一种用于深海取样的主动式压力补偿器及其压力补偿方法

1.本发明涉及深海取样保压技术领域，特别是涉及一种用于深海取样的主动式压力补偿器及其压力补偿方法。


背景技术：

2.深度超过1000m的海域被定义为深海，占到海洋总覆盖面积的88％，占海洋总体积的75％，蕴含着丰富的矿产、生物、油气和基因资源。作为深海探测技术的一种，取样探测技术带回了海洋里宝贵的矿产、微生物、水质等样品，为探索海洋资源、推动生物学、生态学研究等提供了重要帮助。
3.压力是在获取海底样品时不可忽略的影响因素。压力对于保证样品的稳定，微生物蛋白质的活性、完整性具有重要作用。而且，压力对保持样品中溶解气体不挥发以及水合物的物化性质不改变等也极为重要。对于需要对样品进行实验室分析的场景下，不仅是在取样环节要保证样品压力稳定，在样品采集后的转移环节同时要保证压力稳定。由此，保证取样过程中样品压力的稳定以及保压技术的研究，对样品保真、科学研究具有重大意义。海水压力随着深度增加而上升，最高超过110mpa，位于深达10909米马里亚纳海沟。在样品的回收过程中，外界海水压力不断减小，如果不采取措施维持压力稳定的话，样品的有效性将会大打折扣，所以深海取样保压技术的研究具有重要意义。
4.在水体采样领域，从是否对样品进行压力补偿上，可将现有的研究工作分为无保压式采样、被动保压式采样和主动保压式采样。无保压式采样，即样品采集完成后，容忍其在回收过程中的压力损失，不进行任何压力补偿的采样方式。无保压式采样常见于对样品压力不敏感以及浅水采样等领域中。无保压式采样取样回收过程难免有压力损失，无法维持原位压力。被动保压式采样，也常被称作蓄能器式采样，该种采样方案一般是通过提前预充压力气体到蓄能器中，当外界环境压力降低时，蓄能器中的预充气体释放，来实现样品的压力补偿。被动保压式采样虽较为便捷，但存在操作危险、保压不精准等特点。而主动保压式采样是通过外加压力补偿装置，实现对样品压力主动保压，并实时检测采集样品的压力大小并进行压力补偿。主动保压式采样能主动对样的压力进行调节，确保样品压力稳定，但一定程度上增加了结构的复杂性。例如，公开号为cn114459818a的中国专利申请公开了一种用于深海保压取样器的主动式液体精准补偿装置与方法，其利用三组电机、减速箱和丝杆螺母分别驱动三个不同面积的活塞增压缸对取样筒进行加压，其结构非常复杂。另外，该方案要依靠环境压力和电机给丝杆的推力给活塞增压缸加压，若环境压力较低时，仍想输出较高的压力，对电机、减速器以及丝杆螺母的要求很高。又例如公开号为cn113251148a的中国专利申请公开了一种主动补压装置及深海保压取样系统，其利用电机、齿轮传动、丝杆传动推动活塞对补偿液体加压，但是加压后的补偿液体的仅是起到预防密封圈轴向窜动引起压力减小的作用，无法在压力减小后进行压力补偿；其在压力减小后起到补偿作用的是气体蓄能器，其本质是被动压力补偿，无法进行精确地主动压力补偿。该装置结构复杂，使用气体补偿，安全性低。
5.因此，总的来讲，现有主动式压力补偿装置存在结构复杂，体积庞大，适用压力小，使用较为局限以及安全性低的缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的一目的是，提供一种用于深海取样的主动式压力补偿器及其压力补偿方法，该主动式压力补偿器具有结构简单、体积小、适用压力范围广泛以及安全性高的优点。
7.本发明提供了一种用于深海取样的主动式压力补偿器，包括弹簧补水筒、连接于所述弹簧补水筒的凸轮补压泵以及连接于所述凸轮补压泵的电路腔，其中，
8.所述弹簧补水筒用于为所述凸轮补压泵提供至少高于环境压力0.5mpa的液体；
9.所述凸轮补压泵被设置为能够从所述弹簧补水筒中吸入液体并泵出液体给所述电路腔；
10.所述电路腔用于与待补压机构连接，且内部设置有压力传感器和可通信地连接于所述压力传感器的控制电路板，所述压力传感器用于检测所述凸轮补压泵输出的液体和待补压机构的压力，所述控制电路板用于基于所述压力传感器反馈的压力数据发送控制指令控制所述凸轮补压泵的工作，从而实现对待补压机构的主动补压。
11.可选地，所述凸轮补压泵包括液体腔和连通所述液体腔的液体入口阀与液体出口阀，所述液体入口阀与所述液体出口阀分别连接于所述弹簧补水筒和所述电路腔。
12.可选地，所述凸轮补压泵还包括能够沿所述凸轮补压泵轴向活动的柱塞、连接于所述柱塞的止转件、连接于所述止转件的滚子组件、联动于所述滚子组件的凸轮以及用于驱动所述凸轮转动的驱动电机，其中在所述驱动电机驱动所述凸轮转动时，所述凸轮对所述滚子组件施加轴向推动力，从而使得所述滚子组件通过所述止转件推动所述柱塞向靠近于所述液体腔的方向轴向活动，进而将所述液体腔内液体经由所述液体出口阀泵出。
13.可选地，所述液体入口阀和所述液体出口阀均为单向阀。
14.可选地，所述柱塞套设有第一弹性件，所述第一弹性件用于在所述柱塞被所述止转件推动移动时储蓄弹性势能，并用于在所述止转件对所述柱塞的推动力消失时释放弹性势能，使得所述柱塞、所述止转件以及所述凸轮回复原位，其中在所述柱塞、所述止转件以及所述凸轮回复原位时，所述凸轮补压泵经由所述液体入口阀将液体吸入所述液体腔内。
15.可选地，所述凸轮补压泵包括前腔体、连接于所述前腔体的中间腔体、连接于所述中间腔体的电机腔以及连接于所述电机腔的电机盖，其中所述液体腔、所述液体入口阀以及所述液体出口阀设置于所述前腔体，所述柱塞、所述止转件、所述滚子组件、所述凸轮以及所述驱动电机设置在贯通所述中间腔体和所述电机腔的空腔中，且所述柱塞与所述前腔体之间设置有轴用组合密封件，用于密封所述液体腔。
16.可选地，所述前腔体、所述中间腔体、所述电机腔以及所述电机盖之间均采用螺栓或螺钉进行连接。
17.可选地，所述凸轮补压泵还包括用于将所述驱动电机固定在所述电机腔内的电机联轴器。
18.可选地，所述凸轮补压泵还包括设置在所述止转件和所述前腔体之间的滚珠，所述滚珠用于对所述止转件进行周向约束以避免所述止转件转动，所述止转件具有依次连接的前端、中间端以及后端，所述凸轮补压泵还包括用于将所述柱塞固定连接于所述止转件
的前端的柱塞联轴器以及e型挡圈，所述凸轮补压泵还包括设置在所述止转件的后端的滚子轴，所述滚子组件可转动地设置在所述滚子轴上。
19.可选地，所述凸轮具有联动端和延伸自所述联动端的驱动端，所述联动端和所述驱动端分别与所述滚子组件和所述驱动电机的转轴相连，所述驱动端的外侧与所述中间腔体的内侧壁之间还设置有轴承组件。
20.可选地，所述电机盖设置有用于与油囊连接的第一接口、用于与所述电路腔连接的第二接口以及用于与所述电机腔连接的第三接口，其中所述第一接口和所述第三接口连通。
21.可选地，所述弹簧补水筒包括分别设置在其两端的补水接口和端盖、用于控制所述补水接口的开闭的阀芯、连通所述补水接口的补水腔、设置在所述补水腔的远离于所述阀芯的一侧的活塞、一端抵撑于所述活塞，另一端插设有所述端盖的第二弹性件以及用于安装所述第二弹性件的容纳腔。
22.可选地，所述活塞上装有两个导向环和设置于两个所述导向环之间的密封圈。
23.可选地，所述电路腔包括壳体、形成于所述壳体内部的电路腔室以及分别设置在所述壳体的两端的接口部和补压部，其中所述接口部设置有用于与水密连接件连接以对所述电路腔室内部的所述控制电路板进行调试与通讯的第一连接接口和用于与所述凸轮补压泵连接的第二连接接口；所述补压部包括与所述凸轮补压泵的所述液体出口阀连接的补压入口、用于安装所述压力传感器的安装腔、用于将所述压力传感器固定在所述安装腔内的传感器堵头、连接于所述传感器堵头并位于所述电路腔室内的铜柱以及连通所述补压入口与所述安装腔的补压出口；所述控制电路板安装在所述铜柱上，所述电路腔室内还设置有电池，所述电路腔通过所述补压出口与所述待补压机构相连。
24.可选地，所述待补压机构为取样筒。
25.可选地，所述主动式压力补偿器还包括连接于所述凸轮补压泵的油囊，所述主动式压力补偿器还包括用于安装所述凸轮补压泵、所述弹簧补水筒、所述电路腔以及所述油囊的安装架，所述安装架为双层结构，其中所述凸轮补压泵和所述电路腔设置在所述安装架的第一层，所述弹簧补水筒和所述油囊设置在所述安装架的第二层，且所述弹簧补水筒的位置与所述凸轮补压泵相对应，所述油囊的位置与所述电路腔相对应。
26.本发明在另一方面还提供了一种用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法，包括步骤：
27.电路腔的压力传感器检测凸轮补压泵输出的液体以及待补压机构的压力；
28.电路腔的控制电路板接收所述压力传感器检测的压力数据，在压力低于设定压力时，发送控制指令至凸轮补压泵的驱动电机；
29.驱动电机接收控制指令而将凸轮补压泵中的液体泵出至所述电路腔，并经由所述电路腔的补压出口补压至待补压机构，以此实现主动补压。
30.可选地，所述用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法还包括步骤：
31.将弹簧补水筒的补水接口连接于补水泵，通过补水泵向弹簧补水筒的补水腔充水；
32.将补水泵撤除，并将补水接口连接凸轮补压泵，弹簧补水筒的第二弹性件压力作用在活塞上，进而将压力传递到补水腔中的液体；打开阀芯，为凸轮补压泵提供至少高于环
境压力0.5mpa的液体。
33.本发明具有以下有益效果：
34.(1)本发明的用于深海取样的主动式压力补偿器可在海洋深度6000米范围内为取样器进行主动保压，整体结构紧凑，可以为任何需要补压的机构进行补压，可适应性强；
35.(2)本发明采用凸轮补压泵进行主动补压，可适用于60mpa小流量控制，适用范围更广；
36.(3)本发明的弹簧补水筒可以为凸轮补压泵提供至少高于环境压力0.5mpa的补偿液体，采用液体补偿的方式，相对于气体补偿方式来讲，使用更加安全便捷；
37.(4)本发明的电路腔集控制、供能、测压、压力液体输出功能于一体，功能丰富，结构紧凑，能够实现自动主动补压控制。
38.通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
附图说明
39.图1为本发明的一优选实施例的用于深海取样的主动式压力补偿器的立体结构示意图。
40.图2为图1所示的所述用于深海取样的主动式压力补偿器在另一视角下的立体结构示意图。
41.图3为图1所示的所述用于深海取样的主动式压力补偿器的凸轮补压泵的剖视示意图。
42.图4为图3所示的所述凸轮补压泵的电机盖的主视图。
43.图5为图1所示的所述用于深海取样的主动式压力补偿器的弹簧补水筒的剖视示意图。
44.图6为图1所示的所述用于深海取样的主动式压力补偿器的电路腔的剖视示意图。
45.附图标号说明：
46.凸轮补压泵1；前腔体1-1；液体腔1-2；液体出口阀1-3；轴用组合密封件1-4；柱塞1-5；第一弹性件1-6；柱塞联轴器1-7；螺栓1-8；滚珠1-9；e型挡圈1-10；止转件1-11；滚子轴1-12；滚子组件1-13；中间腔体1-14；凸轮1-15；电机腔1-16；电机联轴器1-17；驱动电机1-18；电机盖1-19；第一接口1-19-1；第二接口1-19-2；第三接口1-19-3；轴承组件1-20；液体入口阀1-21；
47.弹簧补水筒2；补水筒前端部2-1；阀芯2-2；导向环2-3；密封圈2-4；活塞2-5；第二弹性件2-6；容纳腔2-7；端盖2-8；补水筒后端部2-9；补水接口2-10；补水腔2-11；
48.电路腔3；壳体3-1；铜柱3-2；传感器堵头3-3；第二密封圈3-4；电路腔端盖3-5；补压入口3-6；补压出口3-7；安装腔3-8；第一连接接口3-9；第二连接接口3-10；
49.第一管道5；第二管道6；安装架7。
具体实施方式
50.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背
离本发明的精神和范围的其他技术方案。
51.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
52.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.为解决现有主动式压力补偿装置存在的结构复杂，体积庞大，适用压力小，使用较为局限以及安全性低的技术问题，本发明提供了一种用于深海取样的主动式压力补偿器及其压力补偿方法。如图1至图6所示，根据本发明的一优选实施例的一种用于深海取样的主动式压力补偿器的具体结构被阐明。
55.本发明提供的用于深海取样的主动式压力补偿器的整体示意图如图1和图2所示，该主动式压力补偿器可在海洋深度6000米范围内为取样器进行主动保压。该主动式压力补偿器具体包括弹簧补水筒2、连接于弹簧补水筒的凸轮补压泵1以及连接于凸轮补压泵的电路腔3。
56.该主动式压力补偿器的核心是凸轮补压泵1，其被设置为能够从弹簧补水筒2中吸入液体并泵出液体给电路腔3。凸轮补压泵1能够正常工作在60mpa的负载工况下，输出流量能够填补样品损失流量，具有尺寸小，使用安全便捷的优点。
57.该主动式压力补偿器的弹簧补水筒2可以为凸轮补压泵1提供至少高于环境压力0.5mpa的液体，用于补样品损失流量。
58.该主动式压力补偿器的电路腔3装有压力传感器和可通信地连接于压力传感器的控制电路板，其中压力传感器用于测量凸轮补压泵1输出液体和待补压机构的压力，控制电路板用于基于压力传感器反馈的压力数据发送控制指令控制凸轮补压泵1的工作，从而实现对待补压机构的主动补压。电路腔3内还装有电池，电池为压力传感器和控制电路板提供电能。
59.继续如图1和图2所示，主动式压力补偿器还包括连接于凸轮补压泵1的油囊4，凸轮补压泵1通过软管连接到油囊4，实现其内部驱动电机1-18的压力自适应，使其可以工作在全海深压力下。
60.进一步地，该主动式压力补偿器还包括用于安装凸轮补压泵1、弹簧补水筒2、电路腔3以及油囊4的安装架7，安装架7为双层结构，其中凸轮补压泵1和电路腔3设置在安装架7的第一层，弹簧补水筒2和油囊4设置在安装架7的第二层，且弹簧补水筒2的位置与凸轮补压泵1相对应，油囊4的位置与电路腔3相对应。
61.值得一提的是，该安装架7还设置有两个把手，以便于拎取。
62.该主动式压力补偿器的液体的具体流动路径为：弹簧补水筒2提供略高于环境压力的补偿流体，通过第一管道5进入凸轮补压泵1的入口，经过加压后，从出口流出，经过第二管道6后进入电路腔3，经过压力传感器测压后从电路腔3流出。电路腔3通过高压管连接到待补压机构，为其进行主动补压。
63.可以理解的是，在本发明的这一实施例中，待补压机构为取样筒或取样器，也可以为其他需要补压的机构，本发明对该主动式压力补偿器的具体应用不作限制。
64.以下将结合图3至图6对该主动式压力补偿器的具体结构进行阐明。
65.具体地，如图3所示，凸轮补压泵1包括液体腔1-2和连通液体腔1-2的液体入口阀1-21与液体出口阀1-3，液体入口阀1-21与液体出口阀1-3分别连接于弹簧补水筒2和电路腔3。
66.进一步地，凸轮补压泵1还包括能够沿凸轮补压泵1轴向活动的柱塞1-5、连接于柱塞1-5的止转件1-11、连接于止转件1-11的滚子组件1-13、联动于滚子组件1-13的凸轮1-15以及用于驱动凸轮1-15转动的驱动电机1-18，其中在驱动电机1-18驱动凸轮1-15转动时，凸轮1-15对滚子组件1-13施加轴向推动力，从而使得滚子组件1-13通过止转件1-11推动柱塞1-5向靠近于液体腔1-2的方向轴向活动，进而将液体腔1-2内液体经由液体出口阀1-3泵出。
67.值得一提的是，液体入口阀1-21和液体出口阀1-3均为单向阀。
68.进一步地，柱塞1-5套设有第一弹性件1-6，第一弹性件1-6用于在柱塞1-5被止转件1-11推动移动时储蓄弹性势能，并用于在止转件1-11对柱塞1-5的推动力消失时释放弹性势能，使得柱塞1-5、止转件1-11以及凸轮1-15回复原位，其中在柱塞1-5、止转件1-11以及凸轮1-15回复原位时，凸轮补压泵1经由液体入口阀1-21将液体吸入液体腔1-2内。
69.进一步地，凸轮补压泵1包括前腔体1-1、连接于前腔体1-1的中间腔体1-14、连接于中间腔体1-14的电机腔1-16以及连接于电机腔1-16的电机盖1-19，其中液体腔1-2、液体入口阀1-21以及液体出口阀1-3设置于前腔体1-1，柱塞1-5、止转件1-11、滚子组件1-13、凸轮1-15以及驱动电机1-18设置在贯通中间腔体1-14和电机腔1-16的空腔中，且柱塞1-5与前腔体1-1之间设置有轴用组合密封件1-4，用于密封液体腔1-2。
70.值得一提的是，前腔体1-1、中间腔体1-14、电机腔1-16以及电机盖1-19之间均采用螺栓1-8或螺钉进行连接。
71.值得一提的是，凸轮补压泵1还包括用于将驱动电机1-18固定在电机腔1-16内的电机联轴器1-17。
72.具体地，止转件1-11具有依次连接的前端、中间端以及后端，凸轮补压泵1还包括用于将柱塞1-5固定连接于止转件1-11的前端的柱塞联轴器1-7以及e型挡圈1-10，凸轮补压泵1还包括设置在止转件1-11的后端的滚子轴1-12，滚子组件1-13可转动地设置在滚子轴1-12上。
73.值得一提的是，凸轮补压泵1还包括设置在止转件1-11和前腔体1-1之间的滚珠1-9，滚珠1-9用于对止转件1-11进行周向约束以避免止转件1-11转动，也就是说，止转件1-11通过前腔体1-1槽中的滚珠1-9周向约束，只能沿槽轴向移动，不能转动。柱塞1-5通过前腔体1-1和柱塞联轴器1-7以及e型挡圈1-10径向固定，通过柱塞联轴器1-7和e型挡圈1-10轴
向固定。
74.在本发明的这一优选实施例中，第一弹性件1-6为弹簧，弹簧的两端分别抵撑柱塞联轴器1-7和前腔体的内壁，在止转件1-11推动柱塞1-5向靠近于液体腔1-2的方向沿轴向移动时，弹簧被压缩而储蓄弹性势能。
75.进一步地，凸轮1-15具有联动端和延伸自联动端的驱动端，联动端和驱动端分别与滚子组件1-13和驱动电机1-18的转轴相连，驱动端的外侧与中间腔体1-14的内侧壁之间还设置有轴承组件1-20。
76.可以理解的是，凸轮1-15装在轴承组件1-20上，可绕轴线转动，其轴向被滚子组件1-13配合第一弹性件1-6的弹力压在轴承组件1-20的止推轴承上。
77.进一步地，如图4所示，电机盖1-19设置有用于与油囊4连接的第一接口1-19-1、用于与电路腔3连接的第二接口1-19-2以及用于与电机腔1-16连接的第三接口1-19-3，其中第一接口1-19-1和第三接口1-19-3连通。
78.可以理解的是，凸轮补压泵1通过第一接口1-19-1与油囊4相连，通过第三接口1-19-3向电机腔1-16充油，实现驱动电机1-18的压力自适应。凸轮补压泵1通过第二接口1-19-2中水密连接件将水密缆接到驱动电机1-18，实现对驱动电机1-18的控制与供能。
79.凸轮补压泵1的具体工作过程如下：
80.在电路腔3的控制电路板发出的控制指令下，驱动电机1-18工作而带动凸轮1-15转动，凸轮1-15行程有两个阶段：
81.在凸轮1-15行程上升阶段，凸轮1-15对滚子组件1-13施加推动作用力，滚子组件1-13通过止转件1-11推动柱塞1-5向靠近于液体腔1-2的方向运动，使得液体腔1-2减小，压力升高，实现加压并从液体出口阀1-3泵出液体的目的，同时止转件1-11压缩第一弹性件1-6，使得第一弹性件1-6储蓄弹性势能；
82.在凸轮1-15进入其回程阶段，凸轮1-15对滚子组件1-13施加的推动作用力消失，第一弹性件1-6释放弹性势能以为柱塞1-5、止转件1-11以及滚子组件1-13提供向远离于液体腔1-2的方向移动的恢复力，凸轮1-15在滚子组件1-13推动下继续转动，完成一周，同时柱塞1-5向右运动，液体腔1-2增大，压力减小，经由液体入口阀1-21从弹簧补水筒2中吸入液体。
83.可以理解的是，本发明采用凸轮补压泵进行主动补压，可适用于60mpa小流量控制，适用范围更广。
84.值得一提的是，其中滚子组件1-13通过自身的转动减少与凸轮1-15之间的滑动摩擦，使二者接触形式中，滚动摩擦比例升高，减少凸轮1-15的磨损。柱塞1-5与前腔体1-1之间有轴用组合密封件1-4，实现液体腔1-2的密封。整个外壳可分为4部分：前腔体1-1、中间腔体1-14、电机腔1-16，电机盖1-19，都是通过螺栓1-8或螺钉进行连接。
85.进一步地，如图5所示，弹簧补水筒2包括分别设置在其两端的补水接口2-10和端盖2-8、用于控制补水接口2-10的开闭的阀芯2-2、连通补水接口2-10的补水腔2-11、设置在补水腔2-11的远离于阀芯2-2的一侧的活塞2-5、一端抵撑于活塞2-5，另一端插设有端盖2-8的第二弹性件2-6以及用于安装第二弹性件2-6的容纳腔2-7。
86.具体地，弹簧补水筒2具有补水筒前端部2-1和补水筒后端部2-9，其中阀芯2-2和补水接口2-10设置于补水筒前端部2-1处，端盖2-8是开口式结构，设置在补水筒后端部2-9
处；端盖2-8将第二弹性件2-6压缩在容纳腔2-7中同时为第二弹性件2-6提供导向。
87.进一步地，活塞2-5上还装有两个导向环2-3和设置于两个导向环2-3之间的密封圈2-4。
88.值得一提的是，弹簧补水筒2的补水接口2-10有两个作用，作用一是用来连接补水泵为补水腔2-11进行充水，作用二是用来连接凸轮补压泵1的液体入口阀1-21，为凸轮补压泵1提供补偿液体。
89.具体地，弹簧补水筒2的工作过程如下：
90.将补水接口2-10连接补水泵，打开阀芯2-2，向补水腔2-11中充水；待水到额定体积，关闭阀芯2-2，撤除补水泵，然后通过补水接口2-10和第一管道5连接到凸轮补压泵1，第二弹性件2-6压力作用在活塞2-5上，进而将压力传递到补水腔2-11中的液体。此时补水腔2-11中水的压力为弹簧的压力和环境压力之和，打开阀芯2-2，即可为液体入口阀1-21提供至少高于环境压力0.5mpa的液体作为补偿液体，这有利于凸轮补压泵1产生较高的压力。
91.本发明的弹簧补水筒2可以为凸轮补压泵1提供至少高于环境压力0.5mpa的补偿液体，采用液体补偿的方式，相对于气体补偿方式来讲，使用更加安全便捷。
92.进一步地，如图6所示，电路腔3包括壳体3-1、形成于壳体3-1内部的电路腔室3-11以及分别设置在壳体3-1的两端的接口部和补压部。
93.具体地，接口部设置有用于与水密连接件连接以对电路腔室3-11内部的控制电路板进行调试与通讯的第一连接接口3-9和用于与凸轮补压泵1连接的第二连接接口3-10。
94.可以理解的是，第一连接接口3-9上接的水密连接件可以对控制电路板进行调试与通讯；第二连接接口3-10上的水密连接件通过水密缆与第二接口1-19-2中水密连接件相连，可以将电池能量以及控制电路板的指令传递给驱动电机1-18。
95.具体地，补压部包括与凸轮补压泵1的液体出口阀1-3连接的补压入口3-6、用于安装压力传感器的安装腔3-8、用于将压力传感器固定在安装腔3-8内的传感器堵头3-3、连接于传感器堵头3-3并位于电路腔室3-11内的铜柱3-2以及连通补压入口3-6与安装腔3-8的补压出口3-7。
96.值得一提的是，补压部还包括用于密封电路腔室3-11的电路腔端盖3-5，电路腔端盖3-5的外侧壁和壳体3-1之间设置有第二密封圈3-4，其中安装腔形成于电路腔端盖3-5，铜柱3-2设置在传感器堵头3-3的远离于安装腔3-8的一侧。
97.进一步地，电路腔3的控制电路板安装在铜柱3-2上，电路腔室3-11内还设置有电池，电路腔3通过补压出口3-7与待补压机构相连。
98.电路腔3的具体工作流程如下：
99.压力传感器测得经由补压入口3-6流入的补偿液体的压力和由补压出口3-7连接的待补压机构的压力，将压力数据反馈至控制电路板，若压力低于设定压力，控制电路板发送控制指令给凸轮补压泵1的驱动电机1-18，控制驱动电机1-18工作实现主动补压。
100.可以理解的是，本发明的电路腔集控制、供能、测压、压力液体输出功能于一体，功能丰富，结构紧凑，能够实现自动主动补压控制。
101.还可以理解的是，本发明在另一方面还提供了上述用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法，包括步骤：
102.电路腔3的压力传感器检测凸轮补压泵1输出的液体以及待补压机构的压力；
103.电路腔3的控制电路板接收压力传感器检测的压力数据，在压力低于设定压力时，发送控制指令至凸轮补压泵1的驱动电机1-18；
104.驱动电机1-18接收控制指令而将凸轮补压泵1中的液体泵出至电路腔3，并经由电路腔3的补压出口3-7补压至待补压机构，以此实现主动补压。
105.进一步地，用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法还包括步骤：
106.将弹簧补水筒2的补水接口2-10连接于补水泵，通过补水泵向弹簧补水筒2的补水腔2-11充水；
107.将补水泵撤除，并将补水接口2-10连接凸轮补压泵1，弹簧补水筒2的第二弹性件2-6压力作用在活塞2-5上，进而将压力传递到补水腔2-11中的液体；打开阀芯2-2，为凸轮补压泵1提供至少高于环境压力0.5mpa的液体。
108.本发明的用于深海取样的主动式压力补偿器可在海洋深度6000米范围内为待补压机构进行主动保压，整体结构简单紧凑，体积小，安全性高，可以为任何需要补压的机构进行补压，可适应性强。
109.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
110.以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，包括弹簧补水筒、连接于所述弹簧补水筒的凸轮补压泵以及连接于所述凸轮补压泵的电路腔，其中，所述弹簧补水筒用于为所述凸轮补压泵提供至少高于环境压力0.5mpa的液体；所述凸轮补压泵被设置为能够从所述弹簧补水筒中吸入液体并泵出液体给所述电路腔；所述电路腔用于与待补压机构连接，且内部设置有压力传感器和可通信地连接于所述压力传感器的控制电路板，所述压力传感器用于检测所述凸轮补压泵输出的液体和待补压机构的压力，所述控制电路板用于基于所述压力传感器反馈的压力数据发送控制指令控制所述凸轮补压泵的工作，从而实现对待补压机构的主动补压。2.根据权利要求1所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述凸轮补压泵包括液体腔和连通所述液体腔的液体入口阀与液体出口阀，所述液体入口阀与所述液体出口阀分别连接于所述弹簧补水筒和所述电路腔；所述凸轮补压泵还包括能够沿所述凸轮补压泵轴向活动的柱塞、连接于所述柱塞的止转件、连接于所述止转件的滚子组件、联动于所述滚子组件的凸轮以及用于驱动所述凸轮转动的驱动电机，其中在所述驱动电机驱动所述凸轮转动时，所述凸轮对所述滚子组件施加轴向推动力，从而使得所述滚子组件通过所述止转件推动所述柱塞向靠近于所述液体腔的方向轴向活动，进而将所述液体腔内液体经由所述液体出口阀泵出。3.根据权利要求2所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述液体入口阀和所述液体出口阀均为单向阀。4.根据权利要求2所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述柱塞套设有第一弹性件，所述第一弹性件用于在所述柱塞被所述止转件推动移动时储蓄弹性势能，并用于在所述止转件对所述柱塞的推动力消失时释放弹性势能，使得所述柱塞、所述止转件以及所述凸轮回复原位，其中在所述柱塞、所述止转件以及所述凸轮回复原位时，所述凸轮补压泵经由所述液体入口阀将液体吸入所述液体腔内。5.根据权利要求4所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述凸轮补压泵包括前腔体、连接于所述前腔体的中间腔体、连接于所述中间腔体的电机腔以及连接于所述电机腔的电机盖，其中所述液体腔、所述液体入口阀以及所述液体出口阀设置于所述前腔体，所述柱塞、所述止转件、所述滚子组件、所述凸轮以及所述驱动电机设置在贯通所述中间腔体和所述电机腔的空腔中，且所述柱塞与所述前腔体之间设置有轴用组合密封件，用于密封所述液体腔。6.根据权利要求5所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述前腔体、所述中间腔体、所述电机腔以及所述电机盖之间均采用螺栓或螺钉进行连接。7.根据权利要求5所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述凸轮补压泵还包括用于将所述驱动电机固定在所述电机腔内的电机联轴器。8.根据权利要求5所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述凸轮补压泵还包括设置在所述止转件和所述前腔体之间的滚珠，所述滚珠用于对所述止转件进行周向约束以避免所述止转件转动，所述止转件具有依次连接的前端、中间端以及后端，所述凸轮补压泵还包括用于将所述柱塞固定连接于所述止转件的前端的柱塞联轴器以及e型挡圈，所述凸轮补压泵还包括设置在所述止转件的后端的滚子轴，所述滚子组件可转动地设
置在所述滚子轴上。9.根据权利要求8所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述凸轮具有联动端和延伸自所述联动端的驱动端，所述联动端和所述驱动端分别与所述滚子组件和所述驱动电机的转轴相连，所述驱动端的外侧与所述中间腔体的内侧壁之间还设置有轴承组件。10.根据权利要求5所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述电机盖设置有用于与油囊连接的第一接口、用于与所述电路腔连接的第二接口以及用于与所述电机腔连接的第三接口，其中所述第一接口和所述第三接口连通。11.根据权利要求2至10中任一项所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述弹簧补水筒包括分别设置在其两端的补水接口和端盖、用于控制所述补水接口的开闭的阀芯、连通所述补水接口的补水腔、设置在所述补水腔的远离于所述阀芯的一侧的活塞、一端抵撑于所述活塞，另一端插设有所述端盖的第二弹性件以及用于安装所述第二弹性件的容纳腔。12.根据权利要求11所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述活塞上装有两个导向环和设置于两个所述导向环之间的密封圈。13.根据权利要求11所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述电路腔包括壳体、形成于所述壳体内部的电路腔室以及分别设置在所述壳体的两端的接口部和补压部，其中所述接口部设置有用于与水密连接件连接以对所述电路腔室内部的所述控制电路板进行调试与通讯的第一连接接口和用于与所述凸轮补压泵连接的第二连接接口；所述补压部包括与所述凸轮补压泵的所述液体出口阀连接的补压入口、用于安装所述压力传感器的安装腔、用于将所述压力传感器固定在所述安装腔内的传感器堵头、连接于所述传感器堵头并位于所述电路腔室内的铜柱以及连通所述补压入口与所述安装腔的补压出口；所述控制电路板安装在所述铜柱上，所述电路腔室内还设置有电池，所述电路腔通过所述补压出口与所述待补压机构相连。14.根据权利要求1至10中任一项所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述待补压机构为取样筒。15.根据权利要求1至10中任一项所述的用于深海取样的主动式压力补偿器，其特征在于，所述主动式压力补偿器还包括连接于所述凸轮补压泵的油囊，所述主动式压力补偿器还包括用于安装所述凸轮补压泵、所述弹簧补水筒、所述电路腔以及所述油囊的安装架，所述安装架为双层结构，其中所述凸轮补压泵和所述电路腔设置在所述安装架的第一层，所述弹簧补水筒和所述油囊设置在所述安装架的第二层，且所述弹簧补水筒的位置与所述凸轮补压泵相对应，所述油囊的位置与所述电路腔相对应。16.一种根据权利要求13所述的用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法，其特征在于，包括步骤：电路腔的压力传感器检测凸轮补压泵输出的液体以及待补压机构的压力；电路腔的控制电路板接收所述压力传感器检测的压力数据，在压力低于设定压力时，发送控制指令至凸轮补压泵的驱动电机；驱动电机接收控制指令而将凸轮补压泵中的液体泵出至所述电路腔，并经由所述电路腔的补压出口补压至待补压机构，以此实现主动补压。
17.根据权利要求16所述的用于深海取样的主动式压力补偿器的压力补偿方法，其特征在于，还包括步骤：将弹簧补水筒的补水接口连接于补水泵，通过补水泵向弹簧补水筒的补水腔充水；将补水泵撤除，并将补水接口连接凸轮补压泵，弹簧补水筒的第二弹性件压力作用在活塞上，进而将压力传递到补水腔中的液体；打开阀芯，为凸轮补压泵提供至少高于环境压力0.5mpa的液体。

技术总结
本发明涉及深海取样保压技术领域，提供了一种用于深海取样的主动式压力补偿器及其压力补偿方法，该主动式压力补偿器包括弹簧补水筒、凸轮补压泵以及电路腔，弹簧补水筒用于为凸轮补压泵提供补偿液体；凸轮补压泵被设置为能够从弹簧补水筒中吸入液体并泵出液体给电路腔；电路腔用于与待补压机构连接，内部设置有压力传感器和控制电路板，压力传感器用于检测凸轮补压泵输出的液体和待补压机构的压力，控制电路板用于基于压力传感器反馈的压力数据发送控制指令控制凸轮补压泵的工作，从而实现对待补压机构的主动补压，该主动式压力补偿器可在海洋深度6000米范围内为待补压机构进行主动保压，整体结构简单紧凑，体积小，安全性高，可适应性强。可适应性强。可适应性强。


技术研发人员：吴世军 陈志恒 戴宜强 杨灿军
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/16