一种水下超声波高度计、水下机器人及泳池清洁机器人的制作方法

本申请涉及水下机器人领域，尤其是涉及一种水下超声波高度计、水下机器人及泳池清洁机器人。

背景技术：

1、高度计是针对众多工业应用领域进行设计的、具有各种量程的高精度测量仪器。其中，水下高度计作用于水下环境，常用于测量水底高度或与障碍物之间的距离。由于水作为传播介质具有强传导率，电磁波在其中无法传播，而声波是通过物体的振动来进行传播的，在水下环境中可以很好的传播。同时，由于超声波具有指向性强，能量大，传播距离远等优点，利用超声波进行测距有着广泛的应用。水下高度计的工作原理可以概括为，通过水声换能器以固定频率发射单波束声波，并根据发射声波与接收到回波的时间差进行测距。

2、目前已有的水下超声波高度计分为工业级和非工业级。其中，工业级的产品均为金属外壳内防止具有复杂叠层工艺的换能器，高度计具有价格高昂、体积较大的特点，常用于工业级的水下产品使用，如深海环境中对海洋海底的探测等。

3、非工业级的水下超声波高度计包括以下几种：(1)采用换能器做防水设计，电路板独立非防水；(2)采用两个换能器分别密封，其中一个发射超声波，另一个接收超声波；(3)对电路板和换能器都做防水设计。但是，本申请的发明人发现，上述现有技术中存在以下问题：(1)采用换能器做防水设计，电路板是独立的但为非防水结构，这样就导致电路板无法直接在水下使用，需要进行二次防水封装；(2)采用两个换能器分别密封，通常其中一个发射超声波，另一个接收超声波，这样会造成高度计体积大、成本高；(3)对电路板和换能器都做防水设计，能够实现厘米级测距但测距范围有限(例如5m内)，或能实现十米级测距但无法测较近距离(例如厘米级)，测量范围具有局限性。

技术实现思路

1、本申请旨在提供一种体积小巧且能够实现厘米级到十米级测距的解决方案。

2、根据本申请的第一个方面，提出一种水下超声波高度计，可以包括壳体、电缆、超声波电路模块、声学匹配模块和减振模块，其中：超声波电路模块、声学匹配模块、减振模块设置在壳体内；电缆插设于壳体，与超声波电路模块电连接，且突出于壳体的顶部；超声波电路包括采集板、发射板和换能器，其中：采集板的一端与电缆电连接，另一端与发射板电连接；发射板还与换能器电连接；声学匹配模块包括背层胶体和匹配层胶体，背层胶体设置于减振模块与换能器之间，匹配层胶体设置于换能器与壳体的底部内表面之间，匹配层胶体中添加碳粉、铁粉、钨粉、钼粉、铜粉、钴粉、镍粉、钛粉、钽粉、铝粉、锡粉、铅粉及对应氧化粉末中的任意一种或多种；采集板、发射板和换能器间隔设置于壳体顶部内表面下方；减振模块、背层胶体、换能器和匹配层胶体依次叠层设置，且匹配层胶体贴合于壳体的底部内表面；超声波电路模块、声学匹配模块、减振模块与壳体之间的空隙中填充防水材料。

3、本申请提出的一种水下超声波高度计，将电路板与换能器放置壳体内，不需要针对电路板二次防水设计；使用非金属壳体封装和灌胶工艺防水，使得体积小巧；同时本申请方案的层叠结构可以兼容探测远距离与近距离盲区。根据本申请提出的方案，能够实现一种体积小巧且能够实现厘米级到十米级测距的水下超声波高度计。

4、根据一些实施例，一种水下超声波高度计中的壳体材料可以为塑料。

5、根据该实施方案，本申请提出的一种水下超声波高度计易于封装，成本低廉，并且在非工业场景下的防水效果好。

6、根据一些实施例，一种水下超声波高度计中的换能器可以为单个压电陶瓷片。

7、根据该实施方案，本申请提出的一种水下超声波高度计成本低廉，将压电陶瓷片作为超声波换能器，结合本申请的层叠工艺，实现测量效果好、性能稳定且能实现消费级应用。

8、根据本申请的第二个方面，提出一种水下机器人，可以包括如本申请第一个方面所述的水下超声波高度计。

9、根据本申请的第三个方面，提出一种泳池清洁机器人，可以包括如本申请第一个方面所述的水下超声波高度计。

技术特征：

1.一种水下超声波高度计，包括壳体、电缆、超声波电路模块、声学匹配模块和减振模块，其中：

2.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述匹配层胶体中添加的任意一种或多种碳粉、铁粉、钨粉、钼粉、铜粉、钴粉、镍粉、钛粉、钽粉、铝粉、锡粉、铅粉及对应氧化粉末占所述匹配层胶体体积的比例在20％-80％之间。

3.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述壳体的材质为塑料。

4.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述换能器为压电陶瓷片。

5.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述减振模块为泡沫胶体。

6.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述防水材料为环氧胶。

7.如权利要求1所述的水下超声波高度计，其特征在于，所述匹配层胶体的厚度为四分之一波长的奇数倍。

8.一种水下机器人，其特征在于，包括如权利要求1-7任一者所述的水下超声波高度计。

9.一种泳池清洁机器人，其特征在于，包括如权利要求1-7任一者所述的水下超声波高度计。

技术总结
本申请提出的一种水下超声波高度计，将电路板与换能器放置壳体内，不需要针对电路板二次防水设计；使用非金属壳体封装和灌胶工艺防水，使得体积小巧；同时本申请方案的层叠结构可以兼容探测远距离与近距离盲区。根据本申请提出的方案，能够实现一种体积小巧且能够实现厘米级到十米级测距的水下超声波高度计。

技术研发人员：张永强,王宝帅,马玉斌,王震,白国强,周加旺
受保护的技术使用者：深之蓝（天津）水下智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6