[发明专利]双对称活塞式水深测量传感器和水下压力的测量方法

权利要求书

1.双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：包括一个主缸体，所述主缸体内通过两个隔板将主缸体内腔分隔为独立的三个腔体，三个腔体从上往下依次为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体和第三腔体之间通过一个连接管相连通，所述第二腔体内设置有主活塞，所述主活塞将第二腔体分隔为两个独立的上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体内分别填充有液体介质，所述上腔体一侧连接有一个压力敏感元件，所述上腔体与所述压力敏感元件的内部相连通，所述下腔体一侧连接有压力平衡装置，通过所述压力平衡装置使上腔体和下腔体内的压力平衡；所述主活塞中部设置有一个活塞杆，所述活塞杆的上下两端分别伸入第一腔体和第三腔体内，采用对称的活塞杆结构使得主活塞两侧承受的有效截面积相等，所述活塞杆的上段和下段分别通过上下两个隔板来进行密封与导向，所述第三腔体内设置有一个驱动所述主活塞的活塞杆上下移动的驱动机构。

2.如权利要求1所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述驱动机构包括减速电机、丝杆、螺母，所述减速电机安装在位于第三腔体内的电机安装板上，所述减速电机的输出轴竖直向上延伸并固定连接有丝杆，所述丝杆外螺纹套装有螺母，所述螺母的上端与主活塞的活塞杆的下端固定连接，通过减速电机带动丝杆旋转，进而带动螺母和主活塞的活塞杆上下移动，从而带动主活塞上下移动。

3.如权利要求2所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述第三腔体内从上往下依次固定设置有对螺母进行竖向导向的螺母导向板、防止螺母旋转的导轨。

4.如权利要求3所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述导轨中心开有一个沿竖直方向延伸的中心孔，所述导轨的中心孔内壁沿周向开有多个导向凹槽，每个导向凹槽沿竖直方向延伸，所述螺母的下端外侧设有向外凸出的多个导向凸键，多个导向凸键与多个导向凹槽一一对应的滑动配合。

5.如权利要求1所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述的压力平衡装置包括第一次缸体、次活塞、压缩弹簧、次端盖，所述次活塞将次缸体内腔分隔为第四腔体和第五腔体，所述第四腔体与所述下腔体相连通，所述第五腔体与外界连通，所述次端盖设置在第五腔体外端，所述压缩弹簧设置在第五腔体内，且所述压缩弹簧一端抵压在次活塞上、另一端抵压在次缸体的次端盖上。

6.如权利要求1所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述压力平衡装置包括第二次缸体、第一拉伸弹簧、第一固定杆和弹性膜片，所述第二次缸体与下腔体相连通，所述弹性膜片设置在第二次缸体外端用于密封第二次缸体，所述第一固定杆竖向设置在第二次缸体内，所述第一拉伸弹簧的两端分别固定在第一固定杆和弹性膜片上。

7.如权利要求1所述的双对称活塞式水深测量传感器，其特征在于：所述压力平衡装置包括第三次缸体、第二拉伸弹簧、第二固定杆和软囊，所述第三次缸体与下腔体相连通，所述软囊设置在第三次缸体外端用于密封第三次缸体，所述第二固定杆竖向设置在第三次缸体内，所述第二拉伸弹簧的两端分别固定在第二固定杆和软囊上。

8.水下压力的测量方法，其特征在于：所述测量方法是利用如权利要求1至7任一项所述的双对称活塞式水深测量传感器进行测量的，所述测量方法按如下步骤依次进行：

(1)设双对称活塞式水深测量传感器的极限压力值为P_max；

(2)将双对称活塞式水深测量传感器从待测水面开始下降，随着水深的增加，双对称活塞式水深测量传感器测得的动态压力逐渐增大；

(3)当双对称活塞式水深测量传感器测得的动态压力值达到极限压力值P_max时，控制驱动机构动作来驱动主活塞的活塞杆向靠近第一腔体的方向移动，使得主活塞同步移动压缩上腔体内的液体介质，以减小压力敏感元件内外的压力差，直至双对称活塞式水深测量传感器测得的动态压力值减小为零时，控制驱动机构停止运动，第1次压力测量循环结束，记录第1次压力测量循环内主活塞的移动位移X₁；

(4)将双对称活塞式水深测量传感器继续下降，当双对称活塞式水深测量传感器测得的动态压力值再次达到极限压力值P_max时，重复步骤(3)，如此循环完成第2次到第N次压力测量循环，并分别记录第2次到第N次压力测量循环内主活塞的移动位移X₂,......X_N,其中N为正整数；

(5)当到达指定的水深位置时，双对称活塞式水深测量传感器停止下降，此时读取双对称活塞式水深测量传感器的动态压力P_d，并通过公式一来计算得出指定的水深位置处的压力P：

P＝K*A*S/V+P_d 公式一

其中，K为上腔体内液体介质的体积弹性模量，A为主活塞横截面积，S为每次压力测量循环中主活塞的移动位移之和，即S＝X₁+X₂+......+X_N，V为上腔体的初始容积。