[發明專利]一種窗口清潔裝置、方法和水下設備

有效

• 申請號: 202010091069.5
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN113245247B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 孫彩明;張愛東;林靜;唐昕柯
• 申請（專利權）人: 鵬城實驗室
• 主分類號: B08B1/00
• 分類號: B08B1/00;B08B3/02;A61L2/18;A61L2/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳志海

本發明公開了一種窗口清潔裝置，包括：清潔刷器和刮臂；刮臂包括：第一連桿、曲張機構、第二連桿和刮臂驅動系統；第一連桿的第二端鉸接于第二連桿的第一端；清潔刷器鉸接于第一連桿的第一端，且轉動軌跡與第一連桿第二端和第二連桿第一端之間鉸接處的轉動軌跡均位于第一平面內，或者平行于所述第一平面；第二連桿能夠由刮臂驅動系統驅使轉動，且轉動軌跡與鉸接處的轉動軌跡均位于第一平面內，或者平行于所述第一平面；曲張機構能夠為第一連桿和第二連桿提供相對轉動的作用力。該方案可使清潔刷器適應不同曲率的光學窗口鏡面，保持清潔刷器始終與光學窗口緊貼狀態，以提高清潔效果。本發明還提供了一種應用上述裝置的窗口清潔方法和水下設備。

技術領域

本發明涉及水下設備技術領域，特別涉及一種窗口清潔裝置、方法和水下設備。

背景技術

地球上水域面積廣闊，超過70％的表面積被海水覆蓋，近年來，水下環境探索，尤其是海洋探索引起了越來越多的關注。帶有分布式節點（如船，浮標，ROV，AUV和海底節點）的水下網絡已經被部署應用到水下環境協作三維立體觀測和監控之中。水下移動節點或固定節點之間的水下無線通信（UWC）也進而成為必不可少的研究技術。水下無線通信（UWC）主要通過使用射頻（RF）電磁波、聲波和光波來實現，然而，射頻在水中受到極大損耗，傳輸距離十分受限，而聲波的帶寬有限且延遲相對較長，因此不適合水下高速數據傳輸。水下無線光通信（UWOC）是一種極具潛力的方法，將信息數據在水中通過光波進行無線傳輸（即光信號），并在對應的接收端進行解調和檢測，已被證明是一種具有著諸多優勢的通信方法，具備帶寬高，數據傳輸速率高，低延遲，體積小等優點。例如美國專利公開No.795,332,6B2中所述，UWOC系統一直不斷的被發展和改良，近年來UWOC設備和產品也已商業化。

一個UWOC系統包含兩對光發送器和接收器，可實現兩方/節點之間的雙向通信。發射器可以具有一個或多個光源（LED或激光）以及用于驅動，調制和控制光源的電子設備。另一方面，接收器可以包括光電二極管以及相應的放大和處理電路。水下數據交換是通過在水介質中的兩個方向上將光信號從每個光發射器傳輸到相應的光接收器來進行的。

一對發射器和接收器可以被分別封裝在單獨的外殼中，也可以是同時裝在同一個外殼中。無論哪種方式，這樣的UWOC設備的外殼一般都被設計成一個帶有光學窗口的防水容器。

圖1顯示基于UWOC技術的水下網絡示意圖，由水面節點：船，浮標，水面站，水下航行器：ROV，AUV和一系列的海底節點。這些節點都配備了UWOC設備，以完成它們之間的通信任務，進而共同進行水下環境探索。在使用場景中，也可以將水面上的浮標用光纖連接到海底節點，然后將其與其他節點無線連接。此外，浮標也可以是帶有UWOC設備的無線節點，從AUV，ROV，海底節點發送/接收數據。每個無線節點攜帶的UWOC設備都會具有覆蓋其輸出/輸入端口的光學窗口。

由于此通信技術依賴于光信號從發光元件（即發光二極管或激光）到光電探測器的傳輸，因此UWOC設備的光學窗口必須是透明的，任何形式的遮擋都會影響數據傳輸的質量。然而UWOC設備在水下工作的時，海底動植物會黏附在其光學窗口上，影響信號傳輸。要保證UWOC設備有效工作，必須設法將其光學窗口上的附著生物清除。

為了解決UWOC設備在水下工作時海底生物黏附在其光學窗口上問題，近年來人們提出了許多防生物附著的方法，主要分為以下幾類：1.使用防污涂料，但該方法不能應用于上述通信設備，因為涂料會降低透明度并增加粗糙度而影響光信號的透射和折射；2.運用紫外線輻射也可以有效防止表面的生物污垢，但是單獨依靠此方式除附著物時能耗較高，不適用于諸如獨立海底節點之類的自容設備；3.應用機械裝置，采用機械方法刮除附著的生物。相比于純靠紫外線輻射的方法耗能較少，并且在去除附著生物的同時，不影響光信設備正常工作。綜上，采用機械裝置刮除光學鏡面附著海生物的方法較適合UWOC設備特點及其使用場景。