[发明专利]一种气液分离仿生电子鼻

说明书

技术领域

本发明属机械工程技术领域，具体涉及一种气液分离仿生电子鼻。

背景技术

井下随钻检测是录井行业的一个主要发展趋势，传感器技术是实现随钻测量与自动控制的重要环节。鉴于电子鼻在食品、医药、农业、环境监测、公共安全等领域的优异表现，将电子鼻技术应用到随钻检测，也必将会是一个很有前景的研究方向。在随钻检测的过程中，高效地实现井下油气与钻井液的分离，并进行高精度的测量，是成功实现油气检测的关键。

龙虾嗅觉器官表面呈阵列分布的细小毛发，有对液体中含有的气味分子进行分离的作用，然后通过其表面的敏感物质捕捉气味分子引起的化学信号，具有高敏感性和高效性的特点。

不同的气室结构，将会对气体传感器的响应速度与响应值有显著的影响。猫的嗅觉反应受到周围环境中的气体浓度，以及鼻腔中气流形式和流速的三重作用影响，而鼻腔中的气流形式和流速又受到鼻腔结构的影响。经过长期的进化，猫具有较为完善的鼻腔结构和嗅觉能力，因此，仿照猫鼻腔的结构和功能，对气体传感器的结构进行仿生设计，具有重要的意义。

发明内容

本发明仿照龙虾嗅觉器官的表面结构设计仿生分离器，提高了气液的分离效率，仿照猫鼻腔的结构和功能对气体室的结构进行仿生设计，通过仿生设计提高了传感器的检测精度和灵敏度，也拓展了传感器的测量范围。

本发明由仿生分离器A、气体室B、传感器阵列C和扰流体D组成，其中仿生分离器A的圆台体大圆与气体室壳体B中进气段3的圆台体大圆连接；扰流体D中后扰流段11的外螺纹10与气体室B中检测段6的内螺纹7螺纹连接；传感器阵列C固接于气体室B的检测段6中，且位于扰流体D的后扰流段11前部；仿生分离器A的圆台体侧表面所设仿生结构单元E中底板16的长度方向沿仿生分离器A的圆台体侧表面周向排列，仿生结构单元E中底板16的宽度方向沿仿生分离器A的圆台体母线方向排列，仿生结构单元E中主扰流柱Ⅰ15、主扰流柱Ⅱ18、副扰流柱组Ⅰ14和副扰流柱组Ⅱ17的尾部朝向与气流方向一致。

所述的仿生分离器A为空心圆台体，圆台体大圆直径d₁为20-30mm，圆台体小圆直径d₂为5-8mm，圆台体高L₁为30-45mm；圆台体小圆端呈封闭状态，其外表面不设仿生结构单元E和半透膜1；相邻的仿生结构单元E沿圆台体表面母线方向和周向均为对齐排列，且相邻两排仿生结构单元E的中心沿圆台体表面母线方向的间距h₁₅为300um、沿圆台体表面周向方向的间距L₁₄为1000um；圆台体内侧壁设有半透膜1，圆台体壁厚h₁为1-2mm，圆台体侧表面设有仿生结构单元E,圆台体侧壁上均匀分布有透气孔2，透气孔2为圆柱形，其直径d₁₂为20-30um,透气孔2在圆台体侧壁上的分布与仿生结构单元的排列相对应，每个仿生结构单元沿圆台体母线方向对称分布有三组透气孔2，相邻两组透气孔2的间距L₁₂为100um；每组5-7个透气孔2在圆台体周向对称均匀分布，两个相邻透气孔2的中心距L₁₃为60-80um。

所述的气体室B由进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6组成，进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6自左至右依次连接；进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6的壁厚h₂均为2-3mm；进气段3为圆台体，其中圆台体大圆直径d₅为20-30mm，圆台体小圆直径d₄为5-8mm，圆台体高h₄为7-10mm；传输段4为空心圆柱体，其中圆柱直径与进气段3中圆台体小圆直径d₄相同，圆柱体高L₃为15-20mm；扩散段5为圆台体，其中圆台体大圆直径d₃为20-30mm,圆台体小圆直径与进气段3中圆台体小圆直径d₄相同,圆台体高h₃为4-6mm；检测段6为空心圆柱体，圆柱外径与扩散段5的圆台体大圆直径d₃相同，圆柱长L₂为50-60mm；检测段6右部设有内螺纹7。

气体室B的结构采用仿猫鼻流道的结构进行设计，进气段3采用圆台体，增大进气口与气源的接触面积，以便捕捉到更多的气味分子；减小传输段4的截面积，利于提高气体的传输速度，提高气流的动能，以便在检测段6与扰流体作用形成紊流，增大气体分子与敏感元件的接触面积，提高测量精度。