一种双自由度电磁耦合水下观测机构的制作方法

本发明涉及结构体入水观测，具体而言是一种双自由度电磁耦合水下观测机构。

背景技术：

1、在实验室条件下的结构体入水试验水池可以设计为自带观察窗的构型，通过在观察窗后架设高速相机可以方便地进行水下观测。当试验水池未设置观察窗时则需要借助于专门的水下观测机构以容纳高速摄影装置，这类观测机构通常体积仅能容纳高速相机组件并且不具备调节对焦功能，采取人工陆上调焦的方式操作繁琐难度较大，同时还需要考虑水介质中的折射率的影响成像质量难以稳定。因此，需要设计一种具备水下调节焦距功能并且结构简单轻便的观测机构，以满足入水试验水下摄像的需求。

技术实现思路

1、根据上述技术问题，而提供一种双自由度电磁耦合水下观测机构。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种双自由度电磁耦合水下观测机构，包括水密相机筒，所述水密相机筒内固定有相机，所述水密相机筒的前部内安装有内电磁耦合装置，所述水密相机筒的前部外安装有外电磁耦合装置；

4、所述内电磁耦合装置包括内固定轮环，所述内固定轮环的后端外部安装有与其转动连接的内转动轮环，所述内转动轮环穿过固定在所述内固定轮环上的多个内固定轮环外罩，多个所述内固定轮环外罩围绕所述内固定轮环的轴线均匀分布，且所述内固定轮环外罩的外壁上布置有滑块，所述滑块与设置在所述水密相机筒内壁上的纵向滑槽滑动连接；所述内转动轮环内具有用于夹持所述相机的调焦环或光圈环的夹持装置；所述内转动轮环的外壁上布置有多个第一电磁铁，相邻两个所述第一电磁铁的磁性相反；

5、所述外电磁耦合装置包括固定于所述水密相机筒前部外的固定外罩，所述固定外罩内布置有套设在所述水密相机筒外的外固定轮环，所述外固定轮环的后端外部安装有与其转动连接的外转动轮环，所述外转动轮环正对所述内转动轮环，所述外转动轮环的内壁布置有与所述第一电磁铁数量相匹配的第二电磁铁，且相邻两个所述第二电磁铁的磁性相反；所述固定外罩内安装有移动机构，所述移动机构用于带动所述外固定轮环于所述调焦环和所述光圈环之间纵向移动，进而在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的磁性连接下带动所述夹持装置于所述调焦环和所述光圈环之间纵向移动；所述外固定轮环上安装有转动机构，所述转动机构用于带动所述外转动轮环转动，进而在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的磁性连接下带动所述内转动轮环转动，转动所述调焦环或光圈环。

6、优选地，所述内固定轮环和外固定轮环的前端分别布置有多个第一电磁铁基座和第二电磁铁基座，且所述第一电磁铁基座的外壁固定有第三电磁铁，所述第二电磁铁基座的内壁固定有第四电磁铁，所述第三电磁铁与所述第四电磁铁正对，且二者磁性相反，相邻两个所述第三电磁铁、相邻两个所述第四电磁铁的磁性相反。通过第三电磁铁和第四电磁铁的设置增加了外固定轮环和内固定轮环之间的吸附力，保证二者能够同步纵向移动。

7、优选地，所述转动机构包括安装于所述外固定轮环上的电机固定座、固定在所述电机固定座上的电机、加工在所述外转动轮环外壁的外齿；所述电机的输出轴上安装有与所述外齿啮合的齿轮。

8、优选地，所述移动机构包括固定在所述固定外罩内的卷扬机，所述电机固定座的前端具有向前延伸的台阶，所述台阶上安装有导向轮，所述卷扬机的皮带或钢丝绳与所述导向轮连接，所述固定外罩的后端与所述电机固定座之间通过拉弹簧连接。通过卷扬机实现外固定轮环的向前移动，通过拉弹簧实现其复位。

9、优选地，还包括远程集控系统，所述远程集控系统与所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、第三电磁铁、第四电磁铁、所述移动机构、所述夹持机构、所述转动机构和所述相机电连接。

10、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

11、1、本发明设计了一种双自由度电磁耦合水下观测机构，与传统水下高速摄像装置相比，解决了无法自动水下对焦的问题，提高了水下成像的质量水平和试验的观测精度。

12、2、本发明中的水下观测机构采用了双自由度的电磁耦合机构，利用安装在相机桶内外部的电磁感应装置实现对高速相机的实时水下对焦，除了实现对相机镜头对焦环的旋转调焦外，还可以利用电磁感应器实现调焦装置的纵向移动以捕捉和调节镜头光圈大小，通过反复对焦和调节光圈可以适应不同水下环境下的结构体入水拍摄。

13、3、本发明的双自由度电磁耦合水下观测机构通过陆上的机器学习模块可以实现智能化的自主调焦，系统根据当前图像的清晰度和目标清晰度的对比，控制电磁耦合装置进行自动对焦和调节光圈直到成像效果满足试验要求，并且在拍摄移动的入水结构体及水下空泡时能自动微调焦距以保持图像质量。

14、4、本发明的双自由度电磁耦合水下观测机构将主要的磁感应驱动装置安装在主相机桶外，大大减小了主摄像装置的尺寸，简化了内部结构，使得设计更加灵巧；外置的电磁感应驱动装置及电源更加便于安装、维护和更换，相比于传统的纯机械传动机构磨损更小，结构更加简单。

15、基于上述理由本发明可在结构体入水观测等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种双自由度电磁耦合水下观测机构，其特征在于，包括水密相机筒，所述水密相机筒内固定有相机，所述水密相机筒的前部内安装有内电磁耦合装置，所述水密相机筒的前部外安装有外电磁耦合装置；

2.根据权利要求1所述的一种双自由度电磁耦合水下观测机构，其特征在于，所述内固定轮环和外固定轮环的前端分别布置有多个第一电磁铁基座和第二电磁铁基座，且所述第一电磁铁基座的外壁固定有第三电磁铁，所述第二电磁铁基座的内壁固定有第四电磁铁，所述第三电磁铁与所述第四电磁铁正对，且二者磁性相反，相邻两个所述第三电磁铁、相邻两个所述第四电磁铁的磁性相反。

3.根据权利要求1所述的一种双自由度电磁耦合水下观测机构，其特征在于，所述转动机构包括安装于所述外固定轮环上的电机固定座、固定在所述电机固定座上的电机、加工在所述外转动轮环外壁的外齿；所述电机的输出轴上安装有与所述外齿啮合的齿轮。

4.根据权利要求3所述的一种双自由度电磁耦合水下观测机构，其特征在于，所述移动机构包括固定在所述固定外罩内的卷扬机，所述电机固定座的前端具有向前延伸的台阶，所述台阶上安装有导向轮，所述卷扬机的皮带或钢丝绳与所述导向轮连接，所述固定外罩的后端与所述电机固定座之间通过拉弹簧连接。

5.根据权利要求1所述的一种双自由度电磁耦合水下观测机构，其特征在于，还包括远程集控系统，所述远程集控系统与所述第一电磁铁、所述第二电磁铁、所述移动机构、所述夹持机构、所述转动机构和所述相机电连接。

技术总结本发明提供一种双自由度电磁耦合水下观测机构，包括水密相机筒，所述水密相机筒内固定有相机，所述水密相机筒的前部内安装有内电磁耦合装置，所述水密相机筒的前部外安装有外电磁耦合装置；外电磁耦合装置具有驱动其纵向移动的移动机构和驱动其转动的转动机构；通过对外电磁耦合装置的移动和转动实现内电磁耦合装置的移动和转动，内电磁耦合装置具有用于夹持相机调焦圈和调光圈的夹持机构。本发明设计了一种双自由度电磁耦合水下观测机构，与传统水下高速摄像装置相比，解决了无法自动水下对焦的问题，提高了水下成像的质量水平和试验的观测精度。技术研发人员：李尧,申丽辉,郭保东,关智华,金国庆,孙铁志,徐胜利受保护的技术使用者：北京机电工程总体设计部（航天科工运载技术研究开发中心）技术研发日：技术公布日：2024/6/13