一种用于深海测量的高线性深度计制造技术

本申请提供一种用于深海测量的高线性深度计，包括支撑框架，围成两端开口的圆柱形腔室；两个柔性电极，分别覆盖并完全封闭所述腔室的两端开口，所述腔室内设置为真空状态；两个所述柔性电极间隔形成电容器，至少一个所述柔性电极用于感知外界水压产生形变，至少一个所述柔性电极位于所述腔室内的一面贴设有薄膜状的绝缘层；所述绝缘层包括至少两个单元，所述单元包括一个中心圆单元及环设于所述中心圆单元外围并与所述中心圆单元同心的至少一个圆环单元，任一所述单元内各处的介电常数相同，不同单元的介电常数不同。本申请提供的一种用于深海测量的高线性深度计具有极高的线性度。线性度。线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于深海测量的高线性深度计


[0001]本申请属于海洋勘测
，具体涉及一种用于深海测量的高线性深度计。

技术介绍

[0002]海洋深度的测量对于海洋勘测具有重要的意义，其测量方式为通常选择电容式压力传感器来进行。相关技术中，电容式压力传感器包括两个相对设置的电极，通过振膜驱动电极运动，使两个电极之间的间距发生变化，形成电容信号的变化，对电容信号进行处理后，即可得到对应的深度值。该种结构的电容式压力传感器中，输出电容仅与电极间距成反比例关系，因此这种结构的电容式压力传感器线性度差。
[0003]因此，实有必要提供一种用于深海测量的高线性深度计，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种用于深海测量的高线性深度计，将绝缘层划分为多个单元，不同单元的介电常数不同，通过电容器电极之间的接触面积和间距变化响应水压变化，形成电容信号变化，可以极大的提高线性度，提高深海测量的精度。
[0005]为解决上述技术问题，本申请的技术方案在于：提供一种用于深海测量的高线性深度计，包括：支撑框架，围成两端开口的圆柱形腔室；两个柔性电极，分别覆盖并完全封闭所述腔室的两端开口，所述腔室内设置为真空状态；两个所述柔性电极间隔形成电容器，至少一个所述柔性电极用于感知外界水压产生形变，至少一个所述柔性电极位于所述腔室内的一面贴设有薄膜状的绝缘层；所述绝缘层包括至少两个单元，所述单元包括一个中心圆单元及环设于所述中心圆单元外围并与所述中心圆单元同心的至少一个圆环单元，任一所述单元内各处的介电常数相同，不同单元的介电常数不同。
[0006]优选的，所述高线性深度计为接触式压力传感器，外界压力等于临界压力时，两个所述柔性电极正好接触但不形成相互挤压；外界水压小于临界压力时，两个所述柔性电极不发生接触；外界水压大于临界压力时，两个所述柔性电极接触并形成相互挤压。
[0007]优选的，所述高线性深度计的临界压力小于一个标准大气压。
[0008]优选的，所述柔性电极包括与所述腔室正对设置的形变区及位于所述形变区外围的固定区，所述固定区与所述框架固定，所述形变区用于感知外界水压产生形变，所述形变区的形状与所述腔室的截面形状相同。
[0009]优选的，以所述中心圆单元为第1个单元，所述中心圆单元外围的若干个圆环单元依次为第2个单元、第3个单元
···
第个单元
···
第个单元，则第个单元的介电常数表示为：
;其中，；式中，表示所述绝缘层上任意一点与中心点的距离；表示所述绝缘层的介电常数与的理论函数关系； 表示第个单元的内径，表示第个单元的外径，时，；表示两个所述柔性电极接触时，接触部分输出电容的灵敏度；表示所述腔室的半径；表示所述腔室的高度；表示所述绝缘层的厚度；表示真空介电常数； 和
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分别表示所述形变区的抗弯刚度、杨氏模量、泊松比和厚度。
[0010]优选的，两个所述柔性电极均用于感知外界水压产生形变，两个所述柔性电极位于所述腔室内的一面贴均贴设有所述绝缘层。
[0011]优选的，其中一个所述柔性电极用于感知外界水压产生形变，另一个所述柔性电极通过基底与外界水体隔绝，不受外界水压作用，所述绝缘层设置于与所述基底连接的柔性电极上。
[0012]优选的，所述绝缘层与所述柔性电极的中轴线位于同一直线上，且所述绝缘层的半径小于所述柔性电极的半径。
[0013]优选的，多个所述圆环单元的环宽不相等，环宽自内、外两侧向中间逐渐增加。
[0014]本申请提供一种用于深海测量的高线性深度计，将绝缘层划分为多个单元，不同单元的介电常数不同，通过电容器电极之间的接触面积和间距变化响应水压变化，形成电容信号变化，可以极大的提高线性度，可以提高深海测量的精度。
附图说明
[0015]图1表示本申请提供的一种高线性深度计的结构示意图；图2表示图1所示的绝缘层的平面示意图；图3表示图2所示的绝缘层的理论介电常数取对数后与的关系曲线；图4表示图1所示的高线性深度计的使用状态图；图5表示图1所示的高线性深度计的电容
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压力曲线图；图6表示图1所示的高线性深度计与普通深度计的电容
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压力曲线对比图；图7表示申请提供的另外一种高线性深度计的结构示意图；图8表示图7所示的高线性深度计的使用状态图；图9表示图7所示的高线性深度计的电容
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压力曲线图；图10表示图7所示的高线性深度计与普通深度计的电容
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压力曲线对比图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申
请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0017]请结合参阅图1
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10，本申请提供一种用于深海测量的高线性深度计100，包括支撑框架10及柔性电极20。
[0018]所述支撑框架10围成两端开口的圆柱形腔室11。所述柔性电极20的数量为两个，两个所述柔性电极20分别覆盖并完全封闭所述腔室11的两端开口，所述腔室11内设置为真空状态。
[0019]所述高线性深度计100中，采用柔性电极来等效替代传统压力传感器中的振膜、连接件及电极的组合结构，整体结构上更为简单。柔性电极直接感知外界水压，受到外界水压作用后产生形变，从而使两个所述柔性电极20之间的电容产生变化。传统的非接触式压力传感器中，通过振膜来感知外界水压，振膜的形变需要通过相应的连接结构传递至电极，使得振膜的形变与电容的变化并非直接产生联系，振膜对电容变化的影响还受制于振膜与极板之间的连接结构。而本申请提供的高线性深度计100中，外界水压直接作用于柔性电极上，相比于传统的非接触式压力传感器，可以获取到更为灵敏的压力变化，可以提升检测的灵敏度。
[0020]进一步的，所述高线性深度计100为接触式压力传感器，即在测量过程中，两个所述柔性电极20之间可以发生接触，并且在接触之后，随着接触面积的增加，仍然可以带来电容的变化，延续测量的过程。
[0021]所述柔性电极20包括与所述腔室11正对设置的形变区21及位于所述形变区域21外围的固定区22，所述固定区22与所述支撑框架10固定，所述形变区21的形状与所述腔室11的截面形状相同，均为圆形。在使用过程中，所述形变区21用于感知外界水压产生形变，从而使两个所述柔性电极20之间的间距发生变化，带来电容的变化；所述固定区22仅仅用于形成固定作用，不产生形变。
[0022]所述高线性深度计100在使用过程中，包括以下几种状态：（1）临界状态：所述形变区21上所受外界水压等于临界压力，两个所述柔性电极20正好接触，但是不产生挤压；（2）低压状态：所述形变区21上所受外界水压小于临界压力，两个所述柔性电极2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于深海测量的高线性深度计，其特征在于，包括：支撑框架，围成两端开口的圆柱形腔室；两个柔性电极，分别覆盖并完全封闭所述腔室的两端开口，所述腔室内设置为真空状态；两个所述柔性电极间隔形成电容器，至少一个所述柔性电极用于感知外界水压产生形变，至少一个所述柔性电极位于所述腔室内的一面贴设有薄膜状的绝缘层；所述绝缘层包括至少两个单元，所述单元包括一个中心圆单元及环设于所述中心圆单元外围并与所述中心圆单元同心的至少一个圆环单元，任一所述单元内各处的介电常数相同，不同单元的介电常数不同。2.根据权利要求1所述的用于深海测量的高线性深度计，其特征在于，所述高线性深度计为接触式压力传感器，外界压力等于临界压力时，两个所述柔性电极正好接触但不形成相互挤压；外界水压小于临界压力时，两个所述柔性电极不发生接触；外界水压大于临界压力时，两个所述柔性电极接触并形成相互挤压。3.根据权利要求2所述的用于深海测量的高线性深度计，其特征在于，所述高线性深度计的临界压力小于一个标准大气压。4.据权利要求2所述的用于深海测量的高线性深度计，其特征在于，所述柔性电极包括与所述腔室正对设置的形变区及位于所述形变区外围的固定区，所述固定区与所述框架固定，所述形变区用于感知外界水压产生形变，所述形变区的形状与所述腔室的截面形状相同。5.据权利要求4所述的用于深海测量的高线性深度计，其特征在于，以所述中心圆单元为第1个单元，所述中心圆单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑，曹镕韬，蔡建兵，邝林娟，段辉高，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：