CN106442717A - 用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，所述的声表面波传感器的中心工作频率为200MHz，采用铌酸锂材料作为基底、金做为插指换能器材料，溶胶凝胶氧化硅作为敏感膜材料；敏感膜的有效面积大于6mm2，敏感膜对常见的可挥发有机污染物有很好的吸附作用，敏感膜饱和后，可采用酒精冲洗解除表面吸附，敏感膜能够重复使用。本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器的测量精度高，使用方便。
Description
技术领域
本发明属于仪器科学领域，具体涉及一种用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器。
背景技术
在大型高功率激光装置中，不可避免的要采用橡胶密封圈和润滑油等有机产品，产生可挥发性有机污染物(Volatile organic compounds, VOCs)，进而对激光装置的光学元件造成污染。由于激光通量高，大型高功率激光装置对系统各组件都有着较高的洁净要求，污染物控制水平与整个装置的激光运行通量直接相关，影响着最终的实验结果。
目前，监测VOCs的方法通常是人工收集样品，再到实验室进行分析。这种离线测量方法价格昂贵。用现有的技术来探测和分析VOCs时，几乎没有能够提供实时、连续、长期监测的系统可以用于原位测量。目前,检测和分析痕量VOCs的常规技术为气相色谱法(GC)，基于GC的VOCs气体检测方法灵敏度高，选择性好，但是这些方法所需仪器昂贵、体积大、分析复杂、操作繁琐、耗时久，难以满足大型激光装置现场快速监测分析的需要。用于VOCs监测的方法还有红外分光光度法(IRSP)和非色散红外分析法(NDIR)，但这2种方法灵敏度除受红外光束传播路径长度限制外，还受人员走动等干扰因素影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器。
本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特点是，所述的声表面波传感器包括插指换能器Ⅰ、插指换能器Ⅱ、振荡电路、输出端、基底、敏感膜和托板；
所述的托板的上表面放置基底，基底的上表面的左侧布置插指换能器Ⅰ，中间布置敏感膜，右侧布置插指换能器Ⅱ；所述的托板的左端布置振荡电路，托板的右端布置输出端；所述的插指换能器Ⅰ与振荡电路之间连接导线形成回路，插指换能器Ⅱ通过导线与输出端连接。
所述的振荡电路的中心工作频率为200MHz。
所述的敏感膜的材质为溶胶凝胶氧化硅。
所述的插指换能器Ⅰ和插指换能器Ⅱ的材质为金。
所述的基底的材质为铌酸锂。
所述的敏感膜的面积大于等于6mm2。
本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器的振荡电路产生中心频率稳定的电压信号作用在插指换能器Ⅰ上，进而在基底表面产生频率相同的声表面波；敏感膜吸附可挥发的有机污染物，引起基底材料的质量和电导率发生变化，从而声表面波器件的传播频率发生变化；变化的声表面波通过插指换能器Ⅱ产生频率相同的电压信号输出；通过对比插指换能器Ⅱ的输出信号的频率和振荡电路产生的电压信号的频率，确定吸附污染物的特性。
本发明的工作过程为：
a.将本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器完成标定后，放置在待测环境中；
b.可挥发有机污染物吸附在敏感膜上；
c.采用频率计数器测量振荡电路产生的电压信号的频率A，测量结果传输至计算机；
d.采用频率计数器测量插指换能器Ⅱ的输出信号的频率B，测量结果传输至计算机；
e.对比频率A和频率B，得到待测环境中的可挥发有机污染物种类和可挥发有机污染物的浓度随时间的变化曲线。
本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器中的敏感膜饱和后，可采用酒精冲洗解除表面吸附，敏感膜能够重复使用。本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器的测量精度高，使用方便。
附图说明
图1为本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器的结构示意图；
图中，1.插指换能器Ⅰ 2.插指换能器Ⅱ 3.振荡电路 4.输出端 5.基底 6.敏感膜 7.托板。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明。
以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
如图1所示，本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，包括插指换能器Ⅰ1、插指换能器Ⅱ2、振荡电路3、输出端4、基底5、敏感膜6和托板7；
所述的托板7的上表面放置基底5，基底5的上表面的左侧布置插指换能器Ⅰ1，中间布置敏感膜6，右侧布置插指换能器Ⅱ2；所述的托板7的左端布置振荡电路3，托板7的右端布置输出端4，插指换能器Ⅰ1与振荡电路3之间连接导线形成回路；所述的插指换能器Ⅱ2通过导线与输出端4连接。
所述的振荡电路3的中心工作频率为200MHz。
所述的敏感膜6的材质为溶胶凝胶氧化硅，厚度为300nm。
所述的插指换能器Ⅰ1和插指换能器Ⅱ2的材质为金。
所述的基底5的材质为铌酸锂。
所述的敏感膜6的面积大于等于6mm2。
具体工作过程如下：
a.将本发明的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器完成标定后，放置在待测环境中，待测环境中含有润滑油挥发物；
b.润滑油挥发物吸附在敏感膜上；
c.采用频率计数器测量振荡电路产生的电压信号的频率A，测量结果传输至计算机；
d.采用频率计数器测量插指换能器Ⅱ的输出信号的频率B，测量结果传输至计算机；
e.对比频率A和频率B，得到待测环境中的可挥发有机污染物种类和可挥发有机污染物的浓度随时间的变化曲线。
实施例1
将传感器放置在待测环境中，待测环境含有润滑油挥发物；润滑油挥发物吸附在敏感膜上；频率计数器测量振荡电路产生的电压信号的频率A，测量结果传输至计算机；采用频率计数器测量插指换能器Ⅱ的输出信号的频率B，测量结果传输至计算机；对比频率A和频率B，得到待测环境中的可挥发有机污染物种类和可挥发有机污染物的浓度随时间的变化曲线。
经过比对，传感器的中线工作频率6小时下降620Hz，12小时下降660Hz，18小时下降590Hz，30小时下降1240Hz。
频率变化与吸附污染物的质量密度满足线性关系，即传感器的标定曲线为：
其中，m为吸附的质量密度，单位为ng/mm2，是频率变化，单位为Hz。
以上测试结果分别对应吸附的质量密度为0.124ng/mm2，0.132ng/mm2，0.118ng/mm2和0.248ng/mm2，根据吸附质量密度的变化，可以判断待测环境中VOCs浓度的变化情况。
Claims (6)
1.用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的声表面波传感器包括插指换能器Ⅰ（1）、插指换能器Ⅱ（2）、振荡电路（3）、输出端（4）、基底（5）、敏感膜（6）和托板（7）；
所述的托板（7）的上表面放置基底（5），基底（5）的上表面的左侧布置插指换能器Ⅰ（1），中间布置敏感膜（6），右侧布置插指换能器Ⅱ（2）；所述的托板（7）的左端布置振荡电路（3），托板（7）的右端布置输出端（4）；所述的插指换能器Ⅰ（1）与振荡电路（3）之间连接导线形成回路，插指换能器Ⅱ（2）通过导线与输出端（4）连接。
2.根据权利要求1所述的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的振荡电路3的中心工作频率为200MHz。
3.根据权利要求1所述的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的敏感膜（6）的材质为溶胶凝胶氧化硅。
4.根据权利要求1所述的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的插指换能器Ⅰ（1）和插指换能器Ⅱ（2）的材质为金。
5.根据权利要求1所述的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的基底（5）的材质为铌酸锂。
6.根据权利要求1所述的用于可挥发有机污染物探测的声表面波传感器，其特征在于：所述的敏感膜（6）的面积大于等于6mm2。
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