[发明专利]用气敏超磁致伸缩薄膜检测气体浓度的方法

说明书

技术领域

本发明用气敏超磁致伸缩薄膜检测气体浓度的方法属于超磁致伸缩薄膜的应用领域，涉及使用具有气体敏感特性的气敏超磁致伸缩薄膜对气体浓度进行检测的方法。

背景技术

气体传感器有很多种，如压电气体传感器，金属氧化物气体传感器等。目前的气体传感器均存在一些缺陷，比如金属氧化物传感器需要在较高的温度下进行操作；光学传感器无法检测密闭容器中以及不透明器皿中的相关参数；虽然表面声波传感器和压电微平衡传感器被广泛地用于温度、浓度、压力等参数微小变化的检测中，然而由于传感器必须与检测物体的表面直接接触，因而也限制了其在生物活体以及原位检测的应用。因此有必要寻求一种新的气体检测方法。

超磁致伸缩薄膜是一种新型功能材料，它具有很多优良的性能：磁致伸缩大、涡流损耗小、磁晶各向异性值小、在低磁场下具有较大的磁致伸缩特性、软磁特性好等。超磁致伸缩薄膜的以上特性使其应用器件具有无缆驱动、可实现远程控制等优点，同时，由于超磁致伸缩薄膜还具有尺寸小、结构简单、成本低、易于微型化、灵敏度和可靠性高等优点。气敏超磁致伸缩薄膜是在超磁致伸缩薄膜上涂镀具有气体敏感性的气敏涂层形成的，它仍然保留着超磁致伸缩薄膜的优点，而其具备的气敏特性又使得利用超磁致伸缩薄膜进行气体检测成为了一种可能。采用气敏超磁致伸缩薄膜对气体浓度进行检测的方法可以避免目前几种气体传感器的缺陷，因而具有很好的研究意义。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是针对上述现有气体浓度传感器的不足，发明一种气体浓度检测方法，通过制备气敏超磁致伸缩薄膜并将其置于交变驱动磁场中进行振动，然后测量气敏超磁致伸缩薄膜与被测气体反应后的一阶固有频率进而根据标定曲线得出气体浓度的方法对气体浓度进行准确的测量。

本发明采用的技术方案是：一种用气敏超磁致伸缩薄膜检测气体浓度的方法，其特征是，采用甩胶法在超磁致伸缩薄膜上涂镀气体敏感层形成气敏超磁致伸缩薄膜，将气敏超磁致伸缩薄膜置于赫姆霍兹线圈中进行振动，通过测量与被检气体反应后的气敏超磁致伸缩薄膜的共振频率可以得到被测气体的浓度；不同气体的浓度可以通过改变气敏超磁致伸缩薄膜的气体敏感层实现测量。主要包括以下步骤：

(1)制备气敏超磁致伸缩薄膜的方法

①将超磁致伸缩薄膜修剪为长条形，用去离子水清洗去除表面杂质，然后在室温环境下晾干；

②根据不同的被检测气体，在室温下配制不同的呈胶状的气体敏感层材料溶液；

③通过甩胶法在超磁致伸缩薄膜2上均匀涂镀气体敏感层材料溶液形成气体敏感层1，制备出气敏超磁致伸缩薄膜；

(2)搭建检测平台

①将气敏超磁致伸缩薄膜插入到气体密闭盒6中的支撑台上板15与支撑底座16之间的缝隙里，支撑底座16与密闭盒下底板17胶粘为一起，旋紧紧固螺钉14对气敏超磁致伸缩薄膜进行固定，沿密闭盒滑槽13插入上板面10对密闭盒6进行封盖；

②用右紧固螺钉9将密闭盒6固定在右支撑板7上，然后用左紧固螺钉9’将密闭盒固定在左支撑板8上；

③将左支撑板8放入左赫姆霍兹线圈5的中心孔中并将右支撑板7放入右赫姆霍兹线圈4的中心孔中进行支撑，用手转动密闭盒6进行调节，使上板面10与水平面基本平行；

④将激光测微仪3用任意支架固定于密闭盒6上方，手动调节其位置，使激光测微仪3射出的光束通过密闭盒6上板面10的通光孔11照射到气敏超磁致伸缩薄膜的气体敏感层1上，检测平台搭建完毕；

(3)测量气体浓度

①标定浓度检测曲线的方法

a.采用可调稳压电源I向检测平台II中的左赫姆霍兹线圈5和右赫姆霍兹线圈4施加交流电，同时将激光测微仪3采集到的气敏超磁致伸缩薄膜的振动信号输入到示波器III中，将可调稳压电源I输出的驱动电流的频率从0逐渐调大，直至从示波器波形中观察出一阶共振，此时的激励电流频率为f₀；

b.将已知浓度的被检气体从气体通道12通入密闭盒6，通过示波器III观察气敏超磁致伸缩薄膜的振动情况，待振动情况稳定后，重复步骤a中的频率拾取过程，拾取气敏超磁致伸缩薄膜与被检测气体充分反应后的一阶共振频率为f₁；

c.再将其他浓度的被检气体从通道12通入密闭盒6，重复步骤a中的频率拾取过程拾取通入不同浓度被检测气体后气敏超磁致伸缩薄膜的共振频率f_n，n为2，3，…，N；

d.绘制f_n与对应气体浓度的关系曲线，然后使用电脑IV将曲线处理为直线，完成浓度检测曲线的标定；