[实用新型]一种声表面波瓦斯传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体地说是一种用于检测瓦斯的声表面波气体传感器。 

背景技术

“瓦斯”是一种有毒的混合气体，主要含有甲烷和一氧化碳两种气体，常产生在矿井之中，如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡，直接威胁着矿工的生命安全。因此，矿井工作对“瓦斯”十分重视。目前瓦斯传感器主要采用热催化原理和光学原理，是国内煤矿中应用最广泛的瓦斯检测传感器。热催化瓦斯检测传感器具有工作起来元件温度过高，元件本身易成为瓦斯引爆源，元件温度升高，使传感器灵敏度降低；光学原理瓦斯检测传感器体积大，需要较大传感空间，且吸收谱分析过程复杂。因而研究出灵敏度高，稳定性好，且体积小，便于集成与无源的瓦斯传感器，是煤矿瓦斯传感器的必然趋势。 

声表面波气体传感器的工作原理是通过输入叉指换能器与输出叉指换能器之间通道上的敏感薄膜对待测气体的吸附引起声表面波传感器速度的变化，从而发生输出和输入频率的变化，引起声表面波振荡频率的漂移，以实现对待测气体的检测。声表面波气体传感器发展于上世纪70年代，因声表面波气体传感器具有体积小、重量轻、精度高、分辨率高、抗干扰能力强等特点，且制作工艺简单，成本低，是气体传感器的重要补充。2011年，电子科技大学胡恒波在“瓦斯敏感薄膜的制备及气敏特性研究”一文中指出：PDMEB/ In₂O₃对CH₄、CO、NO₂、NH₃等气体的响应度都比单一的PDMEB增大很多。这给瓦斯传感器薄膜的制备提供了科学的依据。 

发明内容

本实用新型为了避免现有技术存在的不足之处，提供了一种声表面波瓦斯传感器，该声表面波瓦斯传感器结构简单、制作工艺简化、选择性好、灵敏度高、检测质量高、导热性和耐热性好。 

为解决上述技术问题，本实用新型所采用技术方案如下： 

一种声表面波瓦斯传感器，包括压电基片以及集成在压电基片上的叉指换能器、对称吸声电极、敏感薄膜，所述压电基片采用的是三层膜结构，所述敏感薄膜采用的是上下双层敏感薄膜。

本实用新型结构特点还在于： 

所述压电基片的三层膜结构是在基底上制备金刚石薄膜，厚度为15-20μm；在金刚石膜上制备纳米AL膜，厚度为0.10-0.20μm；在纳米AL膜上制备纳米氮化硼BN膜，厚度为0.1－0.15μm。

所述上下双层敏感薄膜是采用旋涂法制备，厚度为50-100nm。 

所述吸声电极位于叉指换能器的外侧，呈对称分布。 

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在： 

压电基片的三层膜结构，是在基底上制备金刚石薄膜，在金刚石膜上制备纳米AL膜，在纳米AL膜上制备纳米氮化硼BN膜，这种结构可以满足高频、高机电耦合系数的要求。

敏感薄膜采用的是上下双层敏感薄膜，稳定性好，具有较高的灵敏度、选择性好、灵敏度高，可以准确检测瓦斯气体。 

吸声电极位于叉指换能器的外侧，呈对称分布，吸声电极起到吸收叉指换能器边缘能量的作用。 

附图说明

图1本实用新型涉及的声表面波瓦斯传感器结构示意图。 

图中标号：1压电基片、2叉指换能器、3敏感薄膜、4吸声电极。 

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施方式对本实用新型做进一步说明。 

如图1所示，首先制备三层膜结构的压电基片1，利用微波等离子CVD法，制备金刚石薄膜，其沉积厚度15-20μm，要求晶粒细小，均匀，致密；然后对金刚石薄膜表面抛光，先用金刚石微粉进行粗抛，再用二氧化硅为研磨料进行表面精密修复，使金刚石薄膜表面粗糙度小于3nm；在金刚石薄膜上使用直流磁控溅射系统制备纳米AL膜，厚度为0.10-0.20μm；在纳米AL膜上采用超高真空射频磁控溅射系统制备BN膜，厚度为0.1－0.15μm，这样就形成了三层膜结构的压电基片1。在压电基片1上采用电子束蒸发法沉积一层厚度为100nm的Pt膜，经过刻蚀工艺制成叉指换能器2和吸声电极4。在压电基片1上采用旋涂法制备上下双层敏感薄膜2，{乙炔[-2,5-二(甲氧基)]苯}（PDMEB）位于上层，In₂O₃位于下层，厚度为50-100nm。