CN111982382A - 气压传感器及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气压传感器及系统，具体而言，涉及气压检测领域。气压传感器包括：壳体、激光器、探测器、感压膜和金属层；壳体为一端开口的腔体，壳体的开口处设置有感压膜，感压膜和壳体形成密封空间，密封空间内设置有激光器、探测器和金属层，激光器和探测器均设置在腔体远离开口的一端，当该气压传感器外界的待测气压发生改变的时候，该感压膜在待测气压的压力作用下，形状发生改变，进而使得该金属层的金属平面也发生形变，进而使得金属层的多个金属梁之间的间距发生改变，从而使得金属层对激光器发出的激光的反射光谱发生改变，通过该探测器检测通过该金属层的反射光的反射光谱的变化，并通过该反射光谱的变化与待测气压的关系，得到待测气压。

Description

气压传感器及系统

技术领域

本申请涉及气压检测领域，具体而言，涉及一种气压传感器及系统。

背景技术

气体压强泛指气体对某一点施加的流体静力压强，气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的。

现有技术中一半通过空气压缩机对气压进行测量，空气压缩机的气压传感器主要的传感元件是一个对气压的强弱敏感的薄膜和一个顶针开控制，电路方面它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压力降低或升高时，这个薄膜变形带动顶针，同时该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。从传感元件取得0-5V的信号电压，经过A/D转换由数据采集器接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

但是，现有技术中的柔性电阻器在使用一段时间之后会产生一定的误差，使得对气压的测量不准确。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种气压传感器及系统，以解决现有技术中的柔性电阻器在使用一段时间之后会产生一定的误差，使得对气压的测量不准确的问题。

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，本申请提供一种气压传感器，气压传感器包括：壳体、激光器、探测器、感压膜和金属层；壳体为一端开口的腔体，壳体的开口处设置有感压膜，感压膜和壳体形成密封空间，密封空间内填充有光增益气体，密封空间内设置有激光器、探测器和金属层，激光器和探测器均设置在腔体远离开口的一端，感压膜靠近腔体的一侧设置有金属层，金属膜为金属平面上周期性设置多个金属梁，金属膜的金属平面紧贴感压膜设置，多个金属梁设置在金属膜远离感压膜的一侧。

可选地，该多个金属梁相互平行设置。

可选地，该感压膜的材料为柔性材料。

可选地，该气压传感器还包括二维材料层，二维材料层设置在金属层远离感压膜的一侧。

可选地，该二维材料层的材料为石墨烯和二硫化钼中至少一种。

可选地，该气压传感器还包括聚焦透镜，聚焦透镜设置在金属层和激光器之间。

可选地，该聚焦透镜为透镜组。

可选地，该气压传感器还包括防透光膜，防透光膜设置在感压膜和金属层之间。

可选地，该气压传感器还包括数据传输器，数据传输器设置在壳体远离感压膜的一侧，用于将探测器探测得到的反射光谱信号输出。

第二方面，本申请提供一种气压传感系统，气压传感系统包括：计算机和第一方面任意一项的气压传感器，计算机用于接收气压传感器的反射光谱信号，并通过反射光谱信号与待测气压的对应关系，得到待测气压。

本发明的有益效果是：

本申请提供的气压传感器包括：壳体、激光器、探测器、感压膜和金属层；壳体为一端开口的腔体，壳体的开口处设置有感压膜，感压膜和壳体形成密封空间，密封空间内填充有光增益气体，密封空间内设置有激光器、探测器和金属层，激光器和探测器均设置在腔体远离开口的一端，感压膜靠近腔体的一侧设置有金属层，金属膜为金属平面上周期性设置多个金属梁，金属膜的金属平面紧贴感压膜设置，多个金属梁设置在金属膜远离感压膜的一侧，当该气压传感器外界的待测气压发生改变的时候，该感压膜在待测气压的压力作用下，形状发生改变，进而使得该金属层的金属平面也发生形变，进而使得该金属层的多个金属梁之间的间距发生改变，从而使得该金属层对激光器发出的激光的反射光谱发生改变，通过该探测器检测通过该金属层的反射光的反射光谱的变化，并通过该反射光谱的变化与待测气压的关系，得到待测气压；由于本申请将对气压的检测转化为对反射光的光谱检测，进而增加了对待测气压测量的准确度和灵敏度，并且本申请的气压传感器结构简单，制备和维修成本均较低。

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气压传感器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种气压传感器的金属层结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图。

图标：10-壳体；20-感压膜；30-金属层；31-金属平面；32-金属梁；40-激光器；50-探测器；60-二维材料层；70-防透光膜；80-数据传输器。

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金属板实施例，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。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种气压传感器的结构示意图；图2为本发明一实施例提供的一种气压传感器的金属层结构示意图；如图1和图2所示，本申请提供一种气压传感器，气压传感器包括：壳体10、激光器40、探测器50、感压膜20和金属层30；壳体10为一端开口的腔体，壳体10的开口处设置有感压膜20，感压膜20和壳体10形成密封空间，密封空间内填充有光增益气体，密封空间内设置有激光器40、探测器50和金属层30，激光器40和探测器50均设置在腔体远离开口的一端，感压膜20靠近腔体的一侧设置有金属层30，金属膜为金属平面31上周期性设置多个金属梁32，金属膜的金属平面31紧贴感压膜20设置，多个金属梁32设置在金属膜远离感压膜20的一侧。

该壳体10的形状可以为长方体，也可以为圆柱体，还可以为其他任意形状，为了清楚的说明，在此以该壳体10的形状为长方体进行说明，长方体的壳体10一端的面设置有开口，该开口的大小和形状根据实际需要设置，在此不做限定，一般的，该开口的形状与该壳体10的截面形状相同，该开口的大小一般与该壳体10的横截面面积相等，该壳体10上设置有感压膜20，该感压膜20和该壳体10构成了一密封空间，该密封空间内设置有激光器40、探测器50和金属层30，该激光器40和探测器50均设置在密封空间内与该开口相对的面上，该激光器40用于产生激光，该激光器40可以为氦氖激光器40，也可以为红宝石激光器40，在此不做具体限定，该探测器50用于探测接收到光的光谱，该感压膜20靠近探测器50和激光器40的一侧设置有金属层30，该金属层30包括金属平面31和多个金属梁32两部分，其中，金属平面31紧贴该感压膜20设置，且可以在该感压膜20发生形变的时候跟随形变，需要说明的是，该金属层30的金属平面31的柔性较大，使得该感压膜20形变的时候，该金属层30的金属平面31不阻碍该感压膜20的形变，多个该金属梁32设置在该金属平面31靠近该激光器40和该探测器50的一侧，多个该金属梁32的数量和形状根据实际需要而定，在此不做具体限定，该壳体10和该感压膜20构成的密封空间内部填充有光增益气体，该光增益气体可以为惰性气体，由于惰性气体的物理性质较为稳定，则可以在该激光器40产生激光照射在该金属层30的过程中，和该金属层30将激光反射到该探测器50的过程中，光线均在该惰性气体中活动，可以平衡气压，又可以对光有增强作用，减少了光线的损耗，增加了测量待测气压的准确性，需要说明的是，当外界气压大于该气体传感器内部气压时，该感压膜20内凹，当该外界气压小于该气体传感器内部气压时，该感压膜20外凸；当该气压传感器外界的待测气压发生改变的时候，该感压膜20在待测气压的压力作用下，形状发生改变，进而使得该金属层30的金属平面31也发生形变，进而使得该金属层30的多个金属梁32之间的间距发生改变，从而使得该金属层30对激光器40发出的激光的反射光谱发生改变，通过该探测器50检测通过该金属层30的反射光的反射光谱的变化，并通过该反射光谱的变化与待测气压的关系，得到待测气压，该反射光谱的变化与待测气压的关系，根据实验测量得到在此不做赘述；由于本申请将对气压的检测转化为对反射光的光谱检测，进而增加了对待测气压测量的准确度和灵敏度，并且本申请的气压传感器结构简单，制备和维修成本均较低。

另外，该金属层30一般设计在纳米级200-500纳米，相比感压膜20的厚度会小的多，相当于在感压膜上镀了一层金属膜，所以也不会影响感压膜20的形变，金属层30还具有较好的柔性，用于形变。

可选地，该多个金属梁32相互平行设置。

多个金属梁32相互平行设置在该金属层30的金属平面31上，相互平行的金属梁32，有利于减少测量气压的误差，增加检测待测气压的准确性。

可选地，该感压膜20的材料为柔性材料。

由于该感压膜20需要在待测气压的作用下发生一定的形变，则该感压膜20的材料为柔性材料，柔性材料的感压膜20在形变之后，还可以恢复到原有形状，增加该气压传感器的使用寿命和检测待测气压的准确性。

图3为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图；如图3所示，可选地，该气压传感器还包括二维材料层60，二维材料层60设置在金属层30远离感压膜20的一侧。

该二维材料层60可以增强对光的吸收，使反射光谱随金属层30形变的变化更加明显，提高该气压传感器的灵敏度。

可选地，该二维材料层60的材料为石墨烯和二硫化钼中至少一种。

该二维材料层60的材料可以为石墨烯，也可以为二硫化钼，还可以为石墨烯和二硫化钼组成的混合物，若该二维材料层60的材料为石墨烯和二硫化钼组成的混合物，则该混合物中的混合比例根据实际需要而定，在此不做具体限定。

可选地，该气压传感器还包括聚焦透镜(图中未示出)，聚焦透镜设置在金属层30和激光器40之间。

该聚焦透镜设置在该金属层30和激光器40之间，用于将出射到该金属层30上的光，和从该金属层30上反射到该探测器50上的光更加汇聚，减少该光的损耗，增加了该气压传感器检测气压的准确性。

可选地，该聚焦透镜为透镜组。

图4为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图；如图4所示，可选地，该气压传感器还包括防透光膜70，防透光膜70设置在感压膜20和金属层30之间。

该防透光膜70设置在感压膜20和金属层30之间，防止从该激光器40出射到该金属层30上的光，和从该金属层30上反射到该探测器50上的光透过该金属层30和该感压膜20消散，减少该气压传感器内部光的损耗，增加该气压传感器检测气压的准确性。

图5为本发明一实施例提供的另一种气压传感器的结构示意图，如图5所示，可选地，该气压传感器还包括数据传输器80，数据传输器80设置在壳体10远离感压膜20的一侧，用于将探测器50探测得到的反射光谱信号输出。

该数据传输器80用于接收该探测器50检测的反射光谱，并将该探测器50探测得到的反射光谱的光谱信号进行输出。

本申请提供的气压传感器包括：壳体10、激光器40、探测器50、感压膜20和金属层30；壳体10为一端开口的腔体，壳体10的开口处设置有感压膜20，感压膜20和壳体10形成密封空间，密封空间内填充有光增益气体，密封空间内设置有激光器40、探测器50和金属层30，激光器40和探测器50均设置在腔体远离开口的一端，感压膜20靠近腔体的一侧设置有金属层30，金属膜为金属平面31上周期性设置多个金属梁32，金属膜的金属平面31紧贴感压膜20设置，多个金属梁32设置在金属膜远离感压膜20的一侧，当该气压传感器外界的待测气压发生改变的时候，该感压膜20在待测气压的压力作用下，形状发生改变，进而使得该金属层30的金属平面31也发生形变，进而使得该金属层30的多个金属梁32之间的间距发生改变，从而使得该金属层30对激光器40发出的激光的反射光谱发生改变，通过该探测器50检测通过该金属层30的反射光的反射光谱的变化，并通过该反射光谱的变化与待测气压的关系，得到待测气压；由于本申请将对气压的检测转化为对反射光的光谱检测，进而增加了对待测气压测量的准确度和灵敏度，并且本申请的气压传感器结构简单，制备和维修成本均较低。

本申请提供一种气压传感系统，气压传感系统包括：计算机和第一方面任意一项的气压传感器，计算机用于接收气压传感器的反射光谱信号，并通过反射光谱信号与待测气压的对应关系，得到待测气压。

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 (10)

1.一种气压传感器，其特征在于，所述气压传感器包括：壳体、激光器、探测器、感压膜和金属层；所述壳体为一端开口的腔体，所述壳体的开口处设置有所述感压膜，所述感压膜和所述壳体形成密封空间，所述密封空间内填充有光增益气体，所述密封空间内设置有所述激光器、所述探测器和所述金属层，所述激光器和所述探测器均设置在所述腔体远离所述开口的一端，所述感压膜靠近所述腔体的一侧设置有所述金属层，所述金属膜为金属平面上周期性设置多个金属梁，所述金属膜的金属平面紧贴所述感压膜设置，多个所述金属梁设置在所述金属膜远离所述感压膜的一侧。

2.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，多个所述金属梁相互平行设置。

3.根据权利要求2所述的气压传感器，其特征在于，所述感压膜的材料为柔性材料。

4.根据权利要求3所述的气压传感器，其特征在于，所述气压传感器还包括二维材料层，所述二维材料层设置在所述金属层远离所述感压膜的一侧。

5.根据权利要求4所述的气压传感器，其特征在于，所述二维材料层的材料为石墨烯和二硫化钼中至少一种。

6.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述气压传感器还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述金属层和所述激光器之间。

7.根据权利要求6所述的气压传感器，其特征在于，所述聚焦透镜为透镜组。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的气压传感器，其特征在于，所述气压传感器还包括防透光膜，所述防透光膜设置在所述感压膜和所述金属层之间。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的气压传感器，其特征在于，所述气压传感器还包括数据传输器，所述数据传输器设置在所述壳体远离所述感压膜的一侧，用于将所述探测器探测得到的反射光谱信号输出。

10.一种气压传感系统，其特征在于，所述气压传感系统包括：计算机和权利要求1-9任意一项所述的气压传感器，所述计算机用于接收所述气压传感器的反射光谱信号，并通过反射光谱信号与待测气压的对应关系，得到待测气压。

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