一种光学水密行程开关的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种光学水密行程开关。


背景技术：

2.行程开关器件的工作原理是通过运动部件的运动位置来切换、确定电路工作状态，如果在水下环境中使用，那么运动部件与电学部件之间的动态水密性能就成为水密行程开关的一个重要指标。然而，当活动部件运动时，即使存在密封圈等防水措施，也会存在水泄露的风险，从而造成电学部件短路失效。
3.常见的行程开关中活动部件运动所需要的缝隙空间，以及对与缝隙空间相连通的电学部件的水密保护是行程开关在水下应用的一个主要的制约因素。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决形成开关动态水密保护的问题，提出一种光学水密行程开关，采用了光学信号可以非接触传递的特点，电学部件全密封，光学发生组件与光学接收组件的安装位置均采用多重水密防护措施；电学部件和活动部件全隔离，电学部件与活动部件没有直接物理接触，运动部件仅依靠对柔性套管的形变来控制光路的通断；整机高可靠性，避免了活动部件所带来的动态水密问题，活动部件的运动造成的水泄露不会破坏整机工作。
5.本发明提供一种光学水密行程开关，包括外壳，固定在外壳内部的光学发生组件，固定在外壳内部并设置在光学发生组件输出光路上的光学接收组件，与光学发生组件的输出端、光学接收组件的接收端均相连的密封机构和设置在密封机构上端及两侧的驱动机构，光学接收组件用于接收光学发生组件发出的光信号并转换为电信号输出；
6.光学发生组件、光学接收组件和密封机构形成密封体，驱动机构位于密封体外侧；
7.光学水密行程开关的使用方法为：驱动机构在外力作用下压迫密封机构变形并遮挡光学接收组件的接收光路使光学接收组件输出低位信号，外力消失后驱动机构复位、光学接收组件接收光学发生组件发出的光信号并转换为电信号输出，电信号为高位信号。
8.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，驱动机构包括穿过外壳并设置在密封机构上端的活动部件和固定在活动部件底部并位于密封机构两侧的弹性体。
9.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，弹性体为弹簧或弹簧片。
10.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，还包括固定在光学发生组件外部密封的光学发生组件安装腔和固定光学接收组件外部密封的光学接收组件安装腔；
11.光学发生组件安装腔包括固定在光学发生组件外部密封的光学发生组件安装腔本体和设置在光学发生组件安装腔本体外部并位于光学发生组件输出光路上的第一安装臂、设置在第一安装臂中心轴线上的第一光路传输孔，第一光路传输孔为通孔；
12.光学接收组件安装腔包括固定光学接收组件外部密封的光学接收组件安装腔本体和设置在光学接收组件安装腔本体外部并位于光学接收组件输出光路上的第二安装臂、
设置在第二安装臂中心轴线上的第二光路传输孔，第二光路传输孔为通孔。
13.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，密封机构包括与第一安装臂、第二安装臂外部连接的柔性套管，设置在第一光路传输孔内部的第一窗口玻璃，设置在第一安装臂、柔性套管外部的第一紧固环，设置在第二光路传输孔内部的第二窗口玻璃和设置在第二安装臂、柔性套管外部的第二紧固环。
14.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，第一安装臂和柔性套管之间使用水密胶进行密封，第一光路传输孔和第一窗口玻璃之间使用水密胶进行密封，光学发生组件安装腔本体内部使用防水胶灌注；
15.第二安装臂和柔性套管之间使用水密胶进行密封，第二光路传输孔和第二窗口玻璃之间使用水密胶进行密封，光学接收组件安装腔本体内部使用防水胶灌注；
16.光学发生组件安装腔本体与第一安装臂为一体化结构；光学接收组件安装腔本体与第二安装臂为一体化结构。
17.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，光学发生组件安装腔本体上与第一安装臂相对的一侧设置第一密封盖板，光学接收组件安装腔本体上与第二安装臂相对的一侧设置第二密封盖板；
18.光学发生组件安装腔本体与第一密封盖板使用水密胶进行密封，光学接收组件安装腔本体与第二密封盖板使用水密胶进行密封。
19.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，光学发生组件包括固定在光学发生组件安装腔本体内部的光源驱动印制板和与光源驱动印制板相连的发光光源；
20.光学接收组件包括固定在光学接收组件安装腔本体内部的光电转换器件驱动印制板和与光电转换器件驱动印制板相连的光电转换器件；
21.发光光源为准直光器件或发散光器件，光电转换器件为电真空器件或光电器件。
22.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，发光光源为半导体激光器或二极管；
23.光电转换器件为以下任意一种：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管和ccd。
24.本发明所述的一种光学水密行程开关，作为优选方式，还包括与光学发生组件和光学接收组件均连接的电缆线、电源模块和信号处理模块。
25.一种光学水密行程开关，包括壳体组件、光学发生组件、光学接收组件、电缆组件、驱动机构、密封机构；
26.壳体组件内加工有光学发生组件安装腔和光学接收组件安装腔，以及两个安装腔对外的电缆走线孔；壳体组件为光学发生组件安装腔和光学接收组件安装腔分别配置密封盖板、；壳体组件加工有柔性套管的安装臂、，每个安装臂中轴线上分别开通光路传输孔、；组件加工有驱动机构活动孔；
27.光学发生组件、光学接收组件之间通过第一光路传输孔、第一窗口玻璃、柔性套管、第二窗口玻璃、第二光路传输孔实现点对点光信号传输；
28.电缆组件通过电缆走线孔实现光学发生组件和光学接收组件对外通电通信；
29.驱动机构中，活动部件穿过活动孔实现对柔性套管的挤压，弹性物体、实现在外力卸载后对活动部件复位工作；
30.密封机构中，第一窗口玻璃、第二窗口玻璃分别放置在光路传输孔，并配合水密胶进行防水密封；柔性套管安装在两侧安装臂、上，使用水密胶粘接，并用紧固环、分别固定；
31.电学组件和活动组件全隔离，活动组件带来的动态水密问题不会对电学部件产生影响；
32.驱动机构的活动部件的动作方式不仅仅局限于滑道挤压方式，同样适用于摇杆、扭曲、双向推拉等可以压迫柔性套管变形的动作方式；
33.驱动机构的复位弹性物体依据权利要求所述活动部件的动作方式进行调整，弹性物体可选用弹簧、弹簧片等；
34.光路传输孔采用耐腐蚀玻璃窗片隔断，并加注透明防水胶密封固定，对电学部件进行水密保护；
35.柔性套管使用耐腐蚀、延展性良好、耐磨、水密材料；
36.柔性套管与安装臂物理连接部位使用密封胶粘接，并配合紧固环再次固定，实现双重密封保护；
37.光学发生组件和光学接收组件的安装腔可灌注绝缘防水胶对电路做进一步水密防护；
38.光学发生组件的发光光源，可采用半导体激光器等准直光器件；
39.光学发生组件的发光光源，可采用发光二极管等发散光器件；
40.光学接收组件的光电转换器件，可采用光电管、光电倍增管等电真空器件；
41.光学接收组件的光电转换器件可采用光敏电阻、光敏三极管、ccd等半导体器件之类的光电器件；
42.电源模块，为光学发生组件和光学接收组件提供驱动电源；
43.信号处理模块，对所述光学水密行程开关的输出信号进行数据处理，输出到位信息，提供开关控制量
44.本发明提出一种光学水密行程开关，由壳体组件、光学发生组件、光学接收组件、电缆组件、驱动机构及密封机构组成。壳体组件包括水密电缆走线孔、光学发生组件安装腔、光学接收组件安装腔、驱动机构活动孔、光路传输孔和柔性套管安装臂；光学发生组件包括发光光源和光源驱动印制板；光学接收组件包括光电转换器件和驱动印制板；电缆组件包括光学发生组件和光学接收组件的供电和信号传输电缆以及水密胶；驱动机构包括活动部件和复位弹性物体；密封机构包括耐腐蚀柔性套管、耐腐蚀窗口玻璃、防水密封胶、紧固环。
45.壳体组件配合电缆组件、光学发生组件、光学接收组件、驱动机构、密封组件加工出对应的水密电缆走线孔、光学发生组件安装腔、光学接收组件安装腔、驱动机构活动孔、光路传输孔和柔性套管安装臂。水密电缆走线孔两端水密电缆与壳体间应灌入密封胶；光学发生组件和光学接收组件安装在各自安装腔后，与水密电缆相连接实现对外电连接和信号传递；光学发生组件和光学接收组件两侧的光路传输孔安装耐腐蚀窗口玻璃，并加注透明防水密封胶固定；耐腐蚀柔性套管安装在壳体两侧安装臂，以紧固环并配合防水密封胶固定。
46.驱动机构穿过壳体结构相应的活动孔，其自由活动方向放置弹性物体用以活动部件的复位运动。
47.本发明具有以下优点：
48.(1)不同于常见的行程开关器件，本发明的活动部件与壳体之间的缝隙不需要考虑密封，即使水渗透到驱动机构缝隙中，水会被柔性套管阻挡，并且密封的窗口玻璃会对电学部分进行二次防护，确保电学部件不会被水浸入造成损坏。当外部行程或动作信号到来时，活动部件将径向挤压柔性套管，从而造成光信号通路的中断，光学接收组件即可通过光信号的到位与否发生信号翻转，来判断出外部行程或动作是否到位，从而达到开关控制效果。
49.(2)本发明采用小型化，整机半密封式设计。光学水密行程开关信号相关器件为发光光源和光电转换器件，均为小型化器件，可以实现行程开关整机小型化；其中发光光源22可以采用发散光或准直光，可以选用任意如发光二极管、半导体激光器等发光体；光电转换器件32可以采用光电管、光电倍增管等电真空器件，或者光敏电阻、光敏三极管、ccd等半导体器件。结合特征部分所述，本发明实现了电学部件全密封、电学部件和活动部件全隔离，更适于水下环境应用。
附图说明
50.图1为一种光学水密行程开关结构示意图；
51.图2为一种光学水密行程开关侧视图；
52.图3为一种光学水密行程开关行程信号到来时光学水密行程开关状态图。
53.附图标记：
54.1、外壳；2、光学发生组件；21、光源驱动印制板；22、发光光源；3、光学接收组件；31、光电转换器件驱动印制板；32、光电转换器件；4、密封机构；41、柔性套管；42、第一窗口玻璃；43、第一紧固环；44、第二窗口玻璃；45、第二紧固环；5、驱动机构；51、活动部件；52、弹性体；6、光学发生组件安装腔；61、光学发生组件安装腔本体；62、第一安装臂；63、第一光路传输孔；7、光学接收组件安装腔；71、光学接收组件安装腔本体；72、第二安装臂；73、第二光路传输孔；8、电缆线。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
56.实施例1
57.如图1-2所示，一种光学水密行程开关，包括外壳1，固定在外壳1内部的光学发生组件2，固定在外壳1内部并设置在光学发生组件2输出光路上的光学接收组件3，与光学发生组件2的输出端、光学接收组件3的接收端均相连的密封机构4，设置在密封机构4上端及两侧的驱动机构5，固定在光学发生组件2外部密封的光学发生组件安装腔6，固定光学接收组件3外部密封的光学接收组件安装腔7和与光学发生组件2、光学接收组件3均连接的电缆线8、电源模块、信号处理模块；
58.光学接收组件3用于接收光学发生组件2发出的光信号并转换为电信号输出；
59.光学发生组件2、光学接收组件3和密封机构4形成密封体，驱动机构5位于密封体外侧；
60.驱动机构5在外力作用下压迫密封机构4变形并遮挡光学接收组件3的接收光路使光学接收组件3输出低位信号，外力消失后驱动机构5复位、光学接收组件3接收光学发生组件2发出的光信号并转换为电信号输出，电信号为高位信号；
61.驱动机构5包括穿过外壳1并设置在密封机构4上端的活动部件51和固定在活动部件51底部并位于密封机构4两侧的弹性体52；
62.弹性体52为弹簧或弹簧片；
63.光学发生组件安装腔6包括固定在光学发生组件2外部密封的光学发生组件安装腔本体61和设置在光学发生组件安装腔本体61外部并位于光学发生组件2输出光路上的第一安装臂62、设置在第一安装臂62中心轴线上的第一光路传输孔63，第一光路传输孔63为通孔；
64.光学接收组件安装腔7包括固定光学接收组件3外部密封的光学接收组件安装腔本体71和设置在光学接收组件安装腔本体71外部并位于光学接收组件3输出光路上的第二安装臂72、设置在第二安装臂72中心轴线上的第二光路传输孔73，第二光路传输孔73为通孔；
65.密封机构4包括与第一安装臂62、第二安装臂72外部连接的柔性套管41，设置在第一光路传输孔63内部的第一窗口玻璃42，设置在第一安装臂62、柔性套管41外部的第一紧固环43，设置在第二光路传输孔73内部的第二窗口玻璃44和设置在第二安装臂72、柔性套管41外部的第二紧固环45；
66.第一安装臂62和柔性套管41之间使用水密胶进行密封，第一光路传输孔63和第一窗口玻璃42之间使用水密胶进行密封，光学发生组件安装腔本体61内部使用防水胶灌注；
67.第二安装臂72和柔性套管41之间使用水密胶进行密封，第二光路传输孔73和第二窗口玻璃44之间使用水密胶进行密封，光学接收组件安装腔本体71内部使用防水胶灌注；
68.光学发生组件安装腔本体61与第一安装臂62为一体化结构；光学接收组件安装腔本体71与第二安装臂72为一体化结构；
69.光学发生组件安装腔本体61上与第一安装臂62相对的一侧设置第一密封盖板，光学接收组件安装腔本体71上与第二安装臂72相对的一侧设置第二密封盖板；
70.光学发生组件安装腔本体61与第一密封盖板使用水密胶进行密封，光学接收组件安装腔本体71与第二密封盖板使用水密胶进行密封；
71.光学发生组件2包括固定在光学发生组件安装腔本体61内部的光源驱动印制板21和与光源驱动印制板21相连的发光光源22；
72.光学接收组件3包括固定在光学接收组件安装腔本体71内部的光电转换器件驱动印制板31和与光电转换器件驱动印制板31相连的光电转换器件32；
73.发光光源22为准直光器件或发散光器件，光电转换器件32为电真空器件或光电器件；
74.发光光源22为半导体激光器或二极管；
75.光电转换器件32为以下任意一种：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管和ccd。
76.实施例2
77.如图1-2所示，一种光学水密行程开关，包括：
78.外壳1包含：水密电缆走线孔；光学发生组件安装腔6，其中包含光学发生组件安装腔本体61、第一安装臂62、第一光路传输孔63、第一密封盖板；光学接收组件安装腔7，其中包含光学接收组件安装腔本体71、第二安装臂72、第二光路传输孔73、第二密封盖板、驱动机构活动孔；
79.光学发生组件2包含：光源驱动印制板21、发光光源22；
80.光学接收组件3包含：光电转换器件驱动印制板31、光电转换器件32；
81.电缆组件包含：水密电缆8、水密胶；
82.驱动机构5包含：活动部件51、复位弹性物体52；
83.密封机构4包含：耐腐蚀柔性套管41；耐腐蚀第一窗口玻璃42；第一紧固环43；耐腐蚀第二窗口玻璃44；第二紧固环45。
84.水密电缆走线孔所有端口有水密胶填充；密封盖板与光学发生组件安装腔本体61、光学接收组件安装腔本体71接触部位填充密封胶并采取压接方式固定；光学发生组件安装腔本体61、光学接收组件安装腔本体71可以在光学发生组件2和光学接收组件3安装完成后进行防水胶灌注处理；第一光路传输孔63、第二光路传输孔73与第一窗口玻璃42、第二窗口玻璃44之间均采用透明防水密封胶灌注固定；柔性套管6与第一安装臂62、第二安装臂72之间采用密封胶连接，并配合第一紧固环43、第二紧固环45做进一步密封固定；
85.实施例1-2的使用方法为：
86.本发明优势设计在于驱动机构的活动部件5与壳体1的间隙不需要考虑水密影响，而动态防水密封困难是常见光电行程开关水下应用的主要制约因素。
87.本发明的工作原理：当外力到来前，发光光源22产生光路沿着准直的柔性套管41到达光电转换器件32，则驱动电路传出高位信号；如图3所示，当外力到来时，活动部件5将径向挤压柔性套管41，造成光路中断，弹性体52被压紧，光电转换器件32由于没有光信号输入发生信号翻转，则驱动电路传出低位信号；当外力消失后，弹性体52释放压力推动活动部件51复位，光路重新接通，则光电转换器件32再次发生信号翻转，驱动电路传出高位信号，从而达到开关控制效果。
88.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光学水密行程开关，其特征在于：包括外壳(1)，固定在所述外壳(1)内部的光学发生组件(2)，固定在所述外壳(1)内部并设置在所述光学发生组件(2)输出光路上的光学接收组件(3)，与所述光学发生组件(2)的输出端、所述光学接收组件(3)的接收端均相连的密封机构(4)和设置在所述密封机构(4)上端及两侧的驱动机构(5)，所述光学接收组件(3)用于接收所述光学发生组件(2)发出的光信号并转换为电信号输出；所述光学发生组件(2)、所述光学接收组件(3)和所述密封机构(4)形成密封体，所述驱动机构(5)位于所述密封体外侧；光学水密行程开关的使用方法为：所述驱动机构(5)在外力作用下压迫所述密封机构(4)变形并遮挡所述光学接收组件(3)的接收光路使所述光学接收组件(3)输出低位信号，外力消失后所述驱动机构(5)复位、所述光学接收组件(3)接收所述光学发生组件(2)发出的光信号并转换为电信号输出，所述电信号为高位信号。2.根据权利要求1所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述驱动机构(5)包括穿过所述外壳(1)并设置在所述密封机构(4)上端的活动部件(51)和固定在所述活动部件(51)底部并位于所述密封机构(4)两侧的弹性体(52)。3.根据权利要求2所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述弹性体(52)为弹簧或弹簧片。4.根据权利要求1所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：还包括固定在所述光学发生组件(2)外部密封的光学发生组件安装腔(6)和固定所述光学接收组件(3)外部密封的光学接收组件安装腔(7)；所述光学发生组件安装腔(6)包括固定在所述光学发生组件(2)外部密封的光学发生组件安装腔本体(61)和设置在所述光学发生组件安装腔本体(61)外部并位于所述光学发生组件(2)输出光路上的第一安装臂(62)、设置在所述第一安装臂(62)中心轴线上的第一光路传输孔(63)，所述第一光路传输孔(63)为通孔；所述光学接收组件安装腔(7)包括固定所述光学接收组件(3)外部密封的光学接收组件安装腔本体(71)和设置在所述光学接收组件安装腔本体(71)外部并位于所述光学接收组件(3)输出光路上的第二安装臂(72)、设置在所述第二安装臂(72)中心轴线上的第二光路传输孔(73)，所述第二光路传输孔(73)为通孔。5.根据权利要求4所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述密封机构(4)包括与所述第一安装臂(62)、所述第二安装臂(72)外部连接的柔性套管(41)，设置在所述第一光路传输孔(63)内部的第一窗口玻璃(42)，设置在所述第一安装臂(62)、所述柔性套管(41)外部的第一紧固环(43)，设置在所述第二光路传输孔(73)内部的第二窗口玻璃(44)和设置在所述第二安装臂(72)、所述柔性套管(41)外部的第二紧固环(45)。6.根据权利要求5所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述第一安装臂(62)和所述柔性套管(41)之间使用水密胶进行密封，所述第一光路传输孔(63)和所述第一窗口玻璃(42)之间使用水密胶进行密封，所述光学发生组件安装腔本体(61)内部使用防水胶灌注；所述第二安装臂(72)和所述柔性套管(41)之间使用水密胶进行密封，所述第二光路传输孔(73)和所述第二窗口玻璃(44)之间使用水密胶进行密封，所述光学接收组件安装腔本体(71)内部使用防水胶灌注；
所述光学发生组件安装腔本体(61)与所述第一安装臂(62)为一体化结构；所述光学接收组件安装腔本体(71)与所述第二安装臂(72)为一体化结构。7.根据权利要求4所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述光学发生组件安装腔本体(61)上与所述第一安装臂(62)相对的一侧设置第一密封盖板，所述光学接收组件安装腔本体(71)上与所述第二安装臂(72)相对的一侧设置第二密封盖板；所述光学发生组件安装腔本体(61)与所述第一密封盖板使用水密胶进行密封，所述光学接收组件安装腔本体(71)与所述第二密封盖板使用水密胶进行密封。8.根据权利要求4所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述光学发生组件(2)包括固定在所述光学发生组件安装腔本体(61)内部的光源驱动印制板(21)和与所述光源驱动印制板(21)相连的发光光源(22)；所述光学接收组件(3)包括固定在所述光学接收组件安装腔本体(71)内部的光电转换器件驱动印制板(31)和与所述光电转换器件驱动印制板(31)相连的光电转换器件(32)；所述发光光源(22)为准直光器件或发散光器件，所述光电转换器件(32)为电真空器件或光电器件。9.根据权利要求8所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：所述发光光源(22)为半导体激光器或二极管；所述光电转换器件(32)为以下任意一种：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管和ccd。10.根据权利要求1所述的一种光学水密行程开关，其特征在于：还包括与所述光学发生组件(2)和所述光学接收组件(3)均连接的电缆线(8)、电源模块和信号处理模块。

技术总结
本发明提供一种光学水密行程开关，包括：外壳、光学发生组件、光学接收组件、密封机构、驱动机构、光学发生组件安装腔和光学接收组件安装腔。本发明不同于常见的行程开关器件，本发明的活动部件与壳体之间的缝隙不需要考虑密封，即使水渗透到驱动机构缝隙中，水会被柔性套管阻挡，并且密封的窗口玻璃会对电学部分进行二次防护，确保电学部件不会被水浸入造成损坏。当外部行程或动作信号到来时，活动部件将径向挤压柔性套管，从而造成光信号通路的中断，光学接收组件即可通过光信号的到位与否发生信号翻转，来判断出外部行程或动作是否到位，从而达到开关控制效果。从而达到开关控制效果。从而达到开关控制效果。


技术研发人员：刘卫亮 马强 王兆刚 王东礼 刘晓英 杨超 史青 彭泳卿
受保护的技术使用者：航天长征火箭技术有限公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/3/7