[发明专利]声板波虚拟阵列传感器系统及基于该系统的液体检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体传感器系统，尤其涉及一种并行检测液体多特征参数的声板波 虚拟阵列传感器系统及检测方法，属于新型传感器领域。

背景技术

液体传感器主要用于对液体本身特征参数的检测，包括密度、体积弹性模量、粘度 三种机械参数以及介电常数、电导率两种电学参数的测量。液体检测不仅关注液体某单 个特定的特征参数，还希望能够并行检测液体的多个特征参数。

目前工业上测量液体各特征参数的常用仪器或方法非常多。测量液体密度的常用 仪器有浮子式密度计、振动式密度计、放射性同位素密度计、超声波式密度计等[1]； 测量液体粘度的常用方法有毛细管法、扭摆振动法、落球法、旋转法等[2]；通常采用 迈克尔逊干涉仪测量液体体积弹性模量[3，4]；采用电容式传感器测量液体介电常数 [5]；采用电阻式传感器、磁电式传感器测量液体电导率[6，7]。现有仪器或测量方法 存在着许多不足之处，如仪器体积大、价格昂贵、操作繁琐、需要试样多、响应时间长、 数据不易处理、测量精度低等。并且，对于不同的特征参数，相应的测量仪器和方法也 各不相同。因此，研制出测量精度高、响应快、性能稳定、体积小、试样微量、数据易 于处理，且能实现并行测量液体多个特征参数的传感器系统，是非常有必要的，也符合 未来传感器微型化、低功耗、低成本、高精度、长寿命的发展趋势。

[1]张欲晓，樊尚春.液体密度传感器.计测技术，2006，26(1)：1-4.

[2]高桂丽，李大勇，石德全.液体粘度测定方法及装置研究现状与发展趋势简 述.化工自动化及仪表，2006，33(2)：65-70.

[3]戴玮，赵学民，马书炳，等.液体体变弹性模量测量实验及研究.物理实验， 2003，21(4)：14-16.

[4]张凤兰，计新.液体的体积弹性模量测定.延边大学学报(自然科学版)， 2002，28(3)：168-17.

[5]冯晓东，郑联英，何朝来.液体介电常数的精密测定.现代测量与实验室管 理，2007，2：6-8.

[6]许歆.873EC微机化无电极电导率分析仪测量76％硫酸浓度.硫酸工业，1999， 3：29-31.

[7]谭有广，刘峰.非接触测量液体电导率的仿真与实验分析.电工技术杂志， 2004，7：69-71.。

发明内容

发明目的：

本发明的目的在于提供一种声板波虚拟阵列传感器系统及检测方法，可以并行检测 液体的密度、体积弹性模量、粘度三种机械参数以及介电常数、电导率两种电学参数。

技术方案：

一种声板波虚拟阵列传感器系统，包括微控制器模块、信号激励模块、声板波虚拟 阵列器件模块和信号采集模块；其中：微控制器模块的输出端连接信号激励模块的输入 端，信号激励模块的输出端分别连接声板波虚拟阵列器件的输入端、信号采集模块的输 入端，声板波虚拟阵列器件模块与信号采集模块相连接，信号采集模块的输出端连接微 控制器模块的输入端。

本发明的声板波虚拟阵列传感器系统中声板波虚拟阵列器件模块包括自由化形式 的声板波器件和金属化形式的声板波器件；其中所述自由化形式的声板波器件包括压电 薄板、输入叉指换能器、输出叉指换能器，其中输入叉指换能器和输出叉指换能器沉积 在压电薄板一侧表面上，分左右两侧对称排布；所述金属化形式的声板波器件的结构为 在自由化形式的声波板器件的基础上，在压电薄板的另一侧表面镀上一层金属薄膜形 成。

本发明的声板波虚拟阵列传感器系统中所述压电薄板所用材料均为压电陶瓷 PZT-5H。

本发明的声板波虚拟阵列传感器系统中声板波器件通过改变激发频率得到各不相 同的声板波模态，即单个声板波器件被扩展成很多个功能上完全独立的虚拟器件。

一种基于本发明的声板波虚拟阵列传感器系统的液体多特征参数的检测方法，传感 器系统工作时，微控制器模块控制信号激励模块产生高频正弦电压信号，该正弦电压信 号施加到声板波虚拟阵列器件模块输入端，利用逆压电效应产生声板波，传输到声板波 虚拟阵列器件模块输出端的声板波再通过正压电效应转换成电压信号，声板波的传播特 性受负载在声板波虚拟阵列器件模块上的液体特征参数影响，通过信号采集模块测量声 板波虚拟阵列器件模块输入、输出电压信号的相位差和振幅比来检测液体的特征参数； 包括如下步骤：