[实用新型]基于声表面波原理的激发式无源气体传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体传感器。

背景技术

随着工业化的进程和人们生活水平的提高，气体传感器在工业应用与人们日常生活中都得到了广泛的应用，也成为倍受人们关注的研究课题。在众多的气体传感器中，声表面波(SAW)气体传感器的开发和应用受到了广泛的关注并获得了长足的进步。声表面波(SAW)传感器的研究起源于70年代，当时人们在研究SAW电子器件的时候发现表面沉积物、应力、温度、电场、磁场等外界因素均会对器件的特性产生较大的影响，这些影响是电子器件所不希望的，然而却十分适用于传感器的研究。由于这种传感器具有高精度、高灵敏度、高分辨率、抗电磁干扰能力强，不需要模/数转换，敏感器件采用半导体平面工艺制作，易于集成及大规模生产等优点，30多年来，以SAW延迟线或谐振器作为核心敏感组件的SAW传感器技术得到了很大发展。到目前为止，人们不但已经研制了温度、压力、质量传感器。特别是在气体传感器方面已经取得了可喜的科研成果。

声表面波(SAW)气体传感器的基本结构是在以压电材料为衬底的表面上，一端为输入叉指换能器(IDT1)，另一端为输出叉指换能器(IDT2)，两者之间的区域淀积了针对特定气体敏感的薄膜。此薄膜与被测气体发生相互作用，导致界面膜的物理性质发生变化，从而改变了SAW的速度或频率，因此通过测量声波的频率偏移或相位延迟可以反演得到气体的种类、浓度等待测量。

然而，传统的SAW气体传感器大多采用金属叉指换能器(IDT)制成，但传统的SAW气体传感器也具有固有的缺点，如频响低，接触式等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于声表面波原理的激发式无源气体传感器，解决传统声表面波传感器频响低、接触式等固有缺点，方便气体检测，提高检测的精确度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于声表面波原理的激发式无源气体传感器，包括声表面波发生装置、声表面波激发装置、探测光束发射装置以及光束强度检测装置，所述声表面波发生装置包括金属靶材和设于金属靶材表面的气体选择性吸附膜，所述声表面波激发装置向声表面波发生装置发射激光并在声表面波发生装置中激发出各种波型，所述探测光束发射装置向声表面波发生装置发射探测光束，所述光束强度检测装置接收探测光束的反射光并检测探测光束的强度。

优选的，所述声表面波激发装置包括激光器、光束分离器以及柱面透镜，激光器激发激光脉冲，激光脉冲通过光束分离器后被柱面透镜聚焦到声表面波发生装置上。

优选的，所述探测光束发射装置包括半导体激光器，所述半导体激光器激发的探测光束由聚焦透镜聚焦在声表面波发生装置表面。

优选的，所述光束强度检测装置包括光电倍增管，探测光束的反射光由一个显微透镜聚焦并通过光电倍增管转化为电信号。

本实用新型采用上述技术方案，首先，传感器基于声表面波原理，实现了无源无线的状态监测方式，有效的解决了传统在线监测装置存在的在安全性、可靠性、稳定性等方面存在的问题。而且体积小，与采集器之间数据无线传输，安装方便灵活，不受设备结构和空间影响；不受灰尘、电磁场等环境因素影响，可长期稳定工作；无线射频信号具有一定的穿透绕射能力，可广泛用于测量可视范围内及存在障碍物的各种物体参数。

其次，可以很大程度上节约成本以及提高设备安全运行水平。基于声表面波技术的无源无线传感器与被监测设备同寿命，具有极高的可靠性和稳定性；还有利于实现一些新的更真实反映设备运行状态的特征量的监测，从而更加及时、准确、全面掌握设备状态。

更为突出的是，本实用新型结合传统SAW气体传感器的吸附性薄膜与气体作用的原理与激光超声检测技术，激光超声检测技术以其非接触和适合运动检测等显著优点，已成为无损检测领域中的一种重要技术和手段，采用激光在覆有吸附性薄膜的金属表面激发声表面波，用单芯光纤耦合的反射式光束偏转法在薄膜处对所激发声表面波进行探测，进而准确检测出气体的浓度。此气体传感器的优点在于采用光学方法来检测由激光激发的声脉冲，不仅非接触，而且也为气体监测提供了一种新的途径。

综上，本实用新型改变了传统声表面波传感器一些固有的缺点，如频响低，接触式等，采用光学方法来代替，不仅可应用于气体测量领域，还可实现压力、湿度、液相等多种无源无线传感器，在变压器油介损在线监测、SF6气体压力、微水及组分在线监测等方面有着广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构原理图；