[实用新型]一种谐振式矿用瓦斯敏感探头

说明书

技术领域

本实用新型属于瓦斯浓度检测技术领域，具体是涉及一种谐振式矿用瓦斯敏感探头。

背景技术

煤矿安全一直是人们关注的社会热点问题，每一次的矿难都会引起政府、媒体、民众的极大关注。瓦斯是发生在煤矿中重大自然灾害的根源之一，瓦斯爆炸严重威胁到煤矿作业人员的生命安全，影响矿井的正常生产。矿井中瓦斯的主要成分是甲烷，有效准确地预测甲烷爆炸的相关信息关系重大。

甲烷（CH₄）是矿山开采、工业领域中爆炸事故的罪魁祸首，甲烷气体作为惰性气体之一，是气体传感器研究中相对比较难检测的一类物质。目前，矿井中主要采用催化燃烧式甲烷传感器。催化燃烧式甲烷传感器感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，温度变化使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡从而输出电流信号。基于此原理,该传感器敏感探头易老化、需要定时清洗；测试速度较慢，其响应时间达到10s；同时又因采用恒定电流（国内产品约100mA,国外产品约200～300mA）产生无焰燃烧，因此电流较大，无法制成本安型传感器。

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，提供一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其结构简单，响应速度快，灵敏度高，工作电流小，对瓦斯浓度的测量过程中无化学反应、无高温，易于制成本安式传感器，适合应用于煤矿井下，使用寿命长，实用性强，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：一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：包括谐振体元件、甲烷吸附材料膜和用于驱动谐振体元件工作于厚度伸缩振动模态的激励电源，所述谐振体元件由压电陶瓷片和设置在压电陶瓷片顶部的吸附材料支撑体构成，所述甲烷吸附材料膜沉积在吸附材料支撑体的外露表面上，所述激励电源的输出端与压电陶瓷片电连接；所述吸附材料支撑体由下支撑圆环、上支撑圆环和均匀设置在下支撑圆环与上支撑圆环之间的多个支撑柱构成，所述下支撑圆环、上支撑圆环和多个支撑柱一体成型。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述支撑柱的数量为四个。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述下支撑圆环的外径与上支撑圆环的外径相等且均为15mm～25mm，所述下支撑圆环的内径与上支撑圆环的内径相等且均为10mm～19mm，所述下支撑圆环的厚度与上支撑圆环的厚度相等且均为1mm～3mm，多个所述支撑柱的高度相等且均为2mm～5mm。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述吸附材料支撑体由磷青铜制成。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述甲烷吸附材料膜为4A型沸石分子筛膜。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述压电陶瓷片为无铅压电陶瓷片。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述无铅压电陶瓷片的形状为圆环形，所述无铅压电陶瓷片的外径为15mm～25mm，所述无铅压电陶瓷片的内径为10mm～19mm，所述无铅压电陶瓷片的厚度为0.1mm～0.3mm。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述激励电源包括信号发生器芯片、微控制器模块和与微控制器模块相接的并口扩展电路，所述并口扩展电路的输出端接有频率粗调电路和频率微调电路，所述频率粗调电路和频率微调电路均与信号发生器芯片相接，所述信号发生器芯片的输出端为激励电源的输出端。

上述的一种谐振式矿用瓦斯敏感探头，其特征在于：所述微控制器模块包括单片机AT89C51、晶振电路和复位电路，所述单片机AT89C51的第31引脚与外部电源的输出端VCC相接；所述晶振电路由晶振Y以及电容C1和C2组成，所述晶振Y的一端和电容C1的一端均与单片机AT89C51的第19引脚相接，所述晶振Y的另一端和电容C2的另一端均与单片机AT89C51的第18引脚相接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述复位电路由电阻R1和电容C3组成，所述电阻R1的一端和电容C3的一端均与单片机AT89C51的第9引脚相接，所述电阻R1的另一端接地，所述电容C3的另一端与外部电源的输出端VCC相接。