【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深海光学探测设备，具体涉及一种深海原位光学传感器镜头密封结构。
技术介绍
1、深海(深度大于1000米)作为地球上未被人类全面探索和利用的空间，拥有着丰富的资源，以及潜在的战略价值。随着人类科技进步，对深海的原位探测需求不断提高，发展出深海原位光学传感器和光学探测器，用于深海中的生物和微生物、有色有机物质、藻类和海底地貌等的观测和测量，后来又发展出海底石油溢油探测、海底电缆、通讯缆、石油输油管的故障探测以及海洋中有机污染物质的探测等。深海原位光学传感器通过光学镜头来实现对目标物进行激发和收集光信号。
2、深海中的水压强p与深度d的关系为：1mpa＝100米海水深度产生的压强。如马里亚纳海沟深10900米，则压强p为109mpa。深海原位光学传感器需要长期耐受海水的高压，而镜头密封结构是耐压壳体的薄弱环节。镜头密封结构的稳定性与可靠性直接影响深海光学传感器的使用寿命。一旦镜头破裂或密封泄露，海水进入会导致传感器整体报废损坏。
3、通过研究发现，在深海高压环境下，光学镜头受外压会产生变形、甚至碎裂的原因如下：
4、1、现有技术中，为了防止海水从光学镜头与镜头座接触面处进入传感器内部，会在镜头座与光学镜头之间设一密封o圈，或者镜头座、镜头压盖、光学镜头之间各设一密封o圈，镜头压盖用于压紧光学镜头，其与光学镜头间没有缝隙，如专利202010611353.0和202021855874.2。因光学镜头对着内部腔体的一面是常压，在深海高水压力(10～110mpa)下，导致镜头座、镜头压盖、光学
5、2、为了解决深海原位光学传感器的镜头压盖下沿与光学镜头表面产生局部应力集中的问题，可以增大镜头压盖下沿与光学镜头的接触面积，但这样会减小光学传感器的通光孔径，从而降低深海原位光学传感器的灵敏度。
6、3、深海原位光学传感器多使用螺栓固定镜头压盖。为了保证密封要求，镜头压盖必须给密封o圈表面施加足够的接触压力。对于镜头压盖与光学镜头间距离没有定位的设计，会导致密封o圈轴向压缩量过盈或不足的问题，从而导致光学镜头产生脆性断裂或漏水的风险。另外，使用螺栓连接镜头压盖时，由于需要在镜头压盖上开有相应的连接通孔，导致镜头压盖的外形尺寸较大，不利于深海原位光学传感器的小型化设计需求。
7、综上，如何解决上述问题，是目前深海原位光学探测设备
的技术难点。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种深海原位光学传感器镜头密封结构，包括：镜头座、镜头压盖、o圈垫环、上密封o圈、光学镜头、下密封o圈、凸起圆环台。所述光学镜头设于镜头座的阶梯孔内。上密封o圈和下密封o圈分别位于光学镜头边沿的两面对称位置。本专利技术设计镜头压盖与光学镜头之间的密封结构，镜头压盖与上下密封o圈的压力配合，可平衡海水压力。并且安装后的镜头压盖与光学镜头间设置合适的间隙，解决了由于镜头压盖受高压变形导致光学镜头被挤裂的问题，提高了镜头密封的稳定性。镜头压盖与镜头座之间采用螺纹连接，通过在镜头压盖与上密封o圈间设一o圈垫环，可以避免旋转压盖时，对上密封o圈表面产生摩擦损伤。螺纹安装区别于螺栓安装，其所占空间更小，有利于深海原位光学传感器的小型化设计需求。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种深海原位光学传感器镜头密封结构，镜头密封结构包括镜头座、镜头压盖、上密封o圈、光学镜头、下密封o圈和凸起圆环台。所述镜头座下部插入深海光学传感器耐压主壳体中。
4、所述镜头座内部有一个阶梯同轴孔：镜头座端至主壳体端依次为第一阶梯孔、第二阶梯孔和通孔；第一阶梯孔设有内螺纹，在内螺纹和第二阶梯孔之间，设有一锥形面，所述光学镜头设在第二阶梯孔内。第二阶梯孔处开设有槽，凸起圆环台上面表面设有一定的曲率，它的曲率与光学镜头的曲率相同。
5、所述镜头压盖的中心设有锥形孔，侧面上部设有外螺纹，外侧下部设有圆锥面。
6、所述上密封o圈、下密封o圈分别位于光学镜头边沿的两面对称位置；槽内设下密封o圈；镜头压盖的圆锥面尾端与光学镜头上端面之间设上密封o圈；所述光学镜头上端面边沿与镜头压盖之间设有一间隙，最小间隙距离为(h)；
7、所述镜头座的内螺纹与镜头压盖的外螺纹配合连接；镜头座的锥形面与镜头压盖的圆锥面接触，形成耐高压支撑，防止镜头压盖在高压下变形，并保证在高水压下镜头压盖的下端与光学镜头之间的最小间隙距离h＞0。
8、所述第一阶梯孔的直径a、第二阶梯孔的直径b、通孔的直径c，光学镜头的直径d，满足a≧b＞d＞c；第二阶梯孔的直径b满足d＜b＜d+0.05mm。
9、所述镜头座的第二阶梯孔所设的锥形面，其锥度α与镜头压盖的圆锥面的锥度β满足0°＜α＝β＜180°。
10、所述镜头座的第二阶梯孔的内表面为精加工光滑面，粗糙度ra值小于3.2μm。
11、所述光学镜头材质为石英玻璃、蓝宝石玻璃或透明陶瓷。
12、所述镜头座和镜头压盖的材质均为金属材料。
13、所述镜头压盖的上面设有辅助安装孔槽，所述镜头压盖的辅助安装孔槽为圆孔或沟槽形状。
14、所述上密封o圈的线径为q，所述光学镜头的上端面与镜头压盖之间的最小间隙距离(h)满足：0＜h＜q/4。
15、所述镜头压盖的圆锥面尾端与上密封o圈间设o圈垫环；所述o圈垫环材质包括纯金属材料、高分子材料或表面覆有高分子材料的金属材料。
16、所述镜头座下部通过密封o圈实现与主壳体间的密封。
17、不同于现有技术，本专利技术技术具有以下优点：
18、1、所设计的耐高压密封结构，确保镜头压盖下端边沿不会与光学镜头直接接触，同时保证了对高压海水的密封，解决了镜头压盖受高压变形导致光学镜头被挤裂的问题，提高了镜头结构密封的稳定性。
19、2、镜头的上下密封o圈均可完成光学镜头与镜头座之间的耐压密封，当上密封o圈密封失效时，下密封o圈仍可耐受高压海水无渗漏，具体地，当上密封圈失去密封作用后，海水会直接进入下密封圈沟槽，通过下密封圈的密封作用，仍然可以阻止海水进入主壳体，继续保障深海原位光学传感器正常运行，提高了深海原位光学传感器镜头密封的可靠性。
20、3、镜头座与镜头压盖之间采用螺纹连接，安装过程简单可靠。通过在镜头压盖与上密封o圈间设一o圈垫环，可以避免旋转压盖时，对上密封o圈表面产生摩擦损伤，提高了上密封o圈的密封可靠性。此外，使用螺纹连接的镜头压盖，外形小巧，使得镜头密封结构紧凑，更利于深海原位光学传感器小型化的设计需求。
21、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：镜头密封结构包括镜头座(1)、镜头压盖(2)、上密封O圈(4)、光学镜头(5)、下密封O圈(6)和凸起圆环台(7)，所述镜头座(1)下部插入深海光学传感器耐压主壳体中；
2.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述第一阶梯孔(102)的直径A、第二阶梯孔(104)的直径B、通孔(106)的直径C，光学镜头(5)的直径D，满足A≧B＞D＞C；第二阶梯孔(104)的直径B满足D＜B＜D+0.05mm。
3.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)的第二阶梯孔(104)所设的锥形面(103)，其锥度α与镜头压盖(2)的圆锥面(204)的锥度β满足0°＜α＝β＜180°。
4.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)的第二阶梯孔(104)的内表面为精加工光滑面，粗糙度Ra值小于3.2μm。
5.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述光学镜
6.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)和镜头压盖(2)的材质均为金属材料。
7.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头压盖(2)的上面设有辅助安装孔槽(203)，所述镜头压盖(2)的辅助安装孔槽(203)为圆孔或沟槽形状。
8.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述上密封O圈(4)的线径为Q，所述光学镜头(5)的上端面与镜头压盖(2)之间的最小间隙距离(H)满足：0＜H＜Q/4。
9.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头压盖(2)的圆锥面(204)尾端与上密封O圈(4)间设O圈垫环(3)；所述O圈垫环(3)材质包括纯金属材料、高分子材料或表面覆有高分子材料的金属材料。
10.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)下部通过密封O圈(8)实现与主壳体间的密封。
...【技术特征摘要】
1.一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：镜头密封结构包括镜头座(1)、镜头压盖(2)、上密封o圈(4)、光学镜头(5)、下密封o圈(6)和凸起圆环台(7)，所述镜头座(1)下部插入深海光学传感器耐压主壳体中；
2.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述第一阶梯孔(102)的直径a、第二阶梯孔(104)的直径b、通孔(106)的直径c，光学镜头(5)的直径d，满足a≧b＞d＞c；第二阶梯孔(104)的直径b满足d＜b＜d+0.05mm。
3.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)的第二阶梯孔(104)所设的锥形面(103)，其锥度α与镜头压盖(2)的圆锥面(204)的锥度β满足0°＜α＝β＜180°。
4.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述镜头座(1)的第二阶梯孔(104)的内表面为精加工光滑面，粗糙度ra值小于3.2μm。
5.根据权利要求1所述的一种深海原位光学传感器镜头密封结构，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：关亚风，耿旭辉，陆家山，宁海静，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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