[發明專利]一種測氫氣的磁電諧振傳感器、測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 201811089671.4
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN110907528A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 周志華;劉志雄
• 申請（專利權）人: 深圳市三諾聲智聯股份有限公司
• 主分類號: G01N27/74
• 分類號: G01N27/74
• 代理公司: 深圳市世聯合知識產權代理有限公司 44385
• 代理人: 劉暢

本發明公開了一種測氫氣的磁電諧振傳感器、測試裝置及測試方法，屬于傳感器技術領域，所述傳感器包括磁致伸縮層、金屬片、壓電層、壓電層引出導線、金屬片引出導線和側面密封壁，所述磁致伸縮層與金屬片分別設置在側面密封壁的兩端，所述磁致伸縮層用于在磁場下產生彈性形變，所述壓電層設置在金屬片上，所述磁致伸縮層與壓電層之間設置為諧振腔，諧振腔設置在側面密封壁內，所述諧振腔用于把磁致伸縮層的彈性形變傳給壓電層，所述壓電層引出導線設置在壓電層上，所述金屬片引出導線設置在金屬片上。將磁致伸縮材料的磁致伸縮效應和壓電材料的壓電效應結合，提供一種新型的精度高，體積小，結構簡單，成本低廉的氫氣濃度檢測器件。

【技術領域】

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種測氫氣的磁電諧振傳感器、測試裝置及測試方法。

【背景技術】

在新能源領域，氫能源作為一種資源豐富，燃燒熱量大，重量輕的可持續發展的優質清潔能源，吸引著各國在推動氫能產業鏈的大力發展。氫氣是目前世界上最輕的氣體，無色無味且不容于水，在常溫下，氫氣的化學性質是穩定的，但是在燃燒或加熱的條件下，氫氣很容易和多種物質發生化學反應，在反應過程中有大量的熱量放出，是相同條件下汽油的三倍。空氣中混入氫氣的體積達到總體積的4％～74.2％，加熱或者燃燒就容易發生爆炸。在運輸和使用氫氣的過程中，檢測氫氣濃度是十分的有必要。

現有的檢測氫氣的系統中，常采用傳感器來檢測氫氣。目前常用的氫氣傳感器有化學變色氫傳感器，電化學氫傳感器，半導體型ZnO和SnO2氫傳感器，以及Pd基類氫傳感器，均使用不同的機理來檢測氫氣。然而，這些傳感器均存在以下缺點：檢測性能差，選擇性差，穩定性低，受環境溫度影響大，靈敏度低，這些缺點始終是困擾氫傳感器檢測的主要問題。

【發明內容】

本發明旨在公開一種測氫氣的磁電諧振傳感器、測試裝置及測試方法，將磁致伸縮材料的磁致伸縮效應和壓電材料的壓電效應結合，提供一種新型的精度高，體積小，結構簡單，成本低廉的氫氣濃度檢測器件。

本發明采取的技術方案為：

一種測氫氣的磁電諧振傳感器，所述傳感器包括磁致伸縮層、金屬片、壓電層、壓電層引出導線、金屬片引出導線和側面密封壁，所述磁致伸縮層與金屬片分別設置在側面密封壁的兩端，所述磁致伸縮層用于在磁場下產生彈性形變，所述壓電層設置在金屬片上，所述磁致伸縮層與壓電層之間設置為諧振腔，諧振腔設置在側面密封壁內，所述諧振腔用于把磁致伸縮層的彈性形變傳給壓電層，所述壓電層引出導線設置在壓電層上，所述金屬片引出導線設置在金屬片上，所述壓電層用于通過壓電效應誘導輸出電荷從壓電層引出導線輸出。

進一步地，上述方案還包括進氣孔，所述進氣孔設置在諧振腔上，進氣孔貫穿側面密封壁把諧振腔與外部連通。

進一步地，所述側面密封壁設置為圓筒狀結構，所述磁致伸縮層、金屬片和壓電層均是設置為圓形結構，壓電層的圓形半徑比金屬片的圓形半徑小。

進一步地，所述側面密封壁與金屬片通過環氧樹脂膠水粘合，所述側面密封壁采用鋁環。

進一步地，所述磁致伸縮層使用的材料為Terfenol-D，所述壓電層使用的材料為PbZr_0.52Ti_0.48O₃。

一種測氫氣的磁電諧振傳感器的測試裝置，所述測試裝置包括信號發生器、功率放大器、傳感器、亥姆霍茲線圈、氫氣產生器、示波器、氫氣檢測儀和磁通計，所述傳感器為權利要求1-5任意一項的磁電諧振傳感器，所述信號發生器與功率放大器連接，所述信號發生器用于發生正弦波信號，所述功率放大器與亥姆霍茲線圈連接，所述功率放大器用于把正弦波信號進行放大并傳給亥姆霍茲線圈，所述亥姆霍茲線圈用于產生磁場；所述氫氣產生器用于生成氫氣，所述氫氣檢測儀用于檢測氫氣的濃度，所述磁通計與示波器連接，所述磁通計用于檢測磁場強度，并把檢測的數據傳給示波器，所述磁電諧振傳感器的壓電層引出導線輸出端與示波器連接，所述磁電諧振傳感器用于把產生的電信號傳給示波器。