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一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体
申请号	CN202311502087.8	申请日	2023-11-13	公开(公告)号	CN117516792A	公开(公告)日	2024-02-06
申请人	大连理工大学; 大连瑞新摇摆台科技有限公司;			发明人	唐国强; 乔东生; 吕林; 尹力; 雒义新; 闫晓惠; 宋志伟; 陈贺;
摘要	本发明属于海底管缆局部冲刷、受力以及在位稳定性技术领域，公开了一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，主要由传感器安装本体、透水滤塞、压力传感器以及透水滤塞固定螺栓构成；压力传感器与传感器安装本体通过螺纹连接；透水滤塞和传感器安装本体采用透水滤塞固定螺栓连接。本发明提出了一种压力传感器安装体，该安装体可有效防止细颗粒悬浮泥沙造成对压力传感器的堵塞问题。透水滤塞结构可保障水体自由流动至塑料鼓膜上部，通过塑料鼓膜、容腔本体和压力传感器安装孔，形成有效的压力传导过程，不会对压力传感器的测试精度产生影响。透水滤塞的清理和安装方便快捷，可有效提高实验效率。
权利要求	1.一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，该压力传感器安装体主要由传感器安装本体(1)、透水滤塞(2)、压力传感器(3)以及透水滤塞固定螺栓(8)构成；压力传感器(3)与传感器安装本体(1)通过螺纹连接；透水滤塞(2)和传感器安装本体(1)采用透水滤塞固定螺栓(8)连接。 2.根据权利要求1所述的可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，传感器安装本体(1)为圆柱体结构，其两端为对称结构，端部设有密封圈安装槽(6)用于安装橡胶密封圈，起到止水的作用；传感器安装本体(1)的两端为内嵌的安装平台，其上开有多个压力传感器安装孔(5)，用于安装压力传感器(3)；传感器安装本体(1)的周向表面开有均匀的透水滤塞安装孔(9)和透水滤塞固定螺栓孔(4)，用于透水滤塞(2)和透水滤塞固定螺栓(8)的安装，透水滤塞(2)通过透水滤塞固定螺栓(8)固定在传感器安装本体(1)表面；透水滤塞安装孔(9)、中空腔室(7)以及压力传感器安装孔(5)为传感器安装本体(1)加工时预留的空腔，中空腔室(7)为透水滤塞(2)与压力传感器(3)之间提供压力传递通道。 3.根据权利要求1所述的可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，传感器安装本体(1)使用过程中，中空腔室(7)上部封盖塑料鼓膜(11)，塑料鼓膜(11)上部封盖薄不锈钢片(10)，三者构成动水压力传导系统；其中，薄不锈钢片(10)为塑料鼓膜(11)提供安装载体；薄不锈钢片(10)的中间部位为圆形中空结构，中空结构的直径略小于塑料鼓膜(11)的直径，塑料鼓膜(11)通过防水胶水直接粘贴到薄不锈钢片(10)上，薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓(12)穿过薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓孔(13)将薄不锈钢片(10)固定在中空腔室(7)上。 4.根据权利要求1所述的可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，透水滤塞(2)上开有透水缝(14)，为通过轴向切割出的0.1～0.2mm宽度的曲线，透水缝(14)能防止沙子进入中空腔室(7)，而不影响水的进出；透水滤塞(2)的内表面开有豁口(15)，避开薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓(12)。 5.根据权利要求1所述的可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，传感器安装本体(1)由铝合金制成，并需要经阳极氧化处理，防止在水环境中生锈。 6.根据权利要求1所述的可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其特征在于，透水滤塞(2)采用铝合金制成，并经阳极氧化处理，有效防止在水下环境中生锈。
说明书全文	一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体技术领域 [0001] 本发明属于海底管缆局部冲刷、受力以及在位稳定性技术领域，涉及一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体。背景技术 [0002] 海底管缆结构被广泛应用于海洋油气资源开发、海底通信、清洁能源利用等领域，如海底输油/气管道、海底通信光缆、海上风机输电缆等，这些管缆结构的投资巨大。在流体的作用下，如单向流、波浪及波流联合作用等水动力条件，这些海底管缆结构极易发生局部冲刷。当发生局部冲刷后，上述管缆结构会大范围暴露在流体流动中，改变其设计的水动力特性，引发其在位失稳破坏，从而带来巨大的经济损失，甚至是难以修复的海洋环境灾害。 [0003] 目前，针对海底管缆结构受力的测量主要采用的是水下压力传感器。特殊的是，当海底管缆发生局部冲刷后，会在管缆结构的周围形成高浓度的细颗粒悬浮的泥沙。这些细颗粒泥沙会随着流体的流动而发生运动，极易造成压力传感器堵塞，严重影响测量精度，甚至导致压力传感器无法工作。 [0004] 为防止悬浮泥沙引起的压力传感器堵塞问题，目前现行的物理实验中通常会采用透水石，详见汤兆光等人发表的三种孔隙水压计量测性能对比初探文章。物理实验中，将透水石放置到压力传感器最前端的压力敏感元件上，进而起到隔离悬浮的细颗粒泥沙的作用。但是，物理实验的实践表明，此类透水石结构会降低压力敏感元件的敏感性，同时存在容易脱落的缺陷，从而对实验数据的准确性产生不利的影响。因此，亟需发展一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，实现对管缆结构动水压力的准确测量，进而服务管缆的强度和稳定性设计，保障管缆的安全运行。发明内容 [0005] 为解决现有技术存在的上述问题以及满足海底管缆受力和在位稳定性设计的现实需求，本发明的目标为提供一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，实现对海底管缆所受流体作用力的准确测量，进而服务管缆结构的强度和在位稳定性设计。 [0006] 本发明的技术方案： [0007] 一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，其整体示意图如图1所示，主要由传感器安装本体1、透水滤塞2、压力传感器3以及透水滤塞固定螺栓8构成；压力传感器3与传感器安装本体1通过螺纹连接；透水滤塞2和传感器安装本体1采用透水滤塞固定螺栓8连接；传感器安装本体1由铝合金制成，并需要经阳极氧化处理，防止在水环境中生锈，相应的剖面如图2所示。传感器安装本体1为圆柱体结构，其两端为对称结构，端部设有密封圈安装槽6用于安装橡胶密封圈，起到止水的作用；传感器安装本体1的两端为内嵌的安装平台，其上开有多个压力传感器安装孔5，用于安装压力传感器3；传感器安装本体1的周向表面开有均匀的透水滤塞安装孔9和透水滤塞固定螺栓孔4，用于透水滤塞2和透水滤塞固定螺栓8的安装，透水滤塞2通过透水滤塞固定螺栓8固定在传感器安装本体1表面；透水滤塞安装孔9、中空腔室7以及压力传感器安装孔5为传感器安装本体1加工时预留的空腔，中空腔室7为透水滤塞2与压力传感器3之间提供压力传递通道。如图3所示，传感器安装本体使用过程中，中空腔室7上部封盖塑料鼓膜11，塑料鼓膜11上部封盖薄不锈钢片10，三者构成动水压力传导系统。薄不锈钢片10、塑料鼓膜11和中空腔室7间的具体连接方式如图4所示，其中，薄不锈钢片10为塑料鼓膜11提供安装载体；薄不锈钢片10的中间部位为圆形中空结构，中空结构的直径略小于塑料鼓膜11的直径，塑料鼓膜11通过防水胶水直接粘贴到薄不锈钢片 10上，薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓2穿过薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓孔13将薄不锈钢片10固定在中空腔室7上。透水滤塞2结构如图5所示，透水滤塞2采用铝合金制成，并经阳极氧化处理，可有效防止在水下环境中生锈；透水滤塞2上开有透水缝14，为通过轴向切割出的0.1～0.2mm宽度的曲线，透水缝14能防止沙子进入中空腔室7，而不影响水的进出；透水滤塞2的内表面开有豁口15，避开压薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓12。 [0008] 本发明的工作原理： [0009] 当实验水槽的流体通过透水滤塞上的缝隙进入后，压迫塑料鼓膜，再由透水室容腔内的水将压力传导给压力传感器，传感器再将水压变化转换成电学信号变化传到数采系统，实现对动水压力的准确测量。该种结构设计的技术优势为： [0010] (1)透水滤塞隔离沙子，如果透水滤塞缝隙内沉积泥沙较多，只需拧下透水滤塞固定螺栓，拆下透水滤塞后，用水冲洗即可。 [0011] (2)中空腔室和压力传感器安装孔内的水为提前加注，确保无残留气体后，再封盖塑料鼓膜和薄不锈钢片。冲洗透水滤塞时，不影响中空腔室和压力传感器安装孔内充入的水，进而保障压力传导过程不失真。 [0012] 本发明的有益效果： [0013] (1)本发明提出了一种压力传感器安装体，该安装体可有效防止细颗粒悬浮泥沙造成对压力传感器的堵塞问题。 [0014] (2)透水滤塞结构可保障水体自由流动至塑料鼓膜上部，通过塑料鼓膜、容腔本体和压力传感器安装孔，形成有效的压力传导过程，不会对压力传感器的测试精度产生影响。 [0015] (3)透水滤塞的清理和安装方便快捷，可有效提高实验效率。附图说明 [0016] 图1为压力传感器安装体的整体示意图； [0017] 图2为压力传感器安装体的剖视图； [0018] 图3为容腔结构示意图； [0019] 图4为动水压力传导系统示意图； [0020] 图5为透水滤塞结构示意图。 [0021] 图中：1传感器安装本体；2透水滤塞；3压力传感器；4透水滤塞固定螺栓孔；5压力传感器安装孔；6密封圈安装槽；7中空腔室；8透水滤塞固定螺栓；9透水滤塞安装孔；10薄不锈钢片；11塑料鼓膜；12薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓；13薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓孔；14透水缝；15豁口。具体实施方式 [0022] 以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。 [0023] 一种可快速清理泥沙沉积物的压力传感器安装体，主要由传感器安装本体1、透水滤塞2、压力传感器3以及透水滤塞固定螺栓8构成。 [0024] 本发明提出的压力传感器安装体的工作环境为水下，因此为了防止其在水下环境长期工作所带来的材料锈蚀问题，压力传感器安装本体1需要由铝合金制成，并需要经阳极氧化处理。压力传感器安装本体1加工过程中预留由透水滤塞安装孔9、中空腔室7和压力传感器安装孔5三个连通的空腔。压力传感器安装本体的最大外径为20cm，两端对称设置如6所示的密封圈安装槽，用于安装橡胶密封圈，进而起到止水的作用，安装槽的高度为3.0mm，宽度为5.0mm。传感器安装本体设置直径为30mm的透水滤塞安装孔9，深度为10.0mm，用于安装透水滤塞。透水滤塞2的直径为30.0mm，深度与透水滤塞安装孔9的深度一致，并通过M4透水滤塞固定螺栓8穿过透水滤塞固定螺栓孔4，将透水滤塞2安装到透水滤塞安装孔9中。将压力传感器3与安装本体1连接。透水滤塞2同样采用铝合金制成，并经阳极氧化处理，防止锈蚀，轴向割出0.1mm～0.2mm的曲线形透水缝14，用于透水并传导动水压力。此外，透水滤塞2的底部内表面设置豁口15，避开压薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓12。传感器安装体1的两侧，每侧沿周向每隔45°设置直径为18.5mm的压力传感器安装孔5，即传感器安装体1的左端和右端分别设置8个开孔结构，用于安装压力传感器3，传感器安装体1的左侧和右侧相邻两个压力传感器安装孔5相差15°。 [0025] 中空腔室7主要为透水滤塞2和压力传感器安装孔5之间提供压力传递通道。中空腔室7为圆柱形结构，其高度为14.8mm，直径为17.5mm。中空腔室7上部封盖塑料鼓膜11，塑料鼓膜11上部封盖薄不锈钢片10，薄不锈钢片10、塑料鼓膜11以及中空腔室7三者联合形成了动水压力传导系统，将动水压力传动至压力传感器3，从而实现对动水压力的准确测量。薄不锈钢片10的直径为29.5mm，厚度为1.0mm，薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓8穿过薄不锈钢片和塑料鼓膜固定螺栓孔13固定到中空腔室7上。薄不锈钢片10的中间部位为圆形的中空结构，其直径为18mm，塑料鼓膜11同样为圆形结构，其直径为29mm，并且用防水胶水直接粘贴到薄不锈钢片10上。