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  • 惡劣環境化學參量提取裝置的制造方法

    文檔序號:10953929
    惡劣環境化學參量提取裝置的制造方法
    【專利摘要】本實用新型公開了一種惡劣環境化學參量提取裝置,該裝置包括處在惡劣環境下的化學參量敏感單元,具有射頻或者微波微帶天線結構,用于將惡劣環境中的化學參量轉換為射頻或者微波信號諧振頻率;處在普通環境中的信號讀取單元,包括發射天線、信號放大電路、測控電路、記錄存儲電路和一加電端口,具有射頻或者微波源,用于發射寬頻射頻或者微波信號,讀取寬頻或者微波信號;所述信號讀取單元通過微波無線通訊讀取處在惡劣環境中的化學參量敏感單元的信號。本實用新型徹底摒棄了LC諧振式無線無源化學傳感器因品質因數Q低導致的傳輸距離短、高溫無信號問題,能有效的實現高溫的化學參量傳感。
    【專利說明】
    惡劣環境化學參量提取裝置
    技術領域
    [0001]本實用新型涉及高溫傳感領域,涉及射頻、微波高溫環境化學參量傳感器件,具體涉及一種惡劣環境化學參量提取裝置。
    【背景技術】
    [0002]高溫環境測試技術是監控、探測及維護發動機系統、核電堆、深海采油平臺及其工作過程所迫切需要的信息技術和監控能力之一。發動機是燃燒高能燃料并將其轉換為工作動力的裝置,發動機內燃料燃燒行為緊密關聯動力設備工作能力、時間和效率。實時、準確獲取發動機內化學參量是實現系統狀態監控和預測依據之一,也是提高燃料燃燒效率和研究燃燒機理的必然前提。然而,發動機內部工作時溫度極高,一般在500 °C以上,有些場合甚至高達2000°C。因此,迫切需要儀器與測試技術行業提供相應的耐高溫的化學參量提取裝置。
    [0003]在高溫環境中,現有基于電子信號的有源器件無法工作。硅等半導體在溫度超過400°C時即失效,甚至器件本身在極高溫度下被氧化、燒焦而失效;同時數據讀取端與參量敏感端連接線在高溫下性能退化,因此其信號的傳輸成為高溫傳感器工作的關鍵問題之一。另外高溫環境下電源耐高溫能力、電源更換及維護將是一件極為艱難的任務。因此目前在高溫等惡劣環境中多采用無線無源傳感技術。目前無線無源傳感技術已在惡劣環境的物理參數(如溫度和壓力)探測方面有較多的研究,如采用基于LC諧振互感耦合的無線無源耐高溫傳感器探測壓力,據報道已經具有800°C的工作能力(Zhang H,Hong Y,Liang T,Zhang
    H,Tan Q,Xue C,Liu J,Zhang ff,X1ng J.Phase Interrogat1n Used for a Wire lessPassive Pressure Sensor in an 8000CHigh-Temperature Environment.Sensors,2015,15(2):2548-2564.);而基于微波散射理論的無線無源溫度傳感器已經有1050°C的研究成果報道(Cheng H,Ebadi S,Ren X,Gong X.Wireless passive high-temperature sensorbased on multifunct1nal reflective patch antenna up to 1050 degreescentigrade.Sensors and Actuators A:Physical,2015,222:204_211.),也有基于聲表面波的無線無源物理參量傳感系統報道。在化學參量傳感方面,有研究者開發了基于LC諧振的無線無源的耐高溫化學傳感器,但LC諧振式無線無源傳感器品質因數Q低,其存在傳輸距離短、高溫無信號問題,無法實現高溫下的化學參量傳感,因此本實用新型提出惡劣環境化學參量提取裝置。
    【實用新型內容】
    [0004]本實用新型的目的在于提供一種惡劣環境化學參量提取裝置,以避免LC諧振式無線無源傳感器品質因數Q低、傳輸距離短、高溫無信號問題。
    [0005]為實現上述目的,本實用新型采取的技術方案為:
    [0006]惡劣環境化學參量提取裝置,包括
    [0007]處在惡劣環境下的化學參量敏感單元,具有射頻或者微波微帶天線結構,用于將惡劣環境中的化學參量轉換為射頻或者微波信號諧振頻率;
    [0008]處在普通環境中的信號讀取單元,包括發射天線、信號放大電路、測控電路、記錄存儲電路和一加電端口,具有射頻或者微波源,用于發射寬頻射頻或者微波信號,讀取寬頻或者微波信號;
    [0009]所述信號讀取單元通過微波無線通訊讀取處在惡劣環境中的化學參量敏感單元的信號;
    [0010]所述惡劣環境為溫度大于150°C以上的高溫環境;所述普通環境即我們生活的常溫常壓環境;所述化學參量包括二氧化碳、氮氧化物等燃燒尾氣化合物類型和濃度。
    [0011]作為優選,所述射頻或者微波微帶天線結構包括從下往上依次連接的高電導金屬薄片、高介電常數層、敏感層和貼片層。
    [0012]作為優選,所述敏感層采用金屬氧化物或者金屬氧化物的混合物,或者金屬氧化物和非金屬氧化物材料的混合物。
    [0013]作為優選,所述貼片層采用金屬材質。
    [0014]本實用新型具有以下有益效果:
    [0015]徹底摒棄了LC諧振式無線無源化學傳感器因品質因數Q低導致的傳輸距離短、高溫無信號問題,能有效的實現高溫的化學參量傳感。
    【附圖說明】
    [0016]圖1本實用新型實施例惡劣環境化學參量提取裝置的工作原理圖。
    [0017]圖2為本實用新型實施例惡劣環境化學參量提取裝置的結構示意圖。
    [0018]圖3為本實用新型實施例中射頻或者微波微帶天線結構的結構示意圖。
    [0019]圖中,11-惡劣環境中的微帶天線結構、12-射頻或者微波源、13-混頻器、14-信號放大電路、15-信號轉換/處理電路、16-信號存儲電路、17-示波電路、18-電橋、111-貼片層、112-敏感層、113-高介電常數層、114-高電導金屬薄片、22-為信號傳輸單元、23-加電端口、24-信號放大電路、25-測控電路、26-記錄存儲電路。
    【具體實施方式】
    [0020]為了使本實用新型的目的及優點更加清楚明白,以下結合實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型,并不用于限定本實用新型。
    [0021]如圖1-圖2所示,本實用新型實施例提供了一種惡劣環境化學參量提取裝置,包括
    [0022]處在惡劣環境下的化學參量敏感單元,具有射頻或者微波微帶天線結構11,用于將惡劣環境中的化學參量轉換為射頻或者微波信號諧振頻率;如圖3所述,所述射頻或者微波微帶天線結構11由4層構成:最底下層為高電導金屬薄片114,稱為接地片;在接地片上是高介電常數層113,稱之為基底,基底在接地片和敏感層中間;在基底上附有一層敏感層112,用于敏感化學參量,敏感層112在基底和貼片層中間;最上面層也就是敏感層的上層是貼片層111,金屬材質。所述敏感層112是金屬氧化物或者金屬氧化物的混合物,或者金屬氧化物和非金屬氧化物材料的混合物。
    [0023]處在普通環境中的信號讀取單元,包括發射/接收天線、信號放大電路24、測控電路25、記錄存儲電路26和一加電端口 23,具有射頻或者微波源,用于發射寬頻射頻或者微波信號,讀取寬頻或者微波信號;
    [0024]所述信號讀取單元通過微波無線通訊讀取處在惡劣環境中的化學參量敏感單元的信號;
    [0025]所述惡劣環境為溫度大于150°C以上的高溫環境;所述普通環境即我們生活的常溫常壓環境;所述化學參量包括二氧化碳、氮氧化物等燃燒尾氣化合物類型和濃度。
    [0026]本具體實施的工作原理為:信號讀取單元的射頻或微波源12發射信號,經由發射/接收天線傳輸到惡劣環境中的微帶天線結構11,微帶天線結構11必然反射信號,反射信號經由發射/接收天線接收進入混頻器13,同信號讀取單元的射頻或微波源12的發射信號也進入混頻器13,然后一同進入信號放大電路單元14,然后進入信號轉換/處理電路15,得到惡劣環境下的微帶天線結構11的回波信號,其中微帶天線結構11在不同化學參量時,化學敏感層與化學參量會發生相互反應,導致介電常數和電導發生變化,從而導致整個敏感單元的中心工作頻率發生改變,進而其反射特性相應變化,通過檢測該變化,再由物理參量與反射特性的映射關系可以完成惡劣環境下化學參量的提取。其中,示波電路通過數據傳輸線與信號轉換/處理模塊連接,電橋通過微波傳輸線與射頻或者微波源連接,并通過微波傳輸線同發射/接收天線連接。
    [0027]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本實用新型原理的前提下,還可以作出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
    【主權項】
    1.惡劣環境化學參量提取裝置,其特征在于,包括 處在惡劣環境下的化學參量敏感單元,具有射頻或者微波微帶天線結構,用于將惡劣環境中的化學參量轉換為射頻或者微波信號諧振頻率; 處在普通環境中的信號讀取單元,包括發射天線、信號放大電路、測控電路、記錄存儲電路和一加電端口,具有射頻或者微波源,用于發射寬頻射頻或者微波信號,讀取寬頻或者微波信號; 所述信號讀取單元通過微波無線通訊讀取處在惡劣環境中的化學參量敏感單元的信號; 所述惡劣環境為溫度大于150°c以上的高溫環境;所述普通環境即我們生活的常溫常壓環境;所述化學參量為燃燒尾氣化合物類型和濃度。2.根據權利要求1所述的惡劣環境化學參量提取裝置,其特征在于,所述射頻或者微波微帶天線結構包括從下往上依次連接的高電導金屬薄片、高介電常數層、敏感層和貼片層。3.根據權利要求1所述的惡劣環境化學參量提取裝置,其特征在于,所述貼片層采用金屬材質。
    【文檔編號】G01N22/00GK205643196SQ201620340652
    【公開日】2016年10月12日
    【申請日】2016年4月22日
    【發明人】賈平崗, 陳曉勇, 洪應平, 梁庭, 譚秋林
    【申請人】中北大學
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