gòu)，增大散熱面積，結(jié)合內(nèi)部電路板2上的主要散熱元器件及芯片下的散熱硅膠片，可以提高裝置的散熱性能。其中，左堵頭6與有機(jī)玻璃接觸的外表面加工有兩道密封圈溝槽，用于安裝O型橡膠密封圈4，同時(shí)用緊固螺栓8將其與裝置外殼連接固定。右堵頭3的外表面同樣加工有兩道密封圈溝槽，并且右堵頭3中心處開一通孔作為由內(nèi)部電路板2引出的線纜的通路9，此外，為減輕重量同時(shí)也用于灌膠硫化線纜，在左堵頭6和右堵頭3另一側(cè)均加工出一較大的灌膠硫化線纜區(qū)7。電路板由兩部分電路及紅外接收三極管10組成，其中汽車室內(nèi)閱讀燈11構(gòu)成了高亮電路由一路I/O控制，此電路用作遠(yuǎn)處指示位置。LED顯示板與NEC閃光電路構(gòu)成了NEC閃光LED電路12由另一路I/O控制。其中，NEC閃光電路的工作結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。引出的控制線通過線纜通路9引出并與水下航行器相應(yīng)處連接，最后將安全指示裝置通過安裝固定部位8安裝在水下航行器上。

圖3 NEC閃光電路的工作結(jié)構(gòu)框圖

水下航行器潛入水中后，需要水面監(jiān)控，使其安全的工作，當(dāng)水下航行器在水面工作或在淺水域時(shí)，能夠通過指示裝置觀察到它的運(yùn)動(dòng)。水下機(jī)器人完成任務(wù)后或遇到故障時(shí)會(huì)返回到水面，在遠(yuǎn)處可以啟用高亮電路指示水下航行器位置，也可以在近處觀察到來自NEC閃光LED電路的多種安全狀態(tài)指示，便于維修和回收。由于紅外接收三極管的安裝位置，可以在水下航行器的各個(gè)方向啟動(dòng)，指示及啟動(dòng)裝置工作控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4示。

圖4 指示及啟動(dòng)裝置工作控制結(jié)構(gòu)框圖

本裝置在實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)證明是切實(shí)可行的，這種指示燈質(zhì)量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形美觀，散熱性好，透光面積大，指示多樣化，工作安全可靠，便于安裝在水下航行器上。