[实用新型]一种基于磁电谐振检测痕量氢气的系统

说明书

本实用新型公开了一种基于磁电谐振检测痕量氢气的系统。该系统包括磁场激励模块、谐振腔传感检测模块和信号检测电路，所述谐振腔传感检测模块包括环体、封闭住环体顶部开口的铜片和封闭住环体底部开口的磁致伸缩片，所述铜片顶面设有压电陶瓷片，所述环体上设有进气孔和出气孔，所述谐振腔传感检测模块设置在磁场激励模块产生的磁场中心位置，所述信号检测电路分别与铜片、压电陶瓷片电连接。本实用新型能够实时检测氢气浓度，稳定性好，且响应速度快，使用寿命长。

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种基于磁电谐振检测痕量氢气的系统。

背景技术

氢气作为一种非常重要的工业原料在化工、航天、电力、冶金以及能源等方面得到广泛应用，例如：石油加工、化学制品的还原、半导体制作等等。然而，氢气是一种易燃易爆气体，当氢气与空气混合后极易发生爆炸，爆炸范围为4％～74.4％体积浓度。因此，在对氢气进行存储、使用以及运输的过程中都应防止泄漏、爆炸等危险。对氢气的泄漏，特别是痕量氢气泄漏进行快速、可靠的检测，在保护人类生命及财产安全上有着重要的意义。

此外，近年随着我国防震减灾的发展，已有大量震例总结显示，在无震期断层气H2的测值都在较小范围内波动变化，地震发生前氢气浓度异常特征通常表现为高值异常且异常持续时间短，变化幅度大。因此，H2是地震前兆反映和预报效果都较好的项目，被称为是地震前兆的“灵敏因子”，其震前异常表现变化幅度大，临震异常突出，反映距离远的特点，如5级左右的地震反映范围可达500多公里。

目前国内外的现有技术中，对氢气的检测一般采用以金属氧化物为基础的半导体型氢气传感器。制作氢敏传感器的关键是氢敏材料，决定着氢气传感器的灵敏度以及响应时间，要使半导体型传感器的性能(灵敏性、稳定性、选择性、抗干扰性)得到改善，主要通过制备纳米级的氢敏材料，增加接触响应的表面积，提高灵敏度。但是，这类传感器在检测时需要加温，且传感器敏感材料与氢气发生反应使得连续测量时响应速度慢，恢复时间长，在测量高浓度时易出现老化，导致使用寿命短。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供了一种基于磁电谐振检测痕量氢气的系统，其能够实时检测氢气浓度，稳定性好，且响应速度快，使用寿命长。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型的一种基于磁电谐振检测痕量氢气的系统，包括磁场激励模块、谐振腔传感检测模块和信号检测电路，所述谐振腔传感检测模块包括环体、封闭住环体顶部开口的铜片和封闭住环体底部开口的磁致伸缩片，所述铜片顶面设有压电陶瓷片，所述环体上设有进气孔和出气孔，所述谐振腔传感检测模块设置在磁场激励模块产生的磁场中心位置，所述信号检测电路分别与铜片、压电陶瓷片电连接。

在本方案中，铜片、磁致伸缩片、环体围成一个密闭的圆柱形空腔体，构成一个谐振腔。环体上的进气孔和出气孔是检测气体进出的通道。

磁场激励模块用于产生一个稳定的交变激励磁场。交变激励磁场作用在谐振腔传感检测模块的磁致伸缩片，使得磁致伸缩片产生一个稳定的振动，迫使环体中的气体也开始振动，环体中的气体会处于持续的声波谐振状态，铜片和压电陶瓷片组成的感应元件会产生电信号传输到信号检测电路中，信号检测电路将电信号转化为电压值输出给外部设备。外部设备控制磁场激励模块产出不同频率的激励磁场，根据铜片和压电陶瓷片组成的感应元件产生的最大电压确定谐振腔传感检测模块的谐振频率，根据谐振频率计算出通入环体中的气体的氢气浓度。

腔体内的气体和整个腔体在固定的交变磁场下，具有一个固定频率。附在压电陶瓷片旁边的铜片起到调整整个谐振的谐振频率，起到频率补偿的作用。当混有被测气体的外部空气进入谐振腔内后，会引起腔体声学特性的改变，使得谐振频率和声学阻抗都改变，通过检测压电陶瓷片和铜片复合层的谐振频率变化来测量氢气浓度。