[发明专利]一种离子电流式水下压电转换装置及方法

权利要求书

1.一种离子电流式水下压电转换装置，其特征在于，包括：塑料软管、一对金属电极、信号传输线缆和电极支撑结构；其中：

塑料软管两端设有开放孔，保证塑料软管内外水相通，金属电极的一端通过电极支撑结构布设于塑料软管两端的开放孔处，且金属电极不直接与塑料软管接触，与塑料软管内的水体接触，金属电极的另一端与信号传输线缆相连，信号传输线缆两端连接电流检测装置；

当塑料软管充满环境溶液时，在固-液界面会发生特异性离子吸附，从而形成双电层，储存一定量的电荷并具有一定的电势，即zeta电势；zeta电势大小与发生接触的固-液两相相关，固液相不发生变化时，双电层内电荷的数量与固-液界面的面积成正比；当塑料软管在外力的作用下发生形变时，固-液界面接触面积发生改变，溶液中的离子会定向移动，进入或流出固-液界面双电层，形成离子电流，而受压位置相对于两电极的位置差异会在两电极之间产生电势，从而在通道内形成电流，电流经电极通过传输线缆被传递，完成压电转换过程。

2.根据权利要求1所述的离子电流式水下压电转换装置，其特征在于，所述塑料软管根据所测量压力的形式和大小进行选择，保证塑料软管在所测压力下的形变在弹性限度内；优选由聚烯烃热塑弹性体TPE材料制成，长度为5cm，内管径3mm，外径5mm。

3.根据权利要求1所述的离子电流式水下压电转换装置，其特征在于，所述信号传输线缆包括无氧铜导线，所述信号传输线缆外层除使用绝缘材料进行保护外还需要无氧铜编织网和铝箔进行屏蔽。

4.根据权利要求1所述的离子电流式水下压电转换装置，其特征在于，所述电极支撑结构为中心带孔的十字形结构，由聚烯烃热塑弹性体TPE材料制成，使用防水胶粘在所述塑料软管两端的开放口处，中心孔插入带屏蔽的所述信号传输线缆，用于将所述金属电极固定在开放口处。

5.一种基于上述权利要求1-4中任意一项权利要求所述离子电流式水下压电转换装置的离子电流式水下压电转换方法，其特征在于，包括：

双电层形成：将塑料软管置于水体中，水体通过开放孔进入塑料软管内，与塑料软管内表面接触自发形成双电层；

稳定塑料软管：塑料软管内部被水充满后，能够平衡深水静压，不受外部压力的情况下，维持塑料软管的稳定；

实现压电转换：当塑料软管受到外力作用时，塑料软管在力的作用下发生弹性形变，形状发生变化形成受压状态下的塑料软管，固-液接触界面面积发生改变，溶液中的离子会定向移动，进入或流出固-液界面双电层，形成离子电流，受压位置相对于两金属电极位置的差异，导致塑料软管内两电极间产生电势，形成电流，经金属电极和信号传输线缆传递到电流检测装置，完成压电转换过程；电流的大小与固-液接触面积改变量相关，塑料软管所受压力越大，形变量越大，塑料软管内表积变化越大，产生的电流越大。