CN111308122B - 基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统 - Google Patents

基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统，具体而言，涉及一种气体测量领域。当对气体流速进行测量的时候，由于探测部中的石墨烯层的导电特性与该石墨烯层的掺硼硅量子点的量有关，第一开口进入的气体经过第三开口携带掺硼硅量子点经过探测部，掺硼硅量子点与探测部的石墨烯层进行结合产生不同的电流，之后经过第二开口回到待测管道，由于掺硼硅量子点的注入速率固定，落在石墨烯层上的掺硼硅量子点的数量只与待测管道气体流速有关，通过对第一电极和第二电极中电流的检测，就可以得到该石墨烯层上掺硼硅量子点的数量，进而得到待测管道内气体流速。

Description

基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统
技术领域
本发明涉及气体测量领域，具体而言，涉及一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统。
背景技术
气体流速是用单位时间内通过柱子或检测器的气体体积大小来表示的，常用单位是毫升/分，测量气体流速的方法很多，在气相色谱中，由于气体流速较小，载气与氢气流速为 20～150ml/分，空气流速为200～1000ml/分。气体在流速大的地方压强较小，在流速小的地方压强较大。
现有技术中，对管道内气体流速的测量主要是依靠公式 A＝V/(T*S)，其中，A表示气体流速，T表示时间，V表示T时间内排出气体的体积，S表示管道的横截面积。
但是，现有技术计算气体流速的时候需要测量的参数较多，使得对气体流速的计算误差较大，使得计算得到的气体流速不准确。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器及系统，以解决现有技术计算气体流速的时候需要测量的参数较多，使得对气体流速的计算误差较大，使得计算得到的气体流速不准确的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，气体流速探测器包括：探测管道和探测部，探测管道的形状为半环形，探测部设置在探测管道的外壁上；
探测管道包括：第一开口、第二开口和第三开口，第一开口和第二开口设置在探测管道的两端，分别与管道连接，用于分流管道中的气体，第三开口用于注入掺硼硅量子点；
探测部包括：石墨烯层、第一电极和第二电极，石墨烯层的一侧贴附在探测管道的外壁上，第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层远离探测管道一侧的两端。
可选地，该第三开口靠近第一开口设置。
可选地，该气体流速探测器还包括多个第三开口，多个第三开口分布在探测管道上。
可选地，该多个第三开口周期分布在探测管道上。
可选地，该气体流速探测器还包括接收腔，接收腔设置在探测部和第二开口之间。
可选地，该接收腔的形状为球形或者方形。
可选地，该探测部沿探测管道的切线方向设置。
可选地，该探测部垂直于探测管道的切线方向设置。
可选地，该探测部的形状为条形。
第二方面，本发明实施例提供了另一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测系统，气体流速探测系统包括：量子点注射器、电流测量装置和第一方面任意一项的气体流速探测器，量子点注射器与气体流速探测器中的第三开口连接，电流测量装置的正极和负极分别与气体流速探测器中第一电极和第二电极电连接。
本发明的有益效果是：
本申请将探测部设置在探测管道的外壁上，由于探测管道包括：第一开口、第二开口和第三开口，探测部包括：石墨烯层、第一电极和第二电极，当对气体流速进行测量的时候，将该气体流速探测器接入到待测管道中，待测管道中的气体从第一开口流入该气体流速探测器，从第二开口流出，并且在该第三开口处速率固定的注入掺硼硅量子点，由于探测部中的石墨烯层的导电特性与该石墨烯层的掺硼硅量子点的量有关，第一开口进入的气体经过第三开口携带掺硼硅量子点经过探测部，掺硼硅量子点与探测部的石墨烯层进行结合产生不同的电流，之后经过第二开口回到待测管道，由于掺硼硅量子点的注入速率固定，落在石墨烯层上的掺硼硅量子点的数量只与待测管道气体流速有关，通过对第一电极和第二电极中电流的检测，就可以得到该石墨烯层上掺硼硅量子点的数量，进而得到待测管道内气体流速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的另一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的另一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图。
图标：10-探测管道；11-第一开口；12-第二开口；13-第三开口；20-探测部；21-石墨烯层；22-第一电极；23-第二电极； 30-接收腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，气体流速探测器包括：探测管道10和探测部20，探测管道10的形状为半环形，探测部20设置在探测管道10的外壁上；探测管道10包括：第一开口11、第二开口12和第三开口13，第一开口11和第二开口12设置在探测管道10的两端，分别与管道连接，用于分流管道中的气体，第三开口13用于注入掺硼硅量子点；探测部20 包括：石墨烯层21、第一电极22和第二电极23，石墨烯层21 的一侧贴附在探测管道10的外壁上，第一电极22和第二电极 23分别设置在石墨烯层21远离探测管道10一侧的两端。
该探测管道10的直径与具体形状根据实际情况进行设定，在此不做限定，一般的，该探测管道10的直径远大于掺硼硅量子点的直径，该探测管道10的形状可以为半椭环形，也可以为半圆环形，在此不做具体限定，该第一开口11和第二开口12 连接在待测气体管道上，其中第一开口11和第二开口12分别为气流入口和气流出口，该第三开口13用于注入掺硼硅量子点，该第三开口13可以往外有一段延伸部，该延伸部的形状根据实际需要进行设置，在此不做限定，一般的该延伸部的形状可以为直筒形，也可以是远离探测管道10的一端小于靠近探测管道 10的一端，该探测部20包括：石墨烯层21、第一电极22和第二电极23，该探测部20在探测管道10的外壁上，可以是将探测管道10的外壁上挖设一个可放置探测部20的凹槽，将该探测部20的石墨烯层21放置在该凹槽内，也可以是将该石墨烯层21直接贴附在该探测管道10的外壁上，在此不做具体限定，该第一电极22和第二电极23设置在该石墨烯层21远离探测管道10一侧的两端，使得通过该第一电极22和第二电极23可以检测到该探测部20上的电流，该探测管道10的材料根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，在使用该气体流速探测器对待测管道的气体流速进行探测的时候，将该气体流速探测器接入到待测管道中，待测管道中的气体从第一开口11流入该气体流速探测器，从第二开口12流出，并且在该第三开口13处速率固定的注入掺硼硅量子点，由于探测部20中的石墨烯层21 的导电特性与该石墨烯层21的掺硼硅量子点的量有关，第一开口11进入的气体经过第三开口13携带掺硼硅量子点经过探测部20，掺硼硅量子点与探测部20的石墨烯层21进行结合产生不同的电流，之后经过第二开口12回到待测管道，由于掺硼硅量子点的注入速率固定，落在石墨烯层21上的掺硼硅量子点的数量只与待测管道气体流速有关，通过通过对第一电极22和第二电极23中电流的检测，就可以得到该石墨烯层21上掺硼硅量子点的数量，进而得到待测管道内气体流速，需要说明的是，该第一开口11相当于将待测管道内气体进行分流，此处计算得到的是分流气体的流速，由于气体流速与气体的量无关，则可以使用分流的气体流速代表待测管道的气体的整体流速。
名词解释，量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素组成。具体的例子有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等，掺硼硅量子点，就是在硅量子点中掺杂硼。
可选地，该第三开口13靠近第一开口11设置。
该第一开口11用于将待测管道中的气体进行分流，则该第三开口13靠近第一开口11进行设置，使得该第三开口13内注入的掺硼硅量子点可以尽量的获得加速度，进而尽快的使得该掺硼硅量子点的速度达到该探测管道10内的气体流速，使得掺硼硅量子点在到达探测部20之前的速度达到该探测管道10内的气体流速，进而减少测量的误差。
图2为本发明一实施例提供的另一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图，图2所示，可选地，该气体流速探测器还包括多个第三开口13，多个第三开口13分布在探测管道10上。
当该气体流速探测器包括多个第三开口13的时候，多个第三开口13与探测部20的距离不同，通过多个第三开口13进入的掺硼硅量子点运动的路径不同，通过计算多个第三开口13内的掺硼硅量子点运动的速度，得到多个待测管道气体流速，通过去均值，进而减少测量的误差。可选地，该气体流速探测器的数量也可以设置为多个，通过计算多个气体流速探测器测量的气体流速的均值，使得对气体流速的检测更加准确。
可选地，该多个第三开口13周期分布在探测管道10上。
多个第三开口13可以周期的设置在该探测管道10上，每个第三开口13之间的间隔可以是固定数值，也可以是每组第三开口13之间的间隔是固定数值，且每组第三开口13的数量一定。
图3为本发明一实施例提供的另一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器的结构示意图，如图3所示，可选地，该气体流速探测器还包括接收腔30，接收腔30设置在探测部20和第二开口12之间。
该探测管道10上还设置有接收腔30，该接收腔30用于接收通过该探测部20之后的掺硼硅量子点，使得之后通过第二开口12输出的气体清洁，防止管道堵塞。
可选地，该接收腔30的形状为球形或者方形。
该接收腔30的形状可以是方形，还可以是球形根据实际需要进行选择，在此不做限定。
可选地，该探测部20沿探测管道10的切线方向设置。
可选地，该探测部20垂直于探测管道10的切线方向设置。
该探测部20的石墨烯层21的角度可以是沿探测管道10的切线方向设置，也可以是垂直于探测管道10的切线方向设置，使得该石墨烯层21在气体流速较大的时候，可以贴附较少的掺硼硅量子点，在气体流速较小的时候，可以贴附较多的掺硼硅量子点。
可选地，该探测部20的形状为条形。
该探测部20的石墨烯层21的形状可以为条形，条形的石墨烯层21有利于调节方向，当条形的石墨烯层21的方向垂直于纸面，其适用于大流速时；条形的石墨烯层21的方向平行于纸面，其适用于小流速。
本申请将探测部20设置在探测管道10的外壁上，由于探测管道10包括：第一开口11、第二开口12和第三开口13，探测部20包括：石墨烯层21、第一电极22和第二电极23，当对气体流速进行测量的时候，将该气体流速探测器接入到待测管道中，待测管道中的气体从第一开口11流入该气体流速探测器，从第二开口12流出，并且在该第三开口13处速率固定的注入掺硼硅量子点，由于探测部20中的石墨烯层21的导电特性与该石墨烯层21的掺硼硅量子点的量有关，第一开口11进入的气体经过第三开口13携带掺硼硅量子点经过探测部20，掺硼硅量子点与探测部20的石墨烯层21进行结合产生不同的电流，之后经过第二开口12回到待测管道，由于掺硼硅量子点的注入速率固定，落在石墨烯层21上的掺硼硅量子点的数量只与待测管道气体流速有关，通过对第一电极22和第二电极23中电流的检测，就可以得到该石墨烯层21上掺硼硅量子点的数量，进而得到待测管道内气体流速。
本申请实施例还提供一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测系统，气体流速探测系统包括：量子点注射器、电流测量装置和上述任意一项的气体流速探测器，量子点注射器与气体流速探测器中的第三开口13连接，电流测量装置的正极和负极分别与气体流速探测器中第一电极22和第二电极23电连接。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述气体流速探测器包括：探测管道和探测部，所述探测管道的形状为半环形，所述探测部设置在所述探测管道的外壁上；
所述探测管道包括：第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口和所述第二开口设置在所述探测管道的两端，分别与管道连接，用于分流所述管道中的气体，所述第三开口用于注入掺硼硅量子点；
所述探测部包括：石墨烯层、第一电极和第二电极，所述石墨烯层的一侧贴附在所述探测管道的外壁上，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述石墨烯层远离所述探测管道一侧的两端；所述第三开口靠近所述第一开口设置；所述气体流速探测器还包括多个第三开口，多个所述第三开口分布在所述探测管道上；
在使用该气体流速探测器对待测管道的气体流速进行探测的时候，将该气体流速探测器接入到待测管道中，待测管道中的气体从第一开口流入该气体流速探测器，从第二开口流出，并且在该第三开口处速率固定的注入掺硼硅量子点，由于探测部中的石墨烯层的导电特性与该石墨烯层的掺硼硅量子点的量有关，第一开口进入的气体经过第三开口携带掺硼硅量子点经过探测部，掺硼硅量子点与探测部的石墨烯层进行结合产生不同的电流，之后经过第二开口回到待测管道，由于掺硼硅量子点的注入速率固定，落在石墨烯层上的掺硼硅量子点的数量只与待测管道气体流速有关，通过对第一电极和第二电极中电流的检测，就可以得到该石墨烯层上掺硼硅量子点的数量，进而得到待测管道内气体流速；
当该气体流速探测器包括多个第三开口的时候，多个第三开口与探测部的距离不同，通过多个第三开口进入的掺硼硅量子点运动的路径不同，通过计算多个第三开口内的掺硼硅量子点运动的速度，得到多个待测管道气体流速，通过去均值，进而减少测量的误差。
2.根据权利要求1所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，多个所述第三开口周期分布在所述探测管道上。
3.根据权利要求1所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述气体流速探测器还包括接收腔，所述接收腔设置在所述探测部和所述第二开口之间。
4.根据权利要求3所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述接收腔的形状为球形或者方形。
5.根据权利要求1所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述探测部沿所述探测管道的切线方向设置。
6.根据权利要求1所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述探测部垂直于所述探测管道的切线方向设置。
7.根据权利要求1所述的基于掺硼硅量子点的气体流速探测器，其特征在于，所述探测部的形状为条形。
8.一种基于掺硼硅量子点的气体流速探测系统，其特征在于，所述气体流速探测系统包括：量子点注射器、电流测量装置和权利要求1-7任意一项所述的气体流速探测器，所述量子点注射器与所述气体流速探测器中的所述第三开口连接，所述电流测量装置的正极和负极分别与所述气体流速探测器中第一电极和第二电极电连接。
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