[发明专利]柴油蒸汽传感器

说明书

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种柴油蒸汽传感器，可用于测量船舶机舱和柴油运输等环境下的柴油蒸汽浓度。

背景技术

船舶机舱原动机多以柴油机为主，柴油机曲柄箱和加油口密封不严的部分以及船舶机舱中管接头、法兰盘之间由于螺丝松动会引起柴油渗漏，同时，一些输油管道由于长时间腐蚀、使用时间久等会有细微的缝隙，亦会引起柴油的渗漏。这些渗漏的柴油不断挥发，在特定的条件下，比如机舱温度过高，挥发的蒸汽不断累积，如不及时采取措施，会达到爆炸下限而存在安全隐患。另外，一些工作人员违反规定，将汽油、酒精等可燃易爆品带入机舱，同样会引发安全隐患。为此，需要在船舶机舱中布置柴油蒸汽传感器，以便对此安全隐患进行检测和报警。

目前市场上尚无专门检测柴油蒸汽浓度的传感器，为此，吕晓洲、卢文科等人基于黑白元件研发了催化燃烧式柴油蒸汽传感器（见Xiaozhou Lü,Wenke Lu,Building output-input function of catalytic combustion sensor to diesel vapor,Measurement,43(4):596-602,2010.），该传感器基于黑白元件和惠斯通电桥，能够实时测量柴油蒸汽浓度。但在使用过程中，该传感器具有如下缺点：

（1）精度低：传感器基于黑白元件和惠斯通电桥，输出的电压信号经过后期转换电路转换成电流信号，测量精度低、误差大；

（2）抗干扰能力差：传感器的电流信号极易收到外界温度、辐射、噪音和电磁等干扰信号的影响；

（3）易中毒：传感器在连续使用较长时间后，极易发生中毒，从而失去测量柴油蒸汽浓度的功能；

（4）寿命短：传感器使用寿命只有2年，需要重新更换，增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述传感器的不足，提供一种测量精度高、抗干扰能力强、使用寿命长的柴油蒸汽传感器，以实现对柴油蒸汽浓度的实时准确测量。

本发明是这样实现的：

一、技术原理

本发明提供的一种柴油蒸汽传感器，其基本工作原理是在压电基片上制作输入和输出叉指换能器，在两个换能器之间涂有气体敏感膜，当传感器暴露于柴油蒸汽中时，气体敏感膜吸收柴油蒸汽并发生反应，使得声表面波的传播相位和路径发生改变，从而引起输出频率发生改变来测量柴油蒸汽浓度。同时制作一块结构完全相同的未涂有气体敏感膜的声表面波器件，利用两个器件输出的差频，以达到消除环境温度变化带来的影响。

二、技术方案

本发明公开的柴油蒸汽传感器，包括声表面波参考器件、感应器件放大器、参考器件放大器、混频器、低通滤波器和运算单元，其特征在于：

声表面波参考器件与参考器件放大器的输入端相连；声表面波参考器件的一侧放置有声表面波感应器件，用于检测柴油蒸汽浓度，该声表面波感应器件，由感应器件基片、感应器件输入叉指换能器、感应器件输出叉指换能器和气体敏感薄膜组成，感应器件输入叉指换能器和感应器件输出叉指换能器位于感应器件基片上，气体敏感薄膜位于感应器件输入叉指换能器和感应器件输出叉指换能器之间，感应器件输入叉指换能器和感应器件输出叉指换能器分别与测量器件放大器的输入端相连；

参考器件放大器输出的参考频率信号和感应器件放大器输出的测量频率信号通过混频器混频后输出差频信号，该差频信号通过低通滤波器过滤干扰信号后，经过运算单元输出待测柴油蒸汽浓度值。

作为优选，所述的柴油蒸汽传感器，其特征在于所述的声表面波参考器件，由参考器件基片、参考器件输入叉指换能器和参考器件输出叉指换能器组成，参考器件输入叉指换能器和参考器件输出叉指换能器位于参考器件基片上，参考器件输入叉指换能器和参考器件输出叉指换能器分别与参考器件放大器的输入端相连；

作为优选，所述的柴油蒸汽传感器，其特征在于声表面波感应器件的感应器件基片和声表面波参考器件的参考器件基片均采用压电材料制作而成；

作为优选，所述的柴油蒸汽传感器，其特征在于感应器件基片、感应器件输入叉指换能器、感应器件输出叉指换能器与声表面波参考器件的参考器件基片、参考器件输入叉指换能器、参考器件输出叉指换能器的尺寸和结构完全相同。

作为优选，所述的柴油蒸汽传感器，其特征在于运算单元采用单片机制成。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于采用了声表面波器件，减小了传感器的体积、降低了功耗、增强了结构和质量的稳定性、提高了传感器的重复性和可靠性，便于大规模生产，提高了响应速度，使得传感器具有实时测量的能力；