CN214118142U - 海底壳体组件和海底传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海底壳体组件和海底传感器，该组件包括具有第一、二壳体部的海底壳体。第一、二壳体部分别包括用于数据通信的第一、二电连接件。壁在第一、二壳体部间提供分隔。海底壳体组件还包括感应耦合器，该耦合器包括第一壳体部中的第一耦合部和第二壳体部中的第二耦合部。该耦合器提供跨壁的感应耦合，以提供第一、二电连接件间的数据通信。感应耦合器包括内部和外部线圈，外部线圈至少部分围绕内部线圈，壁至少部分在内部和外部线圈间延伸。软磁性材料至少布置在外部线圈周围和/或内部线圈内部，以收集磁通量并从外部线圈引导到内部线圈和/或从内部线圈引导到外部线圈。支撑结构设置在内部与外部线圈间延伸的壁的部分的周围和/或内部。

Description

海底壳体组件和海底传感器

技术领域

本实用新型涉及一种海底壳体组件和一种海底传感器。

背景技术

如温度传感器或压力传感器的海底传感器是任何海底处理设施必不可少的部件。海底传感器可以例如被安装到一管道部，处理流体流动通过该管道部，诸如气体、液体或可包括气态、液态和固态成分的多相流体。在一些应用中，处理流体压力可以非常高，例如超过1000 巴(bar)或1400巴。尽管对于提取处理流体的过程而言重要的是以高精度测量那些高压，但同样重要的是确保在任何情况下都没有处理流体泄漏到海水中。

欧洲专利申请EP 3269921论述了一种海底壳体组件，该组件具有一个壁30，该壁在第一壳体部10与第二壳体部20之间提供分隔，其中通过感应耦合50提供在该第一壳体部与第二壳体部之间的穿过所述壁的数据通信。在EP 3269921中论述的实施例之一中，感应耦合包括外部线圈和内部线圈，其中外部线圈至少部分地围绕内部线圈，并且其中壁的至少一部分在内部线圈和外部线圈之间延伸。

在转让给相同受让人的并在同一天提交的名称为“海底壳体组件和海底传感器”的共同待审的欧洲专利申请中，公开了具有这样的线圈布置的海底壳体组件和海底传感器的改进，其中软磁性材料至少布置在外部线圈周围和/或内部线圈内部，使得磁通量被收集并从外部线圈引导至内部线圈和/或从所述内部线圈引导至外部线圈。在所述申请中所论述的实施例在图4中示出。

图4是包括两个线圈系统A、B的感应耦合器50的示意性截面图，每个线圈系统包括内部线圈51A、51B和外部线圈52A、52B。两部分通量引导件53A、53B设置成双向地引导线圈51、52之间的磁通量。两组线圈51、52可以为了冗余而被设置，和/或被设置用于提供耦合进和耦合出第一壳体部10的单独路径。应注意的是，最小可能的布置仅包括一个线圈组。通量引导件53是由软磁性材料制成的并且包括两个部分：布置在第一壳体部10内部的内部主体53A和布置在第二壳体部20内部的外部主体53B。

由于壁部30用作处理流体与环境之间的次级屏障，所以壁部30 需要能够承受传感器所暴露的流体与传感器的环境之间的压差，并且为了测试的目的，壁部30需要能够可靠地承受该压差的至少1.5倍，例如在典型的海底应用中的高达1500或2100巴或甚至3000巴的压力。因此，在第一线圈与第二线圈之间延伸的壁部的最小厚度或强度必须被相应地选择，并且在许多情况下将超过10mm，这不利地影响了内部线圈与外部线圈之间的电磁耦合的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有感应耦合的海底壳体组件和海底传感器，其中在保持次级屏障的安全性的同时，在第一线圈和第二线圈之间延伸的壁部的厚度或强度可以减小到所需的最小厚度或强度以下。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种海底壳体组件，其包括：一个海底壳体；海底壳体的一个第一壳体部，其中第一壳体部包括用于数据通信的一个第一电连接件；海底壳体的一个第二壳体部，其中第二壳体部包括用于数据通信的一个第二电连接件；一个壁，在海底壳体的第一壳体部与第二壳体部之间提供分隔；以及一个感应耦合器，包括被设置在第一壳体部中的一个第一耦合部和被设置在第二壳体部中的一个第二耦合部，其中感应耦合器被配置为提供跨壁的感应耦合，以至少用于提供在第一壳体部中的第一电连接件与第二壳体部中的第二电连接件之间的数据通信；其中第一耦合部包括一个内部线圈并且第二耦合部包括一个外部线圈，或者其中第一耦合部包括一个外部线圈并且第二耦合部包括一个内部线圈；外部线圈至少部分地围绕内部线圈；并且壁的至少一部分在内部线圈与外部线圈之间延伸；其中，软磁性材料至少被布置在外部线圈周围和/或内部线圈内部，使得磁通量被收集并从外部线圈引导至内部线圈并且/或者从内部线圈引导至外部线圈；以及支撑结构被设置在内部线圈与外部线圈之间延伸的壁的部分的周围和/或内部，其中壁和支撑结构以组合方式被配置为提供压力屏障以抵抗跨壁的预定最小压力差。

根据一个实施例，感应耦合器还被配置为将电力从第二壳体部中的电连接件感应地供应到第一壳体部中的电连接件。

根据一个实施例，第一壳体部至少包括一个第一腔室，其中第一腔室是耐压腔室，当海底壳体组件被安装在海底时，在耐压腔室中维持预定压力，预定压力尤其是小于10巴的压力。

根据一个实施例，海底壳体是一个海底电气设备的一个海底壳体，其中第一壳体部至少包括第一腔室，并且其中海底电气设备的电气和/或电子部件被设置在第一腔室中。

根据一个实施例，第二壳体部至少包括一个第二腔室，其中第二腔室是与环境压力进行压力平衡的压力补偿腔室，特别是当被安装在海底时与海水压力进行压力平衡的压力补偿腔室。

根据一个实施例，第二壳体部包括提供压力补偿的压力补偿器，并且/或者其中第二壳体部连接到介质填充软管形式的海底电缆，其中第二腔室经由介质填充软管进行压力补偿。

根据一个实施例，壁和支撑结构以组合方式被配置为提供压力屏障，压力屏障在第一壳体部中的第一腔室与第二壳体部中的第二腔室之间提供分隔，其中第一腔室是耐压腔室或压力补偿腔室，并且其中第二腔室是耐压腔室或压力补偿腔室。

根据一个实施例，壁(30)与第一壳体部的一个第一壳体主体一体地形成，其中第一壳体主体优选地是单件金属主体。

根据一个实施例，壁由非磁性材料制成，优选由非磁性金属制成，优选由Iconel625制成。

根据一个实施例，支撑结构包括包围外部线圈的一个外部主体。

根据一个实施例，支撑结构包括由内部线圈包围的一个内部主体。

根据一个实施例，内部线圈、外部线圈和支撑结构同轴布置。

根据一个实施例，感应耦合器包括两组第一耦合部和第二耦合部，其中第一组的第一耦合部通过电磁屏蔽结构与第二组的第一耦合部分隔，并且/或者其中第一组的第二耦合部通过电磁屏蔽结构与第二组的第二耦合部分隔。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种海底传感器，包括前述任一项的海底壳体组件，其中海底传感器包括设置在第一壳体部中的一个传感器元件，其中第一电连接件被配置为用于提供与传感器元件的通信，并且其中第二电连接件被配置为至少提供海底传感器的一个传感器输出。

该实用新型的技术方案，能够在保持次级屏障的安全性的同时，在第一线圈和第二线圈之间延伸的壁部的厚度或强度可以减小到所需的最小厚度或强度以下，从而改善了内部线圈与外部线圈之间的电磁耦合的效率。

附图说明

图1是示出了海底壳体组件和海底传感器的示意图。

图2是示出了包括海底壳体组件的海底传感器的示意图，所述海底壳体组件具有包括外部线圈和内部线圈的感应耦合器，其中外部线圈至少部分地围绕内部线圈，并且其中壁的至少一部分在内部线圈和外部线圈之间延伸，如在EP 3269921中所讨论的。

图3是示出了可组装地安装到管道部的海底壳体的示意图。

图4是上面提到的共同待审的欧洲专利申请中讨论的感应耦合器的详细示意性截面图。

图5是根据本实用新型的感应耦合器的详细示意性截面图。

具体实施方式

根据本实用新型的一个方面，提供了一种海底壳体组件，其包括具有第一壳体部和第二壳体部的海底壳体。第一壳体部包括用于数据通信的第一电连接件，并且第二壳体部包括用于数据通信的第二电连接件。壁在第一壳体部和第二壳体部之间提供分隔。海底壳体组件还包括感应耦合器，该感应耦合器包括设置在第一壳体部中的第一耦合部和设置在第二壳体部中的第二耦合部。感应耦合器被构造为提供跨壁的感应耦合，以用于至少提供第一电连接件和第二电连接件之间的数据通信。感应耦合器包括内部线圈和外部线圈，其中外部线圈至少部分地围绕内部线圈，并且其中壁的至少一部分在内部线圈和外部线圈之间延伸。软磁性材料至少被布置在外部线圈周围和/或内部线圈内部，使得磁通量被收集并从外部线圈引导到内部线圈和/或从内部线圈引导到外部线圈。支撑结构被设置在内部线圈和外部线圈之间延伸的壁的部分的周围和/或内部。

换言之，为了改进感应耦合的性能，提供了由软磁性材料制成的通量引导件，并且提供了支撑结构以确保在线圈之间延伸的壁的部分附近和/或周围的壳体的总体机械完整性，使得可以优选地选择在线圈之间延伸的壁的部分的厚度，而该厚度自身本不足以承受上述操作和 /或测试压力。

通过提供具有这种感应耦合器的海底壳体组件，可以建立穿过海底壳体的壁的数据通信，这允许例如更好地密封第一壳体部。例如，当用于海底传感器中时，第一壳体部可包括传感器元件，并且壁可为处理流体提供流体密封(fluid tight)屏障，使得流体可以被限制在第一壳体部内。支撑结构和壁以组合方式可被配置为提供针对处理流体压力的压力屏障，使得压力可被限制在第一壳体部内。数据通信可以例如包括模拟或数字传感器值或读数的通信，其可以例如包括原始的或经处理的传感器数据。

通过提供感应耦合器，不必提供包括玻璃到金属密封的玻璃穿透器。因此，可以避免与跨此类穿透器的大压差以及与此类穿透器的降低的绝缘电阻相关的问题。因此，可以降低泄漏的风险。此外，由于分隔由壁提供，并且不需要穿透器，所以测试标准可以仅需要较低的测试压力，因此有利于包括这种海底壳体组件的相应装置满足规范。

在优选实施例中，壁和支撑结构的组合形成压力屏障，该压力屏障被配置为抵抗跨壁的预定最小压差。

在优选实施例中，感应耦合器可进一步被构造为将电力从第二壳体部中的电连接件感应地供应到第一壳体部中的电连接件。例如，第二壳体部中的线圈可以由交流电流驱动，该交流电流可被调制为用于数据通信。所产生的电磁场可感应出第一壳体部中的第一耦合部的线圈中的电流。因此，电力和数据通信信号(其可包括控制信号)可被传送到第一壳体部中。类似地，可以向第一耦合部的线圈提供调制电流，这感应出第二耦合部中的例如用于传送传感器数据等的相应电流。

在优选实施例中，壁由非磁性材料制成，优选地，由非磁性金属制成，例如Iconel625。在这种情况下，由第一壳体部和壁提供的屏障不包括任何非金属部件。通过提供具有感应耦合器和金属壁的海底壳体组件，可建立穿过海底壳体的壁的数据通信，而不使用需要玻璃到金属密封的常规玻璃穿透器，并且如上文简要论述的，需要在2.5 倍的操作压力下测试，从而需要整个传感器被设计为可靠地承受2.5 倍的操作压力。利用感应耦合器，应当可以在仅1.5倍的操作压力下进行测试，从而显著地降低设计和测试要求。此外，可以避免与玻璃到金属接合处的制造相关联的问题。

在优选实施例中，支撑结构也由非磁性材料制成，优选地由非磁性金属，例如Iconel 625制成，并且最优选地由与壁相同的材料制成，以便避免在支撑结构的安装点处的电化学腐蚀，并且避免或减少支撑结构中的电磁损耗。

用作通量引导件的软磁性材料可形成由内部线圈包围的内部主体和/或包围外部线圈的外部主体，以尽可能多的捕获由相应线圈产生的磁通量。优选实施例可包括由软磁性材料制成的内部主体和外部主体两者，该内部主体和外部主体在组装时形成一个在长度和直径上包围两个线圈的主体，并且该主体优选地延伸超过线圈的长度。优选地，外部主体基本上是覆盖外部线圈的两部分圆柱形盖，而内部主体是完全填充内部线圈的圆柱形主体。在可替代实施例中，该内部主体可包括轴向孔和/或被设置成中空圆柱体的形式。

在一个实施例中，壁与第一壳体部的第一壳体主体一体地形成。该第一壳体主体可以例如形成为类似具有一个开口的金属罐的形状，传感器的一部分延伸穿过该开口并且该开口被密封到一个金属主体上，例如(海底传感器安装在其上的)管道部等。第一壳体主体可以是由支撑结构补充的单件金属主体。

在其他实施例中，该第一壳体部可包括多个壳体部件，并且这些壳体部件可以优选地通过金属密封件彼此密封。应注意，“单件金属主体”的表述不应被理解为该壳体部不能包括安装至这样的单件金属主体的其他元件。这意味着，第一壳体部的以下部分(或第一壳体部的另一部分)由单件材料一体地形成，该部分包括提供第二液体密封屏障的壁的并且密封至例如管道部。因此，通过结合壁和支撑结构，可以获得海底壳体组件内的安全且可靠的第二压力屏障，该第二压力屏障能够承受大到例如处理流体压力和周围环境压力之间的非常大的压力差。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种海底传感器，其包括根据本实用新型的海底壳体组件，并且还包括设置在第一壳体部中的传感器元件，其中第一电连接件被配置为提供与传感器元件的通信，并且其中第二电连接件被配置为至少提供海底传感器的传感器输出。

在一些构造中，可以例如通过对电力线提供相应的调制来为供电和数据通信提供单个电力线。在其他实施例中，可以提供分开的线路，并且这些线路可以是相应的电连接件的一部分，例如用于供电和数据通信的专用线路。在一些实施例中，传感器可以仅是无源传感器，并且只有读取这种无源传感器所需的电力可通过感应耦合器来传输。在其他应用中，可以在该第一壳体部中设置例如用于操作该传感器元件或处理传感器数据的另外的电气和/或电子部件。感应耦合器优选地包括第一耦合部和第二耦合部，其提供用于数据通信和电力传输的感应耦合。在其他实施例中，该感应耦合器可包括例如用于分开地传送电力和通信信号的另外的耦合部。

第一壳体部例如可以包括传感器组件，该传感器组件包括隔膜 (例如过程隔膜和传感器隔膜)、传感器元件、介质填充的通道等，并且还可以包括第一压力屏障，该第一压力屏障在这种介质填充的通道中占主导的压力与第一腔室之间提供分隔。例如，过程隔膜可以将处理流体的压力传递到存在于这些通道中的这种介质(例如，油)，介质进而将压力施加到传感器元件。因此，如果这样的第一压力屏障失效，并且处理流体或处理流体压力被传递到第一腔室中，这样的流体/压力可通过壁和支撑结构被限制在第一壳体部内，该壁和支撑结构的组合构成了第二压力屏障。

该第一壳体部可通过金属密封件、特别是金属垫圈，来相对于金属主体密封。作为实例，海底壳体组件可以是海底传感器的一部分，并且第一壳体部可相对于管道部密封，例如圣诞树等形状的管道部或流体流道。第一壳体部可包括用于将海底壳体组件安装到这样的金属主体上的安装法兰。

参见图1，其中示出了海底壳体组件100的示意图，该海底壳体组件100是海底传感器200的一部分。海底壳体组件100包括第一壳体部10和第二壳体部20。第一壳体部10包括第一壳体主体12和第一腔室11。第二壳体部20包括第二壳体主体22和第二腔室21。第一壳体主体12和第二壳体主体22分别包括法兰18、28，第一壳体主体和第二壳体主体借助于这些法兰彼此固定地附接。在本实例中，两个壳体部螺栓连接在一起。

第一壳体主体12基本上围绕第一腔室11。具体地，第一壳体部 10包括提供压力屏障的壁30。这允许跨第一壳体主体12的壁施加高压差。壁30在第一腔室11和第二腔室21之间提供分隔。因此，可以在第一腔室11与第二腔室21之间提供安全且可靠的密封，该密封能够承受例如超过1000巴或甚至2000巴的高压差。

在另一端，第一壳体部10可以例如通过封闭板等简单地封闭。当海底壳体组件100用于海底罐，例如海底电子罐或控制罐或控制模块时，可采用这种构造。

在图1的实施例中，海底壳体组件100用于海底传感器200，第一压力屏障17设置在第一壳体部10中。第一压力屏障17提供第一腔室11对于第一壳体部10的一部分的密封，传感器元件61位于该部分中并且暴露于高压，例如处理流体的高压。注意，这种暴露可以是直接暴露，或者间接暴露，例如经由相应的处理隔膜和诸如油等的压力传递流体。

当实现为如图1所示的海底传感器时，第一腔室11可包括传感器电子器件62，例如控制电子器件、数据处理电子器件等。即使当海底壳体组件100安装在海底位置时，第一腔室11也可以是保持预定压力的耐压腔室。这种压力可以是低于10巴的压力并且它可以优选地是低于5巴、或甚至低于1.5巴的压力。接近大气压的压力可以在第一腔室11中占主导，因此该第一腔室可以被称为大气腔室。腔室 11可以填充有气体，例如氮气，或气体混合物，例如空气或氮气与其他气体的混合物。因此，在腔室11内可以操作传统电气和电子部件。

因此，在如图1所示的海底壳体组件的构造中，即使第一压力屏障17失效，高压(例如处理流体的高压)也可以有效地被限制在第一腔室11内。第一压力屏障17可以例如包括用于电连接至传感器元件61的馈通件，或者传感器元件61本身可以被配置为构成压力屏障。在某些条件下，这种压力屏障可能失效，从而允许高压流体进入腔室 11。现有技术壁30通常必须配置为使得其提供第二屏障，从而使得压力可有效地限制在第一壳体部10内。

为了提供与第一壳体部10内的电子部件的数据通信，提供了包括第一耦合部51和第二耦合部52的感应耦合器50。感应耦合器以及壁部(通过该壁部实现耦合)在图1中仅以功能块的形式示出，并且将在下面参见图4和图5更详细地解释。

第一耦合部51设置在第一腔室11中并且连接至电连接件15，该电连接件至少提供数据通信，特别是提供与图1的实例中的传感器元件61或传感器电子器件62的数据通信。第二耦合部52布置在第二腔室21中并且连接至第二壳体部20中的第二电连接件25。感应耦合器50至少提供跨壁30的第一电连接件15和第二电连接件25之间的数据通信。除了传输数据通信之外，耦合器50还可以被配置为用于将电力从电连接件25传输至电连接件15。

第一耦合部51和第二耦合部52被实现为线圈，这些线圈的布置将在下文参见图4和图5示出。提供给第二耦合部52的交流电(AC) 可以例如产生交变磁场，该交变磁场进而在第一耦合部51中感应出电流，然后该电流可以用于向包括在第一壳体部10中的电气和电子部件提供电力，所述电气和电子部件包括传感器电子器件62和传感器元件61。对于数据传输，可以提供调制。作为实例，施加到线圈 52的电流可以被调制，并且这样的调制将导致第一耦合部51中感应出的电流的调制。为此，接收器/发射器56可设置在第二壳体部20 中并且可耦接至第二电连接件25。单元56可以包括接收器和发射器，并且它可以调制在线路41上接收的控制信号以便经由感应耦合器50 进行传输，并且它可以解调从第二耦合部52接收的信号以便经由线路41进一步传输。应注意，发射器/接收器56还可位于不同位置处，例如位于线路41的另一端处、位于顶侧位置处或位于海底数据处理中心处。

类似地，发射器/接收器55设置在第一壳体部10中的腔室11中，并且连接至第一电气连接件15和第一耦合部51。单元55可以例如检测从第一耦合部51接收的电流的调制，并且可以向传感器电子器件 62提供相应的控制信号。单元55可以进一步从传感器电子器件62 接收传感器数据，并且可以将这样的传感器数据调制到被提供给第一耦合部51的信号上，使得产生交变磁场，该交变磁场耦合到第二耦合部52并在其中感应出由发射器/接收器单元56检测和解调的电流。因此，由传感器元件61记录的数据可以在线路41上传送，而不需要电线穿过提供次级压力屏障的壁30。

作为最小构造，感应耦合器50包括一个第一耦合部和一个第二耦合部。在实施例中，如图4和5所示，感应耦合器50可包括多个耦合部，例如，一些部专用于电力传输，而其他部专用于数据通信传输，从而提供多个耦合路径，以避免由于进出信号和/或电力传输的磁干扰导致的信号劣化。

由于在现有技术中仅通过壁30来将压力限制在第一壳体部10 内，所以便于第二壳体部20的密封。具体地，第二腔室21可以是压力补偿腔室，当壳体组件100安装在海底时，压力补偿室的压力与周围环境压力(特别是海底压力)平衡。因此，跨第二壳体主体22的壁的压差相对较低。在图1的实例中，壳体主体22具有一个开口，第二耦合部52位于该开口中。该开口相对于第一壳体主体12密封，例如通过O形环密封件29。优选提供双密封件。

第二腔室21可以填充有基本不可压缩的介质(特别是介电液体或胶)，例如油等。单元56的电气和电子部件可以被适配为在这种环境中操作，或者，如上所述，单元56可以位于腔室21外部，例如在传感器200连接到其上的海底罐中，或位于顶侧位置。压力补偿可以通过形成海底壳体组件100的一部分的专用压力补偿器(未示出) 来进行。在其他实施例中，海底壳体组件100可以连接到充油软管形式的海底电缆上，其中，这种软管的内部容积填充有介电液体(特别是油)，并且由于软管的柔韧性而针对周围环境进行了压力补偿。第二腔室21的压力补偿可以经由这种软管进行，例如通过允许通过开口26在软管的内部容积与腔室21之间的流动连通，或通过在开口中提供一些压力传输元件，例如膜或波纹管。

在其他构造中，第二腔室21可以是耐压腔室。作为示例，可以在腔室21中维持例如接近大气压的预定义压力，该预定义压力低于 10巴、优选地低于5巴或低于1.5巴。为此目的，可以在开口26中设置提供压力屏障的穿透器。由于这种穿透器被安装在海底时必须承受腔室21的内部压力与外部海底压力之间的压差，因此与屏障(例如由壁30提供的屏障)暴露于处理流体的压力时占主导的压差相比，该压差相对较低。

第二壳体部20可以例如包括用于提供与海底电缆的连接的配合件或连接器。在其他构造中，另外的单元(例如控制模块等)可以直接安装到海底壳体组件100。

通过提供感应耦合器50，可以克服常规玻璃穿透器出现的与绝缘电阻有关的问题。具体地，在这种情况下，绝缘电阻将在由第一壳体主体12和第二壳体主体22提供的金属笼与相应的耦合部51、52之间测量，这样可以保持较高的绝缘电阻。具体地，由于不使用玻璃穿透器，所以在高压测试期间也可以保持绝缘电阻。

图2示出了海底壳体组件100，其中感应耦合器包括外部线圈和内部线圈，其中外部线圈至少部分地围绕内部线圈，并且其中壁的至少一部分在内部线圈和外部线圈之间延伸，如在EP3269921中所论述的。以上关于图1给出的解释同样适用于图2，并且在下文中仅更详细地解释不同之处。

在图2中，第一壳体部10设有密封件19，用于针对海底装置，特别是金属主体，例如管道部进行密封。密封件19优选地设置为金属密封件，特别是金属垫圈的形式。

在图2中，第一耦合部51设置为内部线圈的形式，并且第二耦合部52设置为围绕内部线圈延伸的外部线圈的形式。各线圈均同轴布置。壁30在第一耦合部51与第二耦合部52之间延伸。因此，在图2的实例中，壁30是弯曲的并且围绕内部线圈延伸。壁30与第一壳体部10的第一壳体主体12一体地形成。通过这样的构造，可以实现数据通信和电力的更有效的传递，同时保持第一腔室11和第二腔室21之间的有效且安全的压力屏障。

在图2中，第二壳体主体22具有附接到第一壳体主体12的较大直径部(法兰18)的较小直径部。作为实例，第二壳体主体22可被拧入第一壳体主体12中。在两个壳体主体之间提供了密封件29，这些密封件可以是弹性体或金属O形环密封件的形式。开口26具有配合件的形式，海底电缆(例如，充油软管)的端部可拧入或以其他方式附接至该配合件。作为实例，该开口可以是MKII配合件。提供了一个安装法兰16用于将海底壳体组件100安装到另一个海底装置，特别是管道部。

在图2中，电连接件15、25以及在此论述的其他电气和电子部件仅为了使附图不过于复杂的目的而被省略，并且可以存在于本实用新型的各个实施例中。

在图3中，示出了作为海底传感器200的实施例的一部分的海底壳体组件100的实施例。以上和以下关于图1、图2、图4和图5提供的解释同样适用于图3的实施例。在图3中，海底壳体组件100安装到处理流体流过的海底管道80上。如所示出的，第一壳体主体12 通过安装法兰16被压靠在海底管道80上并且通过密封件19被密封，该密封件可以例如是金属垫圈。注意，可以设置两个密封件19以提供双屏障。

传感器元件61可以例如测量流过管道部80的处理流体的温度和 /或压力，并且相应的读数可由发射器/接收器55经由感应耦合器50 调制和传输，感应耦合器50同样仅以功能块的形式示出并且将在以下参见图4和图5更详细地解释。

充油软管40形式的海底电缆安装到第二壳体部20的端口开口 26。注意，海底电缆可形成海底传感器200的一部分，并且可在海底电缆40的另一端设置(湿配合或干配合)连接器，用于将传感器200 连接到另一海底装置或顶侧设施。在图3的实例中，海底电缆40的线41直接连接至电连接件25和第二耦合部52。在其他实施例中，可以设置另外的电气和电子部件，例如发射/接收单元56。再次，应当指出，在一些实施例中，开口26可以允许在海底电缆40的内部和第二腔室21之间的流动连通，而在其他实施例中，可以设置为分隔的。这种分隔可以通过例如膜的压力传递元件或通过允许维持跨开口26 的压差的穿透器来提供。

图4示出了对EP3269921中论述的感应耦合器的改进。提供一个两部分通量引导件53A、53B以双向地引导线圈51、52之间的磁通量。在优选实施例中，该通量引导件是由软磁性材料(例如铁氧体) 制成。注意，图4未示出包括布置在第一壳体部10内的一个第一线圈51和布置在第二壳体部20内的一个第二线圈的最小可能的布置。相反，图4示出了一种布置，其中A、B两组线圈51、52为了冗余而被设置，和/或被设置以提供用于耦合进和耦合出第一壳体部10的分开的路径。以下的论述与线圈组的数量无关，线圈组的数量当然可以超过2，这对于本领域技术人员是显而易见的。

图4所示的通量引导件53是由软磁性材料制成的并且包括两个部分：布置在第一壳体部10内部的内部主体53A和布置在第二壳体部20内部的外部主体53B。几乎任何形状的内部主体和外部主体53 (单独地或组合地)将改进磁耦合50的性能，只要将这种主体布置在线圈51、52之一附近。

在图4中，存在两个主体并且两个主体被形成和布置成使得当它们组装在一起时，形成在长度和直径上包围两个线圈的整个主体。优选地，外部主体53B基本上是覆盖外部线圈52和在线圈51、52之间延伸的壁部30两者的圆柱形盖或圆顶，而内部主体53A是完全填充内部线圈51和壁部30的内部的圆柱形主体，内部主体53A进一步包括圆柱形基部，该圆柱形基部至少具有与外部主体的圆柱形盖或圆顶大致相同的直径。在可替代实施例中，该内部主体可以具有轴向孔和 /或设置为中空圆柱体的形式，以便减小其重量和/或成本和/或减小内部主体的轴线附近的磁场量。

优选地，在壁30、内部线圈51与内部主体53A之间以及在壁30、外部线圈52与外部主体53B之间仅存在小的气隙或没有气隙。在优选实施例中，假设在线圈51、52之间延伸的壁部30是圆柱形或圆顶形的，例如参见图2所论述的。还可以实现其他形状的壁部(例如基本上长方体的)。在这方面，图4和图5是示意性的并且在此提及的圆柱形或环形形状仅是实例。

在图4中，关键的设计参数是在第一线圈和第二线圈之间延伸的壁部30的厚度或强度，壁部的厚度或强度的选择是由壳体组件的总体设计和目的决定的。如上所论述的，壁部30本身通常用作第二屏障，并且需要能够承受传感器所暴露的流体与传感器的环境之间的压差。为了测试的目的，壁部需要能够可靠地经受至少1.5倍的压差，例如，在典型的海底应用中高达1500或2100巴或者甚至3000巴的压力。实际上，当根据上面引用的共同待审欧洲专利申请的教导设计感应耦合器50时，在第一线圈和第二线圈之间延伸的壁部30的厚度或强度将首先被选择，并且取决于最大测试压力和为壁30所选的材料。

因为在海底应用中壁厚将是相当大的，所以传输损耗将会高并且对于将电力耦合至第一壳体部10中而言需要考虑到这一点：第一壳体部内的电路的功率需求将是感应的重要设计标准，并且因此是线圈的尺寸和通量引导件的尺寸的重要设计标准。

图5中示出了对图4中所示的布置的改进。以上关于图1、图2、图3和图4给出的解释同样适用于图5，并且在下文中仅更详细地解释不同和改进之处。如上所述，线圈或线圈系统51、52之间延伸的壁的部分的厚度所造成的传输效率的损失将是相当大的，因此希望减小厚度。常规地，在线圈之间延伸的壁的部分的厚度的下限由机械要求决定，但是根据本实用新型，可以通过结构地支撑在线圈之间延伸的壁的部分而使其厚度减小到下限以下。

在图5所示的本实用新型的实施例中，感应耦合器50包括分别由后缀A、B表示的两组线圈。如上文所论述的，在其他实施例中，可仅存在一个线圈组，且在其他实施例中，可存在两个以上线圈组。

第一线圈组A的第一耦合部51A设置为内部线圈的形式，并且第一线圈组A的第二耦合部52A设置为围绕内部线圈延伸的外部线圈的形式。这两个线圈优选地同轴地布置。类似地，第二线圈组B的第一耦合部51B设置为内部线圈的形式，并且第二线圈组B的第二耦合部52B设置为围绕相应的内部线圈延伸的外部线圈的形式。壁 30的一部分在第一与第二耦合部51A、52A、51B、52B之间延伸。因此，在图5的实例中，壁30具有圆柱形或罐形延伸部并且围绕一个或多个内部线圈延伸。壁30及其延伸部优选地与第一壳体部10的第一壳体主体12一体地形成。

在图5的实施例中，为每个线圈组A、B设置一个通量引导布置。第一通量引导布置531A、532A被布置为：使得其有助于第一线圈系统A的磁通量并且包括一个内部主体531A和一个外部主体532A。如参见图4所讨论的，在优选实施例中，存在两个主体并且两个主体被形成和布置成使得当它们组装在一起时形成一个整个主体，该整个主体与在内部线圈与外部线圈之间延伸的壁的部分相结合，在长度和直径上包围这两个线圈。

为了易于组装和制造，通量引导布置的内部主体和外部主体均可以由两个相同的半主体构成。

形成外部主体532A的半主体是基本上中空的圆柱体，这些圆柱体具有被设计成接纳该外部线圈的内直径，在该外部线圈的外圆周与该外部主体的半主体的内圆周之间具有尽可能小的气隙。在一端处，外部半主体可以具有圆柱形基部，该圆柱形基部具有较小的内径，该内径被选择为使得半主体可以以小的气隙或无气隙地安装在壁30的圆柱形延伸部上。半主体的外径被选择为使得外部支撑结构572可以小气隙或无气隙地装配在外部主体上。

然后可以通过以下方式组装第一线圈组的外部：首先将外部主体的第一半主体(基部)首先放置在壁延伸部上，然后将外部线圈放置在壁延伸部上并且将其长度的大约一半放置在第一半主体内部，并且然后将外部主体的第二半主体放置在线圈的另一半上。由此，外部线圈在外侧上完全由外部主体532A封装，而在内侧上放置在壁延伸部上。

这些内部半主体基本上是完整的圆柱体，其外径被设计成使得这些内部线圈可以安装在该半主体上。在一端处，内部半主体可具有圆柱形基部，该圆柱形基部具有较大的外径，该外径被选择为使得半主体可以被安装在壁的圆柱形延伸部内部，而在基部处仅具有小的气隙或没有气隙。

然后，线圈组的内部部分可通过以下方式组装：首先将内部主体的第一半主体(基部)首先放置在壁延伸部内，然后将内部线圈放置成其长度的大约一半在第一半主体内，然后将内部主体的第二半主体放置在壁延伸部内并且在线圈的另一半上。由此，内部线圈在内侧上完全由内部半主体封装，而内部线圈的外侧放置在壁延伸部内部或抵靠壁延伸部。

在优选的实施例中，外部半主体也可以描述为通过旋转“L”形获得的主体，而内部半主体也可以描述为通过旋转“T”形获得的主体。

第二可选线圈组B以与参照上述第一线圈组描述的类似的方式构成和安装。具体地，线圈组B的构造可以与线圈组A的构造相同，从而通过减少单独部件的量来降低制造成本。然而，不必将两个线圈组配置为具有相同的尺寸。例如，对于两个线圈系统，线圈组A、B的纵向延伸部可以不同，或者线圈和通量引导部的直径和壁部可以不同，或者线圈布线可以不同。

优选地，这些线圈51A、51B、52A、52B是同心地或同轴地布置的。更优选地，形成一个线圈组的线圈(例如线圈51A、52A)以及用于第一线圈组A的相应的通量引导件531A、532A(相对于壁30 的延伸部)如图5中的截面视图中所示纵向地对齐，以便使对称性最大化，从而优化在线圈的末端处产生的磁场线路径。

如以上所论述的，壁30的圆柱形延伸部的壁厚可被选择为小于确保其作为第二压力屏障起作用所需的最小值。在本实用新型的实施例中，将壁30的延伸部设计成使得其充当具有小于10mm、优选地5mm或更小的厚度的流体密封屏障就足够了，而在线圈之间延伸的壁部的结构稳定性由支撑结构确保，该支撑结构在优选实施例中包括内部支撑结构571和外部支撑结构572。

内部支撑结构可设置成完全圆柱体的形式，其装配在圆柱形壁延伸部内部并纵向地延伸，以便同时支承在圆柱形壁延伸部内部的线圈/通量主体布置或者将其保持在原位。内部支撑结构571可包括具有较大直径的圆柱形基部，以增加其稳定性并限制穿透到圆柱形壁延伸部中的量。内部支撑结构可以例如是通过形状配合或摩擦配合或其组合保持在原位的螺栓。

外部支撑结构572可以具有完全包围壁延伸部和布置在壁延伸部外部的线圈/通量主体布置的圆柱形盖或圆顶的形式。外部支撑结构可包括用于将外部支撑结构固定至第一主体部分12和/或壁30的圆柱形基部或法兰。

内部支撑结构571可包括一个或多个薄通道581，其中到达和来自内部线圈51A、51B的导线在该一个或多个薄通道中延伸。同样，外部支撑结构572可包括一个或多个薄通道582，其中到达和来自外部线圈52A、52B的导线在该一个或多个薄通道中延伸。此外，这些通道可用于注射模和释放空气以允许模流分析。这些薄通道不太影响内部支撑结构的机械稳定性。尽管处理流体可以在第一屏障破裂的情况下进入朝向第一腔室11开口的薄通道，但是由薄通道(具有小的横截面面积)内部的处理流体施加的力将很小，并且因此通道可以由相对薄的端壁(未示出)可靠地密封。

一旦安装，通道581、582中的任一个或两个可以利用模具来填充，以防止处理流体在第一屏障破裂的情况下进入其中。

类似地，在组装过程结束时，可以利用模具(优选地，弹性模具) 来填充保留在感应耦合器50内、以有利于制造过程和/或有利于不同部件的不同热膨胀行为的任何间隙和/或开口。

应注意的是，还可以实现在线圈之间延伸的壁部的其他形状(如基本上长方体的)。在这方面，图4和图5是示意性的并且在此提及的圆柱形或环形形状仅是实例。对于本领域技术人员而言，如何使本文论述的形状适应这些其他形状将是显而易见的。

在第一线圈与第二线圈之间延伸的壁30的部分优选地延伸或突出到第二腔室21中足够多，以允许与线圈51、52之间的完全重叠，如果存在如图5的实施例中的若干线圈，则包括所有线圈，并且更优选地，该壁30的部分延伸进入第二腔室中足够多以允许对于所有线圈组进行上述对齐。

为了增加结构稳定性，可安装支撑盘591、592、593。例如，支撑盘布置591、592可以安装在两个线圈组A、B之间，使得内部支撑盘591布置在第一线圈布置的内部通量引导主体531A和第二线圈布置的内部通量引主体531B之间。外部支撑盘592布置在第一线圈布置的外部通量引导主体532A与第二线圈布置的外部通量引导主体 532B之间。盘591、592优选地是同心的并且沿着壁延伸部纵向对齐。

内部支撑盘591优选地以极少或没有气隙的方式装配在圆柱形壁延伸部内部。同样，外部支撑盘592优选地以极少或没有气隙的方式装配在圆柱形壁延伸部上，并且以极少或没有气隙的方式装配在外部支撑结构572内。盘布置591、592(特别是外部盘592)可以被设计成将来自壁延伸部的内部的膨胀力耦合到外部支撑结构，并且该盘布置可进一步被设计成将来自外部支撑结构的预定压缩力施加到壁延伸部，其中内部支撑盘591吸收这些力以避免壁延伸部的变形。

在优选实施例中，至少一组支撑盘591、592布置在线圈系统A 和B之间，并且优选地由还用作电磁屏蔽的材料制成，以抑制线圈系统之间的交叉耦合。换言之，可以在线圈系统A与B之间设置电磁屏蔽结构，例如以盘591、592的形式，该盘591、592附加提供机械支撑。

第三盘593被示出为安装在圆柱形壁延伸部的外端处，以提供壁延伸部与外部支撑结构之间的耦接配合。代替第三盘，外部支撑结构可简单地包括具有减小的内径的部分，用于容纳圆柱形壁延伸部(即，具有一个一体的盘)。

支撑盘591、592、593可具有小通孔，使得薄通道581、582可延伸超过支撑盘。

应注意的是，在此描述了优选实施例，使得在内部线圈与外部线圈之间延伸的壁部从第一腔室11(与传感元件相关联的电气和/或电子部件布置在其中)延伸至第二腔室21(与信号处理和/或向前信号传播相关联的电气和/或电子部件布置在其中)中。当然，这并不意味着是限制性的。在其他实施例中，在内部线圈与外部线圈之间延伸的壁部30可从第二腔室21延伸到第一腔室11中。

设置如图4和图5所示的两组线圈提供了多种设计选择。例如，可以设置不同的路径(和适配的线圈组)用于将电力和/或控制数据传输到第一腔室中和/或用于将传感器数据传输出第一腔室。在其他实施例中，第二线圈组可以被设置为冗余测量，注意，海底传感器通常需要设计成使用寿命非常长的，例如，超过20或30年。

在图5所示的实施例中，线圈组被示出为彼此相邻地布置。在其他实施例中，线圈组也可以围绕彼此布置/布置在彼此内部，或者线圈组的相应线圈可以通过围绕同一芯缠绕双股线来产生，其中一条线用作相应线圈之一，另一条线用作另一线圈。在这样的构造中，线圈组之间的干扰非常高，并且如果冗余概念是故障转移类型的，则这些构造因此是优选的，使得一个线圈组保持闲置，直到有效线圈组发生故障。

如图5所示在一个纵向方向上堆叠这些单独的线圈系统具有的优点是：相应交变磁场的干扰可以保持在低水平并且与根据图4的设计的干扰相比将更低，因为每个线圈组具有一个分离的通量引导件。尽管如此，每个线圈系统将在某种程度上将其信号耦合到另一个线圈系统中(交叉耦合)，特别是在线圈之间延伸的壁的部分被制造得更薄的情况下。这可以有利地用于产生第二接收信号，例如增加发射功率的产出或改善信号传输。如果这是不期望的，则可以通过对两个线圈系统使用不同的谐振和驱动频率来抑制交叉耦合。

在上文中描述了海底壳体组件100在海底传感器200中的应用，但是应当理解，它也可以用于其他应用中，特别是在压力屏障的完整性很重要的情况下，例如用于保护电气和电子部件。这样的应用可以包括海底控制单元中的应用，海底控制单元中需要确保一个大气压腔室的完整性。其他应用同样是可想到的。

尽管在此公开了具体实施例，但在不脱离本实用新型的范围的情况下可以做出不同的改变和修改。本实施例在所有方面都被认为是说明性而非限制性的，并且落在所附权利要求书的含义和等同范围内的所有改变都旨在被包含在其中。

Claims (16)

1.一种海底壳体组件，包括：

一个海底壳体；

所述海底壳体的一个第一壳体部，其中所述第一壳体部包括用于数据通信的一个第一电连接件；

所述海底壳体的一个第二壳体部，其中所述第二壳体部包括用于数据通信的一个第二电连接件；

一个壁，在所述海底壳体的所述第一壳体部与所述第二壳体部之间提供分隔；以及

一个感应耦合器，包括被设置在所述第一壳体部中的一个第一耦合部和被设置在所述第二壳体部中的一个第二耦合部，其中所述感应耦合器被配置为提供跨所述壁的感应耦合，以至少用于提供在所述第一壳体部中的所述第一电连接件与所述第二壳体部中的所述第二电连接件之间的数据通信；其中

所述第一耦合部包括一个内部线圈并且所述第二耦合部包括一个外部线圈，或者其中所述第一耦合部包括一个外部线圈并且所述第二耦合部包括一个内部线圈；

所述外部线圈至少部分地围绕所述内部线圈；并且

所述壁的至少一部分在所述内部线圈与所述外部线圈之间延伸；

其特征在于，

软磁性材料至少被布置在所述外部线圈周围和/或所述内部线圈内部，使得磁通量被收集并从所述外部线圈引导至所述内部线圈并且/或者从所述内部线圈引导至所述外部线圈；以及

支撑结构被设置在所述内部线圈与所述外部线圈之间延伸的所述壁的所述部分的周围和/或内部，

其中壁和支撑结构以组合方式被配置为提供压力屏障以抵抗跨所述壁的预定最小压力差。

2.根据权利要求1所述的海底壳体组件，其特征在于，所述感应耦合器还被配置为将电力从所述第二壳体部中的所述电连接件感应地供应到所述第一壳体部中的所述电连接件。

3.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述第一壳体部至少包括一个第一腔室，其中所述第一腔室是耐压腔室，当所述海底壳体组件被安装在海底时，在所述耐压腔室中维持预定压力，所述预定压力尤其是小于10巴的压力。

4.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述海底壳体是一个海底电气设备的一个海底壳体，其中所述第一壳体部至少包括第一腔室，并且其中所述海底电气设备的电气和/或电子部件被设置在所述第一腔室中。

5.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述第二壳体部至少包括一个第二腔室，其中所述第二腔室是与环境压力进行压力平衡的压力补偿腔室，特别是当被安装在海底时与海水压力进行压力平衡的压力补偿腔室。

6.根据权利要求5所述的海底壳体组件，其特征在于，所述第二壳体部包括提供所述压力补偿的压力补偿器，并且/或者其中所述第二壳体部连接到介质填充软管形式的海底电缆，其中所述第二腔室经由所述介质填充软管进行压力补偿。

7.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，壁和支撑结构以组合方式被配置为提供压力屏障，所述压力屏障在所述第一壳体部中的第一腔室与所述第二壳体部中的第二腔室之间提供分隔，其中所述第一腔室是耐压腔室或压力补偿腔室，并且其中所述第二腔室是耐压腔室或压力补偿腔室。

8.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述壁(30)与所述第一壳体部的一个第一壳体主体一体地形成，其中所述第一壳体主体是单件金属主体。

9.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述壁由非磁性材料制成。

10.根据权利要求9所述的海底壳体组件，其特征在于，所述壁由非磁性金属制成。

11.根据权利要求10所述的海底壳体组件，其特征在于，所述壁由Iconel 625制成。

12.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述支撑结构包括包围所述外部线圈的一个外部主体。

13.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述支撑结构包括由所述内部线圈包围的一个内部主体。

14.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述内部线圈、所述外部线圈和所述支撑结构同轴布置。

15.根据权利要求1或2所述的海底壳体组件，其特征在于，所述感应耦合器包括两组第一耦合部和第二耦合部，其中所述第一组的所述第一耦合部通过电磁屏蔽结构与所述第二组的所述第一耦合部分隔，并且/或者其中所述第一组的所述第二耦合部通过电磁屏蔽结构与所述第二组的所述第二耦合部分隔。

16.一种海底传感器，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的海底壳体组件，其中所述海底传感器包括设置在所述第一壳体部中的一个传感器元件，其中所述第一电连接件被配置为用于提供与所述传感器元件的通信，并且其中所述第二电连接件被配置为至少提供所述海底传感器的一个传感器输出。

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