[实用新型]声表面波瓦斯传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体传感器，尤其是涉及一种声表面波瓦斯传感器。

背景技术

我国是世界上最大的产煤国，绝大部分煤矿开采是地下作业，开采条件差，瓦斯事故突出，煤矿灾难频发，是煤矿灾害最严重的国家。预防煤矿瓦斯事故，首要条件是准确预检和实时监测煤矿瓦斯，因而，瓦斯传感器质量直接决定了煤矿瓦斯防治水平。

目前国内外瓦斯传感器主要采用热催化原理和光学原理，热催化传感器对可燃性气体的检测具有一定的优势，它具有抗高温、粉尘等恶劣环境的优点，是目前国内煤矿中应用最广的瓦斯检测传感器。但热催化气体传感器的温度与瓦斯体积分数有关，其测量极限小于4％，当空气中的瓦斯体积分数超过5％时，电阻丝的表面温度可达800～1000℃，致使元件本身成为瓦斯引爆源；此外，元件温度升高，表面涂敷的催化剂将挥发和烧结，使传感器零点漂移、灵敏度降低及传感线性变差，定期校准和维护频繁、维护成本高以及校准中的人为不确定因素大大降低了该类传感器的可靠性和实用性。光学瓦斯传感器主要利用吸收光谱或折射率变化两种机理传感。其中，吸收光谱型传感器具有选择性、鉴别性和气体种类的唯一确定性等优点，但其体积大，需要较大传感空间，且吸收谱分析过程复杂；而利用折射率变化原理工作的干涉型光学瓦斯传感器易受外界污染和CO₂等气体干扰，难以精确测定瓦斯含量。

由《煤矿安全规程》及最新瓦斯传感器标准知，井下工作面处、隅角处和矿业机电设备等多处关键位置需要安装瓦斯传感器，工作面下瓦斯浓度超过1％时，瓦斯报警装置必须立即声光报警并显示瓦斯浓度，同时要求瓦斯传感器传感超限在报警同时自动切断巷道相关电气设备，避免发生瓦斯爆炸事故。因而，研制出灵敏度高、稳定性好，并且体积轻巧、便于集成与无线化的瓦斯传感器，是煤矿瓦斯传感器研究的必然趋势。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种声表面波瓦斯传感器，其结构紧凑，体积小，设计新颖合理，使用操作便捷，测量精度高，传感灵敏度高，工作稳定性高，能够更及时、更精确、更方便的监测煤矿瓦斯浓度及分布，实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种声表面波瓦斯传感器，其特征在于：包括压电基底，所述压电基底的上表面上经过表面微加工工艺加工有用于将电信号转换为声表面波信号的两个输入叉指换能器、用于接收由输入叉指换能器产生的声表面波经压电基底表面传递来的声信号并转换为电信号的两个输出叉指换能器和用于吸附瓦斯气体的两张瓦斯吸附薄膜，其中第一个输入叉指换能器、第一张瓦斯吸附薄膜和第一个输出叉指换能器依次设置并构成第一路声表面波延迟线，第二个输入叉指换能器、第二张瓦斯吸附薄膜和第二个输出叉指换能器依次设置并构成第二路声表面波延迟线。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：位于所述第一路声表面波延迟线两端和第二路声表面波延迟线两端的压电基底上表面上均经过表面微加工工艺加工有用于吸收声波的电极栅。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：位于所述第一路声表面波延迟线两端和第二路声表面波延迟线两端的压电基底上表面上均设置有吸声材料层。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述压电基底采用钽酸锂压电单晶体薄片制成。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述压电基底为长方体形状，所述压电基底的长为11mm～15mm、宽为8mm～12mm、高为0.4mm～0.6mm。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述第一路声表面波延迟线和第二路声表面波延迟线均沿压电基底的长边方向设置。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述压电基底采用压电材料薄片制成，所述压电材料薄片为钽酸锂压电单晶体薄片、铌酸锂压电单晶体薄片或石英压电单晶体薄片。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述压电基底由非压电材料薄片和设置在非压电材料薄片表面的压电薄膜构成。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述非压电材料薄片为单晶硅薄片、玻璃薄片、氧化镁晶体薄片或有机材料薄片；所述压电薄膜为PZT薄膜、氧化锌薄膜、氮化铝薄膜或钛酸钡薄膜。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述第一张瓦斯吸附薄膜和第二张瓦斯吸附薄膜均为酞菁传感薄膜或二氧化锡传感薄膜。

上述的声表面波瓦斯传感器，其特征在于：所述第一张瓦斯吸附薄膜和第二张瓦斯吸附薄膜的厚度均为400nm～1000nm。