本發(fā)明屬于電子電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于深海探測(cè)領(lǐng)域的傳感器。

背景技術(shù)：

海平面1000米以下的深海，是地球上最寧?kù)o而神秘的地方，那里生存著古老的原核生物，那里還蘊(yùn)藏著豐富的資源，它們對(duì)人類(lèi)未來(lái)的生存意義非凡。對(duì)于擁有300多萬(wàn)平方公里“藍(lán)色國(guó)土”的中國(guó)來(lái)講，能否去深海具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義：海洋深處存在著大量的礦產(chǎn)資源，也存在著極端環(huán)境下的生物。這些生物及其基因資源有巨大的科研和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是全球海洋科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。

我國(guó)的深?？萍及l(fā)展計(jì)劃包括綜合大洋鉆探船、深潛技術(shù)和海底觀測(cè)網(wǎng)三大部分。其中，海底觀測(cè)網(wǎng)將通過(guò)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)供應(yīng)能量、收集信息，從而實(shí)現(xiàn)全天候、長(zhǎng)期、連續(xù)的自動(dòng)觀測(cè)。海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是指能夠?qū)５讌^(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)探測(cè)、傳輸數(shù)據(jù)、采集分析樣品以及進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)的海底無(wú)人網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它由光電復(fù)合纜、基站以及一系列的水下監(jiān)測(cè)設(shè)備和控制儀器組成。作為一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)的新型平臺(tái)，海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)將是繼地面與海面(第一個(gè)觀測(cè)平臺(tái))和空中遙測(cè)遙感(第二個(gè)觀測(cè)平臺(tái))之后，人類(lèi)探測(cè)海洋的第三個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，也是國(guó)家安全、環(huán)境保護(hù)、資源開(kāi)發(fā)和減災(zāi)防災(zāi)所不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)和信息獲取手段。

上述工程中，需要有大量的傳感器長(zhǎng)期在深水中工作，對(duì)防水防滲性能要求特別高。現(xiàn)有設(shè)備一般是采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的傳感器不銹鋼外殼，并在不銹鋼外層又有一層陶瓷，使得傳感器進(jìn)行雙重防護(hù)，使其抗水壓能力高達(dá)10MPa，可以長(zhǎng)期在水中工作。其防水密封，主要是通過(guò)密封材料進(jìn)行防水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)有技術(shù)制造的傳感器防潮防濕能力雖然不錯(cuò)，但在高壓水下環(huán)境中工作時(shí)，傳感器還是有可能出現(xiàn)密封失敗的情況。因水有一定的導(dǎo)電性，當(dāng)水滲透到傳感元件時(shí)直接會(huì)造成傳感器性能下降或不穩(wěn)定，從而不能準(zhǔn)確采集信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)可使傳感器失效，影響考察研究工作。

現(xiàn)有技術(shù)的傳感器在傳感元件表面，設(shè)置有多層用于防水防潮的密封層，在深海領(lǐng)域里，傳感器所處的環(huán)境惡劣，傳感器周?chē)乃畨汉艽?，密封層與傳感元件之間，以及不同的密封層之間，都可能形成裂縫，一旦形成裂縫，在強(qiáng)大的水壓下，很快就會(huì)使防水層破壞，大量的水進(jìn)入傳感元件，損壞傳感器。

本發(fā)明根據(jù)深海環(huán)境的特點(diǎn)，提供了一種能適應(yīng)深水高壓環(huán)境，防水防潮性好，價(jià)格低廉性能穩(wěn)定的傳感器，尤其是一種在萬(wàn)一出現(xiàn)滲漏的情況下具有自我修復(fù)功能的深水抗壓傳感器。 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

深水抗壓傳感器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的傳感元件，傳感元件是深水抗壓傳感器的核心部件，安裝在殼體內(nèi)部；殼體是抵抗深水水壓的防線，使用金屬、陶瓷或者其他非金屬高分子材料制造，一般很少發(fā)生問(wèn)題。為了制造、檢修或者穿過(guò)通訊電纜等需要，殼體上需要有一個(gè)以上的開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口是防水成敗的關(guān)鍵，絕大部分滲漏都是在這個(gè)開(kāi)口位置。根據(jù)傳感器的種類(lèi)不同及其功能需要，所述殼體可以呈圓棒狀，殼體開(kāi)口處有朝內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的折邊。殼體也可以呈球狀，殼體開(kāi)口處有朝內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的折邊，殼體設(shè)計(jì)成球狀可承受更高的水壓力，尤其適宜于海溝等超高壓力的超深水域中使用。

殼體的開(kāi)口處外側(cè)有密封膠，密封膠和折邊壓槽等形成一個(gè)整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和防止外側(cè)水向傳感器內(nèi)部滲透，既是防水和抵抗水壓的第一道防線，也可以阻止內(nèi)部的憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物在遇水膨脹時(shí)擠壓出殼體。殼體的開(kāi)口處內(nèi)側(cè)有憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物作為防水堵漏材料，形成防水的第二道防線。所述殼體開(kāi)口處內(nèi)側(cè)的憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物，混合物可以呈粉末狀，也可以呈泥漿狀。粉末狀的混合物，可以是兩種以上的粉末狀材料混合而成，也可以是一種以上的粉末材料和一種以上的液體材料混合而成，還可以是一種以上的粉末狀填充材料和憎水材料和膨脹材料混合而成。粉末狀的密封材料不僅便于制造時(shí)的填充封裝，而且在殼體開(kāi)口處的密封膠出現(xiàn)裂縫時(shí)，粉末狀或者泥漿狀的混合物可以在小范圍內(nèi)移動(dòng)，能夠主動(dòng)移動(dòng)到裂縫處，并將裂縫填充堵塞。

在殼體的開(kāi)口處的密封膠內(nèi)側(cè)，有憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物作為防水密封材料，在萬(wàn)一傳感器殼體開(kāi)口處的密封膠出現(xiàn)密封破壞而滲水時(shí)（或者密封膠與殼體之間出現(xiàn)密封破壞時(shí)），膨脹材料遇水后膨脹即體積增大，從而在滲水區(qū)域附近會(huì)形成一個(gè)較大的內(nèi)壓力，擠壓混合在一起的憎水材料，當(dāng)內(nèi)部的擠壓力大于或者等于外部水壓力，則可以重新封堵密封膠滲水的縫隙，起到自動(dòng)修復(fù)密封膠的作用。

殼體開(kāi)口處內(nèi)側(cè)的憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物中，憎水材料的體積比為25%~ 95%，膨脹材料的體積比為5%~ 65% 。但是通過(guò)試驗(yàn)證明，憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物中，憎水材料的體積比為35%~ 75%、膨脹材料的體積比為20%~ 40%時(shí)防水抗?jié)B效果較佳，憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物比單獨(dú)使用膨脹材料的封堵防水效果強(qiáng)3-10倍左右。

在殼體的開(kāi)口處使用密封膠固化封堵。所述殼體開(kāi)口處可以有朝內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的折邊，殼體開(kāi)口處還可以同時(shí)有一道以上的凹狀的壓槽或者壓痕，壓槽或者折邊與開(kāi)口處的密封層緊密結(jié)合，在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)固定密封層。壓槽或者折邊的主要作用是與密封膠形成齒合狀態(tài)，增加與密封膠之間的結(jié)合力，在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)能夠牢固地固定密封層，使密封層不至于在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)，受到膨脹力的作用而擠壓脫離。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，單有壓槽而無(wú)折邊的技術(shù)方案，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。

所述傳感器的傳感元件，可以是聲吶接受元件、聲吶發(fā)送元件、壓力監(jiān)測(cè)元件、測(cè)溫元件攝像元件等。目前，市場(chǎng)上可供選擇的憎水材料很多，如石蠟或有機(jī)硅油等，主要是根據(jù)使用溫度來(lái)選擇合適的憎水材料。所述殼體一般為銅、鋁、不銹鋼等材料制成，也可以是聚乙烯等塑料樹(shù)脂、特種陶瓷等材料制成。遇水膨脹的材料，可以是膨脹水泥、改性高鈉基膨潤(rùn)土粒、丙烯酸鈉(包括親水性高分子化合物和交聯(lián)丙烯酸鈉復(fù)合的樹(shù)脂)、聚乙烯醇、親水性聚氨酯預(yù)聚體(由環(huán)氧乙烷或四氫呋喃水溶性聚醚與異氰酸酯反應(yīng)所得)以及改性物等等。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中： 圖1是球狀的深水抗壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是瓶狀的深水抗壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是球狀的深水抗壓傳感器的殼體示意圖；

圖4是鉤狀折邊和兩道壓槽的殼體示意圖；

圖5是圓弧狀折邊和一道壓槽的殼體示意圖；

圖6是雙折狀折邊的殼體示意圖；

圖7是鉤狀折邊的殼體示意圖；

圖8是圓弧狀折邊的殼體示意圖；

圖中：1-密封膠，2-殼體開(kāi)口的折邊（或壓槽），3-殼體，4-憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物，5-數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)裝置，6-導(dǎo)線，7-傳感元件，8-傳感元件固定膠。

具體實(shí)施方式一：

如圖1所示，以深海探測(cè)用的球狀聲吶探測(cè)傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。其殼體形狀如圖3所示。

眾所周知，陸地通信主要靠電磁波，但到了水中電磁波在海水中最多只能深入幾米，深海通信一般采用聲波通訊，用于實(shí)時(shí)高速傳輸圖像和語(yǔ)音、文字等信息。這一技術(shù)需要解決很多難題，比如聲音延遲問(wèn)題、聲學(xué)傳輸速率很低的問(wèn)題等等，但是一個(gè)最基本的問(wèn)題就是防水問(wèn)題。

本發(fā)明的具體實(shí)施例——球狀聲吶探測(cè)傳感器，其殼體（3）形狀如圖3所示，殼體（3）呈球狀，使用特種陶瓷材料制造，能夠抵御深海的強(qiáng)大水壓，殼體（3）設(shè)計(jì)成球狀可承受更高的水壓力，尤其適宜于海溝等超高壓力的超深水域中使用。在殼體（3）上有一個(gè)以上的供制造、安裝或維修使用的開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口是防水成敗的關(guān)鍵，絕大部分滲漏都是在這個(gè)開(kāi)口位置，殼體（3）開(kāi)口的邊沿做成向內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的折邊（2）。

如圖1所示，聲納傳感元件（7）是深水抗壓聲吶傳感器的核心部件，安裝在殼體（3）內(nèi)部，通過(guò)導(dǎo)線（6）和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)裝置（5）進(jìn)行通信傳輸數(shù)據(jù)。為了更好地接受和發(fā)送聲吶信號(hào)，傳感元件（7）（接收聲吶元件或發(fā)送聲吶元件）緊貼殼體（3）安裝，并使用傳感元件固定膠（8）固定在殼體（3）上。殼體（3）的開(kāi)口處外側(cè)有密封膠（1），密封膠（1）可以是聚氨酯膠、不飽和樹(shù)脂膠或者其他密封膠，密封膠（1）和殼體（3）開(kāi)口處的折邊（2）結(jié)合在一起，折邊（2）起到一個(gè)固定和支持密封膠（1）的作用。密封膠（1）直接接觸海水，是防水和抵抗水壓的第一道防線，折邊（2）插入密封膠（1）中間，起到類(lèi)似于擋水板的作用，增強(qiáng)防水功能；折邊（2）插入密封膠（1）中間，兩者緊密結(jié)合為一體，還可以阻止傳感器內(nèi)部的憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物（4）在遇水膨脹時(shí)擠壓出殼體（3）。

在本實(shí)施例中，可以選用硅油35%~ 95%、碳酸鈣粉5%~ 25%、膨潤(rùn)土5%~ 40%組成的混合物（4），混合物（4）呈泥漿狀。泥漿狀的混合物（4）比粉末狀的混合物（4）具有更小的可壓縮性，抗海水高壓的性能更好。

在殼體（3）的開(kāi)口處的密封膠（1）內(nèi)側(cè)，有憎水材料硅油、膨脹材料膨潤(rùn)土和填充材料碳酸鈣粉組成的混合物（4）作為防水密封材料，形成防水的第二道防線。在萬(wàn)一傳感器殼體（3）開(kāi)口處的密封膠（1）出現(xiàn)密封破壞而滲水時(shí)（或者密封膠（1）與殼體（3）之間出現(xiàn)密封破壞時(shí)），水會(huì)進(jìn)入到混合物（4）中，而膨潤(rùn)土具有很強(qiáng)的吸濕性和膨脹性，可吸附8～15倍于自身體積的水量，體積膨脹可達(dá)數(shù)倍至30倍，膨脹材料膨潤(rùn)土遇水后膨脹即體積增大，從而在滲水區(qū)域的膨潤(rùn)土附近會(huì)形成一個(gè)較大的內(nèi)壓力，擠壓混合在一起的憎水材料和填充材料，當(dāng)內(nèi)部的擠壓力大于或者等于外部水壓力，則可以重新封堵密封膠（1）滲水的縫隙，起到自動(dòng)修復(fù)密封膠（1）的作用。

壓槽或者折邊（2）的主要作用是與密封膠（1）形成齒合狀態(tài)，增加與密封膠（1）之間的結(jié)合力，在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)能夠牢固地固定密封層，使密封層不至于在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)，受到膨脹力的作用而擠壓脫離。

具體實(shí)施方式二：

如圖2所示，具體實(shí)施方式以瓶狀的深水抗壓溫度傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。其殼體形狀至少可以有圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示的幾種。

深水勘察，溫度的測(cè)量和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)研究必不可少的項(xiàng)目，防水問(wèn)題是最基本的問(wèn)題。

本發(fā)明的具體實(shí)施例——瓶狀的深水抗壓溫度傳感器，其殼體（3）形狀如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，殼體（3）呈圓筒狀或酒瓶狀，使用不銹鋼材料制造，能夠抵御深水的強(qiáng)大水壓，適宜于深水項(xiàng)目中使用。圖4是鉤狀折邊和兩道壓槽的殼體示意圖，密封膠（1）與折邊（2）、密封膠（1）與壓槽（2）均緊密結(jié)合，形成一個(gè)雙重保險(xiǎn)的整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和水的滲透；圖5是圓弧狀折邊和一道壓槽的殼體示意圖，密封膠（1）與折邊（2）、密封膠（1）與壓槽（2）均緊密結(jié)合，形成一個(gè)雙重保險(xiǎn)的整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和水的滲透。圖6是雙折狀折邊的殼體示意圖，密封膠（1）與折邊（2）緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和水的滲透；圖7是鉤狀折邊的殼體示意圖，密封膠（1）與折邊（2）緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和水的滲透；圖8是圓弧狀折邊的殼體示意圖，密封膠（1）與折邊（2）緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體，抵御傳感器內(nèi)外的壓力和水的滲透。

在殼體（3）上有一個(gè)以上的供制造、安裝或維修使用的開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口是防水成敗的關(guān)鍵，絕大部分滲漏都是在這個(gè)開(kāi)口位置，殼體（3）開(kāi)口的邊沿做成向內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)的折邊（2）或者壓槽（2）。

如圖2所示，溫度傳感元件（7）是深水抗壓溫度傳感器的核心部件，安裝在殼體（3）內(nèi)部，可通過(guò)導(dǎo)線（6）進(jìn)行通信和傳輸數(shù)據(jù)。為了更好地檢測(cè)溫度，傳感元件（7）緊貼殼體（3）安裝，并使用傳感元件固定膠（8）固定在殼體（3）上。殼體（3）的開(kāi)口處外側(cè)有密封膠（1），密封膠（1）可以是聚氨酯膠、不飽和樹(shù)脂膠或者其他密封膠，密封膠（1）和殼體（3）開(kāi)口處的折邊或者壓槽（2）結(jié)合在一起，折邊（2）或者壓槽（2）起到一個(gè)固定和支持密封膠（1）的作用。密封膠（1）直接接觸外界，是防水和抵抗水壓的第一道防線，折邊（2）或者壓槽（2）插入密封膠（1）中間，起到類(lèi)似于擋水板的作用，增強(qiáng)防水功能；折邊（2）或者壓槽（2）插入密封膠（1）中間，兩者緊密結(jié)合為一體，還可以阻止傳感器內(nèi)部的憎水材料和膨脹材料等兩種以上材料組成的混合物（4）在遇水膨脹時(shí)擠壓出殼體（3）。

在本實(shí)施例中，可以選用石蠟粉25%~ 75%、高膨脹倍數(shù)的膨脹水泥20%~ 65%組成的混合物（4）；也可以使用膨潤(rùn)土部分或者全部替代膨脹水泥，與石蠟粉混合成混合物（4），混合物（4）呈粉末狀。

在殼體（3）的開(kāi)口處的密封膠（1）內(nèi)側(cè)，有憎水材料石蠟粉、膨脹材料膨潤(rùn)土膨脹水泥組成的混合物（4）作為防水密封材料，形成防水的第二道防線。在萬(wàn)一傳感器殼體（3）開(kāi)口處的密封膠（1）出現(xiàn)密封破壞而滲水時(shí)（或者密封膠（1）與殼體（3）之間出現(xiàn)密封破壞時(shí)），水會(huì)進(jìn)入到混合物（4）中，而膨潤(rùn)土和高膨脹倍數(shù)的膨脹水泥具有很強(qiáng)的吸濕性和膨脹性，體積膨脹可達(dá)數(shù)倍至數(shù)十倍，從而在滲水區(qū)域附近會(huì)形成一個(gè)較大的內(nèi)壓力，擠壓混合在一起的憎水材料石蠟粉和膨脹材料，當(dāng)內(nèi)部的擠壓力大于或者等于外部水壓力，則可以重新封堵密封膠（1）滲水的縫隙，起到自動(dòng)修復(fù)密封膠（1）的作用，在封堵完成后的一定時(shí)間里，膨脹水泥會(huì)自動(dòng)固化，徹底堵住滲水的縫隙。

壓槽（2）或者折邊（2）的主要作用是與密封膠（1）形成齒合狀態(tài)，增加與密封膠（1）之間的結(jié)合力，在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)能夠牢固地固定密封層，使密封層不至于在內(nèi)部膨脹材料發(fā)生膨脹時(shí)，受到膨脹力的作用而擠壓脫離。

目前，市場(chǎng)上可供選擇的憎水材料很多，如石蠟或有機(jī)硅油等，主要是根據(jù)使用溫度來(lái)選擇合適的憎水材料。

所述溫度傳感器的傳感元件，可以是PT100、PT1000、Cu50、NTC、PTC、18B20等熱電阻或芯片。所述殼體（3）一般為銅、鋁、不銹鋼等材料制成，也可以是聚乙烯等塑料樹(shù)脂材料制成的殼體（3）。遇水膨脹的材料更多，如膨脹水泥、改性高鈉基膨潤(rùn)土粒、丙烯酸鈉(包括親水性高分子化合物和交聯(lián)丙烯酸鈉復(fù)合的樹(shù)脂)、聚乙烯醇、親水性聚氨酯預(yù)聚體(由環(huán)氧乙烷或四氫呋喃水溶性聚醚與異氰酸酯反應(yīng)所得)以及改性物等等。以上材料可以替換具體實(shí)施方式中的舉例材料。

本發(fā)明中所述的混合物（4），包括兩種以上材料的沒(méi)有任何化學(xué)變化的純物理混合物，也包括混合物組成材料之間既有物理混合又有化學(xué)締合或化學(xué)反應(yīng)的混合物，還包括混合物中部分材料產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)的混合物。

本發(fā)明所有實(shí)施例所述深水抗壓傳感器的其它結(jié)構(gòu)和材料參見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。