[发明专利]一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器

说明书

本发明提供了一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器，包括：气室(2)、气泵(3)、气管(4)、差分式振荡电路板(1)和两个平行且同向设置于气室(2)内的声表面波延迟线；所述的气泵(3)通过气管(4)与气室(2)连接；在其中一个声表面波延迟线的声表面波传播路径上设置有钯镍合金薄膜；所述的差分式振荡电路板(1)用于将两个声表面波延迟线经氢气作用后输出的电信号进行混频处理，将生成的差频信号作为传感器的输出结果。本发明通过采用一种平行且同向设置的双延迟线型结构，将有助于改善氢气传感系统的温度稳定性，并且获得更高的检测灵敏度；同时通过采用钯镍合金薄膜作为敏感膜来提高声表面波氢气传感器的检测速度。

技术领域

本发明涉及声表面波气体传感器技术领域，特别涉及一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器。

背景技术

氢能作为能源利用的一种形态，因其可获得性、以及使用上的清洁、便利等特点，对调整能源消费结构，降低温室气体排放，应对气候变化等方面，有着重要意义，氢能技术和产业有着巨大的发展空间。近年来，随着化石燃料的日渐枯竭和温室效应日渐显现，氢能作为一种清洁、高效且储量丰富的二次能源，受到越来越多国家的重视。

目前，氢能已被多个国家和地区列为了国家能源体系的重要组成部分。在欧洲，现在已由德国牵头将氢能列入欧盟能源体系，尤其是在2013年后，德国已经开发运行了十多个氢储能示范项目；美国近年来在大力推动发展燃料电池；日本更是氢能源开发利用的拥趸，并为此投入了大量时间和资金；韩国从2000年开始，也在这一领域开始发力。其中，日本和德国在氢燃料电池汽车领域已经进入了商业化阶段。从国内情况看，我国电解水制氢技术的基础较好，包括零部件控制、集成等方面的相关产业链也在逐步形成。但氢气的起爆点比天然气低，对氢能的运输和存储具有较高的安全要求，所以在氢能运输、存储、使用过程中迫切需要对氢气浓度进行现场在线、快速、准确的检测。

目前的氢气传感器技术主要有电化学、催化剂燃烧等等，但不同原理的氢气检测手段性能差异较大。采用声表面波(SAW)技术的氢气传感器具有响应时间快(小于2s)，测量浓度范围广(10ppm-100％.)的优点，且在较大浓度测量下，精度满足了基本的测量需要，稳定性较好。目前SAW氢气传感器主要采用SAW器件与敏感膜结合的传感形式，敏感膜的合成和制备直接影响了传感器的主要性能。现有的SAW氢气传感器检测速度较慢，在几十秒级。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的氢气传感器所存在的检测速度慢的技术问题，实现氢气传感器具有较快的检测速度、良好的温度稳定性的特点；提供一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器，本发明传感器包括两个平行同向设置的、且在声传播路径上分布的延迟线，通过优化敏感薄膜膜厚和合金配比来提高传感器的检测速度。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器，包括：气室、气泵和气管；所述的气泵通过气管与气室连接，用于将氢气输送至气室内；该传感器还包括差分式振荡电路板、两个平行且同向设置于气室内的声表面波延迟线；在其中一个声表面波延迟线的声表面波传播路径上设置有钯镍合金薄膜；所述的差分式振荡电路板用于将两个声表面波延迟线经氢气作用后输出的电信号进行混频处理，将生成的差频信号作为传感器的输出结果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的钯镍合金薄膜采用磁控溅射技术镀在声表面波延迟线表面，镀膜厚度为10nm～300nm，该钯镍合金薄膜中镍的配比在10％～30％之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的声表面波延迟线包括：压电基片和在压电基片上沿声表面波传播方向设置的两个叉指换能器；两个叉指换能器之间设置有钯镍合金薄膜。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的压电基片采用绕Y方向旋转128°切割且沿X方向传播的LiNbO₃或LiTaO₃材质的压电基片；该压电基片的压电耦合系数为5.4％。