深海压力问题是各种水下仪器设备所面临和必须首先解决的共性问题，压力补偿是当前国内外常用的、优先考虑和选择的途径。在诸多压力补偿装置中，波纹管式压力补偿装置被广泛使用，作为压力补偿装置主体元件的波纹管的性能直接影响整个装置的性能。本文利用有限元法，在考虑几何、材料非线性情况下，对承受轴向载荷的U型波纹管进行非线性静力分析，探讨了该类型波纹管在深海压力环境下作为压力补偿元件的力学性能。提出了波纹管变形后体积变化量的计算方法；在考虑液体可压缩性基础上，推导出波纹管体积变化量与内外压差以及相应工作水深间的关系公式，并给出了相应的计算流程；结合充油式深海压力传感器的压力补偿用波纹管，分析了轴向刚度与补偿性能间的关系，并进一步分析了波纹管的结构参数（壁厚、波高、波数）对其轴向刚度的影响；采用正交试验法对波纹管波纹参数取值进行优化，获得了波纹管性能较优的波纹参数范围；在上述研究的基础上，提出了一种用于水下压力传感器的压力补偿装置的双波纹管设计方案，为水下传感器的压力补偿装置的设计提供参考。