CN112014042A - 一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器 - Google Patents

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李诗豪
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Abstract

一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合制作400微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜；将制备好的聚二甲基硅氧烷薄膜放入紫外臭氧灯环境中，聚二甲基硅氧烷的表面生成一层多晶二氧化硅；将做过亲水处理的聚二甲基硅氧烷薄膜表面涂敷一层银纳米线，在银纳米线上引出ITO电极；将200微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜覆盖在银纳米线上并留出电极；400微米厚的聚二甲基硅氧烷的另一侧重复以上操作，柔性压力电容传感器就制作完成，该传感器可以安全、可靠地对地下气体管网的泄露点进行检测，尤其是能够对地下管网气体传输的易漏点进行实时检测，保证地下管网的安全使用。

Description

一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器
技术领域
本发明属于地下空间环境监测技术领域，特别是涉及检测地下管网的气体泄露的传感器制作领域即一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器。
背景技术
目前，地下管网是我国城市化建设进程中的重中之重，是发挥城市功能，确保城市经济、社会健康、协调发展的重要物质基础，呈现着错综复杂、相互交叠的立体特征，城市地下管网是城市基础设施建设的重要组成部分，是一座城市能量输送、物质传输、信息传递、排涝减灾和废物排弃的重要载体。
但是，我国有相当一部分城市对地下管网，没有办法对地下管网的状态做有效检测和管理。对于目前的地下管网，其主要存在的问题为：由于地下管网的空间结构复杂，无法对地下管网的环境进行全方位的监测，从而无法减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用。尤其是在管道焊接，修补破损处容易发生二次泄露问题。针对这一二次泄漏问题也没有及时有效发现的手段。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用。其中对于检测地下管网尤其是气体泄露无法进行有效及时的检测，这里的原因就是没有有效的传感机制来对地下管网进行检测。因此本发明给出了一种基于柔性传感器的地下气体管道泄露的方法。给出了地下管网的气体泄露的传感机制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，其可以安全、可靠地对地下气体管网的泄露点进行检测，尤其是能够对地下管网气体传输的易漏点进行实时检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，其制作步骤具体为：
步骤1、首先将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合，将混合后的液体涂抹在玻璃基片上；
步骤2、将基片放在匀胶机上以每分钟500转的速度匀胶60秒，形成厚度为400微米的薄膜；
步骤3、将基片送入到烘干箱以80摄氏度烘干固化2个小时，将固化后的聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃基板上取下；
步骤4、重复步骤1，匀胶机以每分钟800转的转速制备厚度为200微米的聚二甲基硅氧烷薄膜；
步骤5、将制备好的聚二甲基硅氧烷薄膜放入紫外臭氧灯环境中，聚二甲基硅氧烷的表面和臭氧接触反应生成一层多晶二氧化硅；
步骤6、将做过亲水处理的400微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜第一表面涂敷一层银纳米线，在银纳米线上引出ITO电极；
步骤7、将一层200微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜覆盖在银纳米线上并留出电极；
步骤8、在400微米厚的聚二甲基硅氧烷的第二表面重复以上操作，柔性压力电容传感器就制作完成；聚二甲基硅氧烷两侧的纳米银线相当于电容的电极板，中间的聚二甲基硅氧烷是电容的介电层。
电容的大小公式C=ε*S/d其中ε为介电层介电常数，S为极板间正对面积，d为极板间距。
将柔性电容传感器的电容贴附在易漏气气体管道外侧，传感器的电极与带有无线传输数据功能的LRC表相连，与地上数据采集显示系统组成气体检测网络。
一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，造价便宜，大小形状可以根据特殊场景管道大小而改变。柔性传感器适应于贴合管道。该传感器感应压力灵敏可以感应到很小的压力变化从而可以检测到微小泄露问题。
附图说明
图1 柔性电容传感器的制作过程；
图2传感器工作原理；
图3检测地下管网液体泄露工作示意图。
具体实施方式
一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，该传感器主体使用的是聚二甲基硅氧烷，该材料是一种物色透明度较好的液体1，与固化剂2混合后会固化成具有弹性很好的固体材料。首先将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合，再将混合后的液体涂抹在玻璃基片3上，接着将基片放在匀胶机4上以每分钟500转的速匀胶60秒，在玻璃基片上形成厚度大约为400微米的薄膜，再将其送入到烘干箱5以80摄氏度烘干固化2个小时。将固化好的聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃基板上取下。重复上述过程通过改变匀胶机的转速每分钟800转制备厚度为200微米的聚二甲基硅氧烷薄膜。该薄膜有着良好的防水性和可拉伸性。将制备好的聚二甲基硅氧烷薄膜放入紫外臭氧灯6环境中，这是为了使聚二甲基硅氧烷表面有疏水变为亲水。这是因为聚二甲基硅氧烷在紫外臭氧环境中，聚二甲基硅氧烷的表面和臭氧接触反应生成一层薄薄的多晶二氧化硅，这层多晶二氧化硅层是亲水的。将做过亲水处理的400微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜7表面涂敷一层银纳米线8在银纳米线上引出ITO电极9，再将一层200微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜11覆盖在银纳米线上并留出电极。同样在400微米厚的聚二甲基硅氧烷的另一侧重复以上操作，这样柔性压力电容传感器就制作完成了。聚二甲基硅氧烷两侧的纳米银线相当于电容的电极板，中间的聚二甲基硅氧烷是电容的介电层。其制作过程如图1。
将该传感器19贴放在管道易漏点上18，并用密封胶带将其固定好，在将两端ITO电极13 ，14外接便携式LRC表16，此时LRC表测量的电容值记作C1。当有气体从管道17泄露时泄露的气体会产生一定的气压给柔性电容传感器造一定的气体压力，由于柔性电容传感器的介电层材料是聚二甲基硅氧烷，当有外力15施加在上面时介电层7会发生形变，使得介电层厚度发生改变从而改变该传感器的电容值，此时LRC表检测到电容值C2，当C2大于C1时说明该传感器处存在漏点。与此同时检测的电容值通过无线数据传输的方式将采集的信号发送到地面的计算机终端来观察电容的数值进而判断是否有气体泄露点。其传感器工作原理图如图2所示。该传感器检测地下管网气体泄露工作情况如图3所示。

Claims (1)

1.一种检测地下管网气体泄漏的柔性传感器，其特征在于：具体制作步骤为：
步骤1、首先将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合，将混合后的液体涂抹在玻璃基片上；
步骤2、将基片放在匀胶机上以每分钟500转的速度匀胶60秒，形成厚度为400微米的薄膜；
步骤3、将基片送入到烘干箱以80摄氏度烘干固化2个小时，将固化后的聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃基板上取下；
步骤4、重复步骤1，匀胶机以每分钟800转的转速制备厚度为200微米的聚二甲基硅氧烷薄膜；
步骤5、将制备好的聚二甲基硅氧烷薄膜放入紫外臭氧灯环境中，聚二甲基硅氧烷的表面和臭氧接触反应生成一层多晶二氧化硅；
步骤6、将做过亲水处理的400微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜第一表面涂敷一层银纳米线，在银纳米线上引出ITO电极；
步骤7、将一层200微米厚的聚二甲基硅氧烷薄膜覆盖在银纳米线上并留出电极；
步骤8、在400微米厚的聚二甲基硅氧烷的第二表面重复以上操作，柔性压力电容传感器就制作完成；聚二甲基硅氧烷两侧的纳米银线相当于电容的电极板，中间的聚二甲基硅氧烷是电容的介电层。
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Title
全勇: "银纳米线柔性压力传感器的制备及响应特性优化研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 信息科技辑》 *

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