深海环境下传感器压力平衡及压力探测的研究

Pressure balance and pressure detection of sensor in deep ocean environment is the basic issue and key technologies in the area of ocean monitoring and ocean engineering.Currently the investigations on the principles of mechanics and mechanical behavior of the pressure balance methodology in deep ocean environment is insufficient, and the required wide range detection and high sensitivity for deep ocean pressure probing remain two big obstacles. Our project aims at exploring the mechanical properties of pressure balance by using the elastic components (diaphragm, soft bladder.capsule and bellows) and the piston in the deep ocean. Based on the compressibility of the liquid, the influence of the pressure difference inside and outside of the sensor on the sensor performance and measurement accuracy caused by variational water pressure with depth is investigated. The characteristics of various pressure balance methods under the big pressure of the deep ocean environment as well as the design principles of the pressure balance device are summarized. In order to meet the requirement of the ocean monitoring, scientific research and deep-sea resources exploration, the high-precision pressure detection approach is studied, and the design approach of reliable and low-cost new ocean pressure sensors is investigated. The achievements of this project could also be applied to improve the design of underwater equipments in the deep ocean environment , and even further explore the novel device structure with significant importance.

深海环境下传感器压力平衡和压力探测是海洋监测、海洋工程中的通用基础技术和关键问题，针对深海环境下压力平衡方法的力学原理和力学行为的研究欠缺的现状，深海压力探测所面临的大测量范围与高灵敏度间的难题，本项目探索在深水大压力作用下应用弹性元件（膜片、软囊和波纹管）和活塞的压力平衡的力学特性，研究基于流体的可压缩性，随深度变化的海水压力导致的传感器内外压力差对传感器性能和测量精度的影响，总结深海大压力环境下传感器各种压力平衡方法的特点及压力平衡装置的设计原则，探索实现深海环境下高精度压力探测的方法，设计可靠、低成本的新型海洋压力传感器。以满足海洋监测、科学研究及深海资源的探查、开发、施工作业的需求。本项目的研究成果也可应用于改进深海环境下水下仪器设备的结构设计, 探索新的结构，具有重要的科学意义和应用价值。

深海环境下传感器压力平衡和压力探测是海洋监测、海洋工程中的通用基础技术和关键问题，针对深海环境下压力平衡方法的力学原理和力学行为的研究欠缺的现状，深海压力探测所面临的大测量范围与高灵敏度间的难题，本项目深入研究在深水大压力作用下应用弹性元件（膜片、软囊和波纹管）力学特性，研究基于流体的可压缩性，随深度变化的海水压力导致的传感器内外压力差对传感器性能和测量精度的影响，总结深海大压力环境下传感器各种压力平衡方法的特点及压力平衡装置的设计原则，提出了一种分析弹性元件压力补偿性能的数值方法，为用于水下仪器设备压力平衡的弹性元件的性能分析以及设计选型提供了一种新的分析方法和计算软件。.阐明活塞式压力补偿器工作的力学过程，建立活塞、O形密封圈及缸体系统的静态和动态力学模型。提出应用间断式压力平衡方式和组合式密封结构，以保证活塞运动的灵活性和密封的可靠性，为基于活塞式压力平衡的水下仪器设备的结构设计提供指导。.设计、研制大量程范围的高绝对精度的传感器压力实验平台，能够在深水大压力下产生高精度微小的压力变化，理论上压力变化值和水深压力的比值可以到达百万之一，采用闭环伺服系统控制，具有数据采集、处理和显示功能。.设计、研制大量程范围的具有微牛级精度的三维力标定平台，理论上能够产生、加载和测量μN级到 N级的三维力；以进行可变的大压力环境下的应用弹性元件（膜片、软囊和波纹管）和活塞压力平衡方法及力学效应研究中相关力测量和标定。.提出一种能满足水下压力传感器在深海大压力环境下小压差测量的精度要求的深海压力探测方法，提出压力传感器的设计方案，研制了试验样机。.设计开发了能够消除噪声干扰的传感器信号调理电路，并制作了数据存储和处理的单片机；.本项目的研究成果为实现深海环境下高精度压力探测，改进深海环境下水下传感器的设计，探索新的结构，尤其是新的水下传感器（如压力传感器、水深、流速传感器等）提供理论依据、技术支持和实验平台。