申请日2016.11.23
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号G01N29/02
摘要
本申请提出一种污水有害气体传感器和方法，传感器包括输入叉指换能器、多个输出叉指换能器、多个敏感膜、压电基底;敏感膜吸附有害气体分子，所述多个输出叉指换能器的顺序为按照机电耦合系数依次减小;在前向声波作用范围内沿传播方向依次排列;沿垂直传播方向分布排列;所述多个敏感膜的顺序为对声波的衰减效应依次减小;在前向声波传播方向上按照所述顺序每一顺位的敏感膜分别位于输入叉指换能器和位于同一顺位的输出叉指换能器之间。一种污水有害气体传感方法包含以下步骤：向传感器发出查询脉冲;接收传感器发出的多个前向脉冲、多个延迟脉冲;依次测量前向脉冲和延迟脉冲对应的时间间隔，根据每一个时间间隔的大小来计量有害气体的浓度。
权利要求书
1.一种污水有害气体传感器，其特征在于，包括输入叉指换能器、多个输出叉指换能器、多个敏感膜、压电基底;
所述输入叉指换能器、多个输出叉指换能器、多个敏感膜都沉淀在所述压电基底;
所述输出叉指换能器的数量和所述敏感膜的数量相同;
所述输入叉指换能器实现电声转换，用于将输入无线脉冲转换为前向声波;
所述多个敏感膜中的每一个，用于吸附一种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生一个延迟声波;
所述多个输出叉指换能器中的每一个，实现声电转换，用于接收所述前向声波和所述延迟声波，输出多个前向脉冲、多个延迟脉冲;
所述多个输出叉指换能器的顺序为按照机电耦合系数依次减小;在所述前向声波作用范围内沿所述前向声波传播方向依次排列;沿垂直所述前向声波传播方向分布排列;
所述多个敏感膜的顺序为对所述声波的衰减效应依次减小;在所述前向声波传播方向上，按照所述顺序，每一顺位的所述敏感膜分别位于所述输入叉指换能器和位于同一顺位的所述输出叉指换能器之间。
2.如权利要求1所述污水有害气体传感器，其特征在于，所述多个输出叉指换能器包含第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器、第三输出叉指换能器、第四输出叉指换能器;所述多个敏感膜包含第一敏感膜、第二敏感膜、第三敏感膜、第四敏感膜;
所述第一敏感膜吸附第一种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第一延迟声波;
所述第二敏感膜吸附第二种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第二延迟声波;
所述第三敏感膜吸附第三种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第三延迟声波;
所述第四敏感膜吸附第四种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第四延迟声波;
所述第一输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第一延迟声波，输出所述第一前向脉冲、第一延迟脉冲;
所述第二输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第二延迟声波，输出所述第二前向脉冲、第二延迟脉冲;
所述第三输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第三延迟声波，输出所述第三前向脉冲、第三延迟脉冲;
所述第四输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第四延迟声波，输出所述第四前向脉冲、第四延迟脉冲。
3.如权利要求2所述污水有害气体传感器，其特征在于，
所述第一敏感膜为硅胶膜;所述第一输出叉指换能器为群组类单向叉指换能器;
所述第二敏感膜为含笼形分子A的聚合物敏感膜;所述第二输出叉指换能器为电极宽度可控型叉指换能器;
所述第三敏感膜为水合氧化铁膜;所述第三输出叉指换能器为悬浮电极单向叉指换能器;
所述第四敏感膜为PU-1膜;所述第四输出叉指换能器为分布式声反射叉指换能器。
4.如权利要求1~3任意一项所述污水有害气体传感器，其特征在于，所述多个输出叉指换能器中的每一个，垂直所述前向声波传播方向的宽度不小于0.1mm;垂直所述声波传播方向的分布间距不小于0.05mm。
5.如权利要求1~3任意一项所述污水有害气体传感器，其特征在于，所述输入叉指换能器在垂直所述前向声波传播方向的宽度不小于n×0.15mm，其中n为输出叉指换能器的数量。
6.如权利要求1~3所述污水有害气体传感器，其特征在于，所述多个输出叉指换能器中机电耦合系数最大的一个，沿所述前向声波传播方向与所述输入叉指换能器之间的距离不小于4mm。
7.如权利要求6所述污水有害气体传感器，其特征在于，其他输出叉指换能器沿所述前向声波传播方向与所述输入叉指换能器之间的距离依次增加量不少于0.5mm。
8.一种污水有害气体传感方法，用于权利要求1~7所述任意一项污水有害气体传感器，其特征在于，包含以下步骤：
向所述污水有害气体传感器发出查询脉冲;
接收所述污水有害传感器发出的多个前向脉冲、多个延迟脉冲;
依次测量多个前向脉冲和多个延迟脉冲对应的时间间隔，根据每一个时间间隔的大小来计量一种有害气体的浓度。
9.一种污水有害气体传感方法，用于权利要求2~7所述任意一项污水有害气体传感器，其特征在于，包含以下步骤：
向所述污水有害气体传感器发出查询脉冲;
接收所述污水有害传感器发出的第一前向脉冲、第一延迟脉冲、第二前向脉冲、第二延迟脉冲、第三前向脉冲、第三延迟脉冲、第四前向脉冲、第四延迟脉冲;
测量第一前向脉冲、第一延迟脉冲之间的时间间隔得出第一时间间隔;根据所述第一时间间隔大小来计量第一种有害气体的浓度;
测量第二前向脉冲、第二延迟脉冲之间的时间间隔得出第二时间间隔;根据所述第二时间间隔大小来计量第二种有害气体的浓度;
测量第三前向脉冲、第三延迟脉冲之间的时间间隔得出第三时间间隔;根据所述第三时间间隔大小来计量第三种有害气体的浓度;
测量第四前向脉冲、第四延迟脉冲之间的时间间隔得出第四时间间隔;根据所述第四时间间隔大小来计量第四种有害气体的浓度。
10.一种污水有害气体传感方法，用于权利要求3~7所述任意一项污水有害气体传感器，其特征在于，包含以下步骤：
向所述污水有害气体传感器发出查询脉冲;
接收所述污水有害传感器发出的第一前向脉冲、第一延迟脉冲、第二前向脉冲、第二延迟脉冲、第三前向脉冲、第三延迟脉冲、第四前向脉冲、第四延迟脉冲;
测量第一前向脉冲、第一延迟脉冲之间的时间间隔得出第一时间间隔;根据所述第一时间间隔大小来计量第一种有害气体氨气的浓度;
测量第二前向脉冲、第二延迟脉冲之间的时间间隔得出第二时间间隔;根据所述第二时间间隔大小来计量第二种有害气体甲烷的浓度;
测量第三前向脉冲、第三延迟脉冲之间的时间间隔得出第三时间间隔;根据所述第三时间间隔大小来计量第三种有害气体硫化氢的浓度;
测量第四前向脉冲、第四延迟脉冲之间的时间间隔得出第四时间间隔;根据所述第四时间间隔大小来计量第四种有害气体一氧化碳的浓度。
说明书
一种污水有害气体传感器和方法
技术领域
本申请涉及物联网技术领域，尤其涉及一种检测污水管线有害气体的传感器。
背景技术
污水管线中，各种清水池、浓缩池、地下污水、污泥闸门井、不流动的污水池内以及消毒设施内都能产生或存在有害气体，分为有毒气体、腐蚀性气体和易燃易爆气体三大类。有毒气体是通过人的呼吸器官在人体内部对人体内部其它组织器官造成危害的气体，如硫化氢、一氧化碳等气体。腐蚀性气体一般有氨气、氯气、臭氧气体、二氧化氯气体等，对人体的呼吸系统起腐蚀作用产生毒害。易燃易爆气体通过与空气混合产生一定比例时遇明火引起燃烧、爆炸，如甲烷等。污水管线有害气体的浓度监测十分必要，在管井等部位加装有害气体浓度传感器，一旦管井中的有害气体浓度上升到一定阈值，传感器就进行报警。但是，通常采用的有害气体传感器都是有源的，采用电池供电，因此需要定期更换电池，十分不便，万一电池发生损坏，还会污染环境。现场处理故障人员容易受到有害气体伤害。
发明内容
本申请提出一种污水有害气体传感器和方法，实现无源、无线地进行有害气体传感，解决电池供电维护不方便和电池损坏污染环境的问题，减少人员伤害。
本申请实施例提供一种污水有害气体传感器，包括输入叉指换能器、多个输出叉指换能器、多个敏感膜、压电基底;所述输入叉指换能器、多个输出叉指换能器、多个敏感膜都沉淀在所述压电基底;所述输出叉指换能器的数量和所述敏感膜的数量相同;所述输入叉指换能器实现电声转换，用于将输入无线脉冲转换为前向声波;所述多个敏感膜中的每一个，用于吸附一种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生一个延迟声波;所述多个输出叉指换能器中的每一个，实现声电转换，用于接收所述前向声波和所述延迟声波，输出多个前向脉冲、多个延迟脉冲;所述多个输出叉指换能器的顺序为按照机电耦合系数依次减小;在所述前向声波作用范围内沿所述前向声波传播方向依次排列;沿垂直所述前向声波传播方向分布排列;所述多个敏感膜的顺序为对所述声波的衰减效应依次减小;在所述前向声波传播方向上，按照所述顺序，每一顺位的所述敏感膜分别位于所述输入叉指换能器和位于同一顺位的所述输出叉指换能器之间。
作为本发明进一步优化的一个实施例，所述多个输出叉指换能器包含第一输出叉指换能器、第二输出叉指换能器、第三输出叉指换能器、第四输出叉指换能器;所述多个敏感膜包含第一敏感膜、第二敏感膜、第三敏感膜、第四敏感膜;所述第一敏感膜吸附第一种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第一延迟声波;所述第二敏感膜吸附第二种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第二延迟声波;所述第三敏感膜吸附第三种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第三延迟声波;所述第四敏感膜吸附第四种有害气体分子，改变所述前向声波的波速，产生第四延迟声波;所述第一输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第一延迟声波，输出所述第一前向脉冲、第一延迟脉冲;所述第二输出叉指换能器，用于输出接收所述前向声波和所述第二延迟声波，输出所述第二前向脉冲、第二延迟脉冲;所述第三输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第三延迟声波，输出所述第三前向脉冲、第三延迟脉冲;所述第四输出叉指换能器，用于接收所述前向声波和所述第四延迟声波，输出所述第四前向脉冲、第四延迟脉冲。
进一步优选地，所述第一敏感膜为硅胶膜;所述第一输出叉指换能器为群组类单向叉指换能器;所述第二敏感膜为含笼形分子A的聚合物敏感膜;所述第二输出叉指换能器为电极宽度可控型叉指换能器;所述第三敏感膜为水合氧化铁膜;所述第三输出叉指换能器为悬浮电极单向叉指换能器;所述第四敏感膜为PU-1膜;所述第四输出叉指换能器为分布式声反射叉指换能器。
优选地，所述多个输出叉指换能器中的每一个，垂直所述前向声波传播方向的宽度不小于0.1mm;垂直所述前向声波传播方向的分布间距不小于0.05mm。
优选地，所述输入叉指换能器在垂直所述前向声波传播方向的宽度不小于n×0.15mm，其中n为输出叉指换能器的数量。
优选地，所述多个输出叉指换能器中机电耦合系数最大的一个，沿所述声波传播方向与所述输入叉指换能器之间的距离不小于4mm;其他输出叉指换能器沿所述前向声波传播方向与所述输入叉指换能器之间的距离依次增加量不少于0.5mm。
本申请实施例还提供一种污水有害气体传感方法，用于本发明任意一项污水有害气体传感器的实施例，包含以下步骤：
向所述污水有害气体传感器发出查询脉冲;
接收所述污水有害传感器发出的多个前向脉冲、多个延迟脉冲;
依次测量多个前向脉冲和多个延迟脉冲对应的时间间隔，根据每一个时间间隔的大小来计量一种有害气体的浓度。
本发明基于声表面波技术，设计出可对地下污水管线管井的有害气体浓度进行监测的传感器。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：实现无源、无线地进行有害气体传感，坚固耐用、抗干扰能力强，可靠性高、寿命长;不需要使用电池;不需要人员现场维护，解决电池供电维护不方便和电池损坏污染环境的问题，减少人员伤害。