Подводный электрический разъем
Изобретение касается передачи переменного тока от одного устройства к другому с помощью трансформаторной электромагнитной связи и может использоваться для двуплексной связи между водолазами. Подводный электрический разъем состоит из коаксиальных розетки и вилки. Разъем состоит из коаксиальных розетки и вилки. Токопроводящие тонкостенные цилиндры разъема выполнены в виде стаканов, входящих друг в друга, в днище которых вмонтированы центральные штыри, соединенные электрически с днищем. Внутри стаканов между цилиндрами и центральными штырями размещены катушки индуктивности на ферритовых кольцах, соединенные с источником и приемником сигнала. В замкнутом состоянии обе половинки разъема представляют собой короткозамкнутый виток, через который осуществляется трансформаторная связь между катушками индуктивности приборной и водолазной частей. Технический результат - повышение кпд разъема и обеспечение возможности использования разъема в многоканальных устройствах передачи электроэнергии с полной электрической развязки между каналами при их близком расположении, независимо от того замкнуты или разомкнуты половинки разъемов. 3 ил.
Изобретение относится к способам передачи переменного тока от одного устройства к другому с помощью трансформаторной электромагнитной связью.
Известны бесконтактные трансформаторные электрические разъемы, применяемые для связи водолаза-пловца с буксируемой гидроакустической аппаратурой. Например, в приводной и пеленгаторной гидроакустической станции (ГАС) МГВ-3 («Нерей») разработки Волгоградского завода «Ахтуба» (Главный конструктор Жабин О.Н., 1968 г.) применялся герметичный трансформаторный разъем для передачи звукового сигнала, полученного от гидроакустического маяка, в телефон водолаза.
Разъем представлял собой ферритовый горшок СБ-3, состоящий из двух половинок (полутрансформаторов), с двумя электрическими катушками внутри. Одна половинка горшка с катушкой была у водолаза и подключалась к телефонному капсюлю ТА-56, другая половинка со своей катушкой принадлежала станции ГАС МГВ-3 и подключалась к выходу усилителя низкой частоты. Когда водолаз соединял свою половинку разъема с половинкой, установленной на буксируемой ГАС, магнитопровод замыкался и возникала трансформаторная связь между катушками. Таким образом, сигнал от ГАС передавался в телефонный капсюль водолаза и он слышал сигналы гидроакустического маяка. Обе половинки ферритового горшка с катушками (полутрансформаторы) герметизировались с помощью эпоксидного компаунда и были помещены в дюралюминиевый корпус.
Известен герметичный бесконтактный трансформаторный электроразъем, входящий в состав ГАС связи водолаза МГВ-6В («Угорь-В») разработки Ленинградского завода «Водтрансприбор» (Главный конструктор Таланов Л.П., 1972 г.).
Этот разъем имел два канала связи: телефонный и микрофонный. Обе половинки ферритовых горшков-полутрансформаторов (СБ-3 - телефонная и СБ-1 - микрофонная) были установлены в общем герметичном корпусе, рядом друг с другом, в одной плоскости. Одна половинка разъема с помощью кабеля была подключена к микрофонно-телефонной гарнитуре водолаза, другая половинка была установлена на пульте управления ГАС. Телефонные и микрофонные полутрансформаторы были заключены в титановый корпус и с рабочей стороны закрыты тонкими пластинками нержавеющей (немагнитной) стали. Поскольку гидроакустическая связь между водолазами осуществлялась в симплексном режиме, коэффициент развязки между телефонным и микрофонным каналом не имел значения.
Широко известны также контактные коаксиальные электрические разъемы для подключения коаксиального кабеля (например, телевизионного к телевизору) или соединения двух коаксиальных кабелей (по типу эти соединения делятся на резьбовое, байонетное или врубовое). Каждый коаксиальный разъем состоит из двух половинок (розетки и вилки), каждая из которых имеет наружный токопроводящий тонкостенный цилиндр и внутренний центральный штыревой контакт. При этом наружный цилиндр и штыревой контакт изолированы друг от друга фторопластом или керамикой. К наружному цилиндру подключается оплетка коаксиального кабеля, к внутреннему штыревому контакту - центральная жила кабеля. При врубовом соединении обоих половинок коаксиального разъема наружные тонкостенные цилиндры входят один в другой (с некоторым усилием для обеспечения хорошего контакта), а штыревой контакт одной половинки входит в гнездо штыря другой половинки разъема (тоже с некоторым усилием).
Описанные выше разъемы являются аналогами изобретения. Аналогом изобретения также можно считать патент RU ООО «ИТРОН» №2170481 от 26.07.2000 г.
В качестве прототипа представлен двухканальный трансформаторный электроразъем разработки завода «Водтрансприбор», применяющийся по настоящее время в ГАС связи МГВ-6В («Угорь-В»). Недостатком указанного разъема является низкий коэффициент электрической развязки (30 дБ по напряжению) между телефонным и микрофонным каналами, в случае если обе половинки разъема разомкнуты (разомкнуты магнитопроводы полутрансформаторов).
Как уже отмечалось выше, полутрансформаторы в обеих половинках этого разъема находятся в одной плоскости и магнитные силовые линии с телефонного канала проникают в микрофонный канал. Когда половинки разъема замкнуты (т.е. замкнуты магнитопроводы полутрансформатров), то коэффициент развязки между каналами достигает 80 дБ, что вполне приемлемо. Низкий коэффициент развязки не позволил применить бесконтактный электроразъем от аппаратуры МГВ-6В в бортовом переговорном устройстве (БПУ-7), обеспечивающем дуплексную связь между шестью водолазами, находящимися в транспортировщике водолазов или в шлюзовой камере ПЛ (все шесть телефонных каналов соединены параллельно и все шесть микрофонных каналов соединены параллельно). Низкий коэффициент развязки между телефонным и микрофонным каналами приводил к самовозбуждению усилителя БПУ (коэффициент усиления около 60 дБ), как только размыкался хотя бы один из разъемов. Связь между другими оставшимися водолазами становилась невозможной.
Задачей настоящего изобретения является создание трансформаторного электроразъема с постоянно замкнутыми магнитопроводами, что обеспечивает полную (100%) развязку катушек индуктивности этого разъема по магнитному потоку от таких же однотипных разъемов, находящихся на близком расстоянии (рядом). При этом количество каналов связи может быть неограничено. (Проверено автором на трехканальном разъеме).
Поставленная задача решена путем размещения катушек трансформатора, выполненных на ферритовых кольцах и залитых герметиком, в каждой из половинок коаксиального разъема (в розетке и в вилке), а передача энергии (сигнала) от одной половинки разъема к другой производится с помощью короткозамкнутого витка, имеющего малое электрическое сопротивление. Короткозамкнутый виток образуется при соединении обеих половинок разъема, каждая из которых представляет собой коаксиальную пару (розетку и вилку), содержащую наружный тонкостенный токопроводящий цилиндр и внутренний центральный штыревой контакт. При этом (в отличие от известных коаксиальных разъемов) наружный цилиндр выполнен в виде тонкостенного металлического стакана, в донышке которого закреплен центральный штыревой контакт, электрически связанный с цилиндром.
Сопротивление короткозамкнутого витка составляет тысячные доли ома, ток в короткозамкнутом витке составляет от нескольких ампер до десятков ампер (зависит от передаваемой мощности), а напряжение - сотые доли вольта.
При многоканальном варианте разъема магнитопроводы всех каналов замкнуты внутри каждого разъема и магнитные силовые линии не влияют друг на друга, а токи в каждой половинке разъема замкнуты внутри тонкостенного цилиндра через воду и протекают от центрального штыря к цилиндру и обратно. Получается, что наружная цилиндрическая оболочка разъема полностью экранирует внутренний центральный штырь, обеспечивая 100% электрическую развязку между каналами.
На фиг.1 приведена электрическая схема разъема.
На фиг.2 приведена конструктивная схема разъема.
На фиг.3 приведено устройство подводного двухканального подводного электрического разъема.
Цифрами на фиг.1 и 2 обозначены: 1 - катушка индуктивности приборной части разъема; 2 - катушка индуктивности водолазной части разъема; 3 - половина витка приборной части разъема (розетка); 4 - половина витка водолазной части разъема (вилка); 5 - магнитопровод (ферритовое кольцо) приборной части разъема; 6 - магнитопровод (ферритовое кольцо) водолазной части разъема: 7 - штырь; 8 - гнездо для штыря.
На фиг.3 цифрами обозначены: 1 - катушка индуктивности приборной части разъема, залитая герметиком и подключенная к источнику сигнала; 2 - катушка индуктивности водолазной части разъема, залитая герметиком и подключенная к микрофонно-телефонной гарнитуре водолаза; 5 - магнитопровод (ферритовое кольцо) приборной части разъема; 6 - магнитопровод (ферритовое кольцо) водолазной части разъема: 7 - центральный штырь (вилка); 8 - гнездо для штыря (розетка); 9 - наружный цилиндр разъема (розетка); 10 - внутренний цилиндр разъема (вилка); 11 - общий корпус приборной части разъема; 12 - общий корпус водолазной части разъема; 13 - корпус прибора; 14 - сальниковый ввод для кабеля водолаза.
Работает подводный электрический разъем следующим образом.
В разомкнутом состоянии каждая половинка разъема (розетка и вилка) замкнута через морскую воду, сопротивление которой составляет около 2 Ом при солености 35‰ (в пресной воде сопротивление составляет тысячи ом). Такое сопротивление никак не влияет на параметры выходного каскада источника сигнала (не нагружает его). Слабый ток (миллиамперы) проходит внутри стакана от цилиндрической оболочки к центральному штырю и обратно, не выходя за пределы разъема и не влияя на соседние каналы.
В замкнутом состоянии обе половинки разъема представляют собой короткозамкнутый виток, ток в котором составляет несколько ампер и через него осуществляется трансформаторная связь между катушками индуктивности приборной и водолазной частей. При этом кпд разъема достигает 98% при хорошем электрическом контакте между розеткой и вилкой. Для обеспечения хорошего контакта оба тонкостенных цилиндра и оба штыря должны быть выполнены из металла с хорошей электропроводностью (латунь, бронза, бериллиевая бронза) и позолочены.
Разъем может применяться для дуплексной связи между водолазами, находящимися в транспортировщике водолазов, а также для снятия телеметрической информации с нескольких медицинских датчиков, установленных на теле водолаза. Разъем также может применяться для передачи электроэнергии в виде переменного тока от источника к потребителю, присоединяемому к источнику под водой.
Подводный электрический разъем, состоящий из коаксиальных розетки и вилки, отличающийся тем, что наружные токопроводящие тонкостенные цилиндры разъема выполнены в виде стаканов, входящих друг в друга (розетки и вилки), в днище которых вмонтированы центральные штыри (розетка и вилка), соединенные электрически с днищем, а внутри стаканов между цилиндрами и центральными штырями размещены катушки индуктивности на ферритовых кольцах, подключенные к приборам, передающим и принимающим сигнал.
