[发明专利]一种超材料温度感知传感器、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种超材料温度感知传感器，包括基底以及附着在基底上的超材料结构，超材料结构包括纳米孔状框架层以及嵌入至纳米孔内的纳米感知材料，纳米感知材料的反射特征峰与温度具有对应关系。本发明还公开了相应的制备方法，包括：S01、制备纳米孔状框架层：在基底上溅射一层金属铝或者金属钛，在反应溶液内进行电化学阳极氧化还原反应，生成具有规则排列结构的纳米孔状框架层；S02、在纳米孔内沉积形成纳米感知材料。本发明还公开了一种受电弓温度检测装置，包括信号发射器、信号接收器和如上所述的超材料温度感知传感器，超材料温度感知传感器安装于受电弓上。本发明的传感器及装置均具有结构简单、响应度高、可靠性高且成本低等优点。

技术领域

本发明主要涉及温度测量技术领域，特指一种超材料温度感知传感器、制备方法及其应用。

背景技术

轨道交通车辆的消防安全和可靠运行保障具有非常重要的现实意义。然而，轨道交通车辆在运行过程中存在诸多可能因温度过高而影响列车安全的潜在因素。例如，机车受电弓是目前国内轨道交通车辆(高铁、机车及地铁)普遍采用的一种受流装置。一般的弓网问题主要包括受电弓滑板偏磨、螺钉松脱、弓网燃弧故障等，由于大电流的供电特性，弓网故障可能出现接触线烧断和受电弓断裂，同时温度工作在100℃以上，导致车辆供电系统跳闸和车辆损坏，并直接造成运营中断，后果非常严重。上述弓网故障都以过热方式体现。因此，实时在线监测列车运行情况下的弓网温度，确保列车安全稳定运行具有重要的意义。

目前对弓网温度进行监测有如下手段：人工检测，依赖于供电网出厂和安装环节的检测和人工登顶检查受电弓、接触网磨耗和异常，这种方式不仅工作效率低、安全性较差、强度大，作业时干扰行车，且无法实现实时检测；红外热成像检测，依赖于高速红外摄像机检测弓网线夹的温度情况，但是此种方式易受检测位置环境影响，比如在检测过程中，强阳光进入现场时，将在图像上形成一个温度很大的光斑，引起系统误判，而且在冰雹、雨雪等恶劣环境下，温度的监测会受到严重影响；视频监控也被采用于在线监测系统，通过高速摄像头对弓网接触进行拍摄，然后通过图像处理的方法进行故障识别与状态分析，但此方法也易受天气和环境影响，且成本高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、温度检测实时性好的超材料温度感知传感器，并相应提供一种操作简便的制备方法及结构简单、响应度高、可靠性高且成本低的受电弓温度检测装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超材料温度感知传感器，包括基底以及附着在基底上的超材料结构，所述超材料结构包括纳米孔状框架层以及嵌入至纳米孔内的纳米感知材料，所述纳米感知材料的反射特征峰与温度具有对应关系。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述基底由氧化铝陶瓷或蓝宝石或石英或镁铝尖晶石制备得到。

所述纳米孔状框架层的纳米孔的孔径大小在预设范围内，以保证嵌入至纳米孔内的纳米感知材料的尺寸在可见光范围内对不同波长有吸收和反射效应。

本发明还公开了一种如上所述的超材料温度感知传感器的制备方法，包括以下步骤：

S01、制备纳米孔状框架层：在基底上溅射一层金属铝或者金属钛，利用电化学阳极氧化还原反应，将溅射有金属铝或者金属钛的基底作为阳极，金属铝片作为阴极，在反应溶液内进行反应，金属铝或者金属钛反应生成具有规则排列结构的纳米孔状氧化铝或者氧化钛，即纳米孔状框架层；

S02、在纳米孔状框架层的纳米孔内沉积钠米金属以形成纳米感知材料。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S02的具体过程为：在纳米孔状框架层上放置网版，然后采用丝网印刷纳米金属浆料，使纳米金属浆料流入纳米孔内，再阴干及梯度烧结，使得纳米孔内沉积纳米金属以形成纳米感知材料。