CN114487293A - 内置压电风扇的气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置压电风扇的气体传感器，包括：壳体组件，壳体组件内具有气室，气室内填充有待测气体；传感组件，传感组件设于气室内，传感组件上的探头暴露于待测气体中，探头用于检测待测气体；多个压电风扇，多个压电风扇均设于气室内，多个压电风扇沿探头的外周面均匀布置，压电风扇的一部分能够摆动，以使待测气体与气室外的新鲜气体快速完成置换。通过在壳体组件内设置传感组件，在一个相对稳定的气室内对待测气体进行检测，利用压电风扇促进气室内的待测气体和气室外的新鲜气体进行置换，确保能够快速检测出气体传感器周围的环境，避免气体传感器出现检测结果滞后的情况，使得矿井内的检测信息能够快速实时更新，保护矿工安全。

Description

内置压电风扇的气体传感器

技术领域

本发明属于矿用传感器技术领域，具体涉及一种内置压电风扇的气体传感器。

背景技术

矿用气体类传感器一般采用自然扩散进气，进气端设置粉末冶金片以隔绝粉尘。在无风的环境下，传感器采样速度缓慢，环境中气体无法快速与气室内气体进行交互，进而导致传感器的报警存在滞后性，威胁矿工的生命安全。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种内置压电风扇的气体传感器，该内置压电风扇的气体传感器具有加快气室内气体与外界气体交互，提高传感器检测时效性的优点。

根据本发明实施例的内置压电风扇的气体传感器，包括：壳体组件，所述壳体组件内具有气室，所述气室内填充有待测气体；传感组件，所述传感组件设于所述气室内，所述传感组件上的探头暴露于所述待测气体中，所述探头用于检测所述待测气体；多个压电风扇，多个所述压电风扇均设于所述气室内，多个所述压电风扇沿所述探头的外周面均匀布置，所述压电风扇的一部分能够摆动，以使所述待测气体与所述气室外的新鲜气体快速完成置换。

本发明的有益效果是，本发明结构简单，通过在壳体组件内设置传感组件，在一个相对稳定的气室内对待测气体进行检测，利用压电风扇促进气室内的待测气体和气室外的新鲜气体进行置换，确保能够快速检测出气体传感器周围的环境，避免气体传感器出现检测结果滞后的情况，使得矿井内的检测信息能够快速实时更新，保护矿工安全。

根据本发明一个实施例，所述壳体组件内设置有内连接件，所述传感组件和多个所述压电风扇均与所述内连接件相连，所述内连接件包括：外圈、环片和内圈，所述外圈位于所述内圈的外部，所述环片的外周缘与所述外圈相连，所述环片的内周缘与所述内圈相连，所述内圈的下端设置有限位部，所述传感组件卡设于所述限位部上，所述压电风扇设于所述环片的下表面，且位于所述外圈和所述内圈之间。

根据本发明一个实施例，所述传感组件还包括灌封电路板，所述灌封电路板固设于所述探头的上方，所述灌封电路板通过连接组件与外部设备相连，所述连接组件包括插头和外导线，所述外导线的一端穿过所述壳体组件与所述灌封电路板相连，所述外导线的另一端与所述插头相连。

根据本发明一个实施例，所述压电风扇包括：振动膜片、压电陶瓷和固定座，所述固定座设于所述环片的下表面，所述压电陶瓷设在所述固定座上，所述压电陶瓷远离所述环片的一端设置有振动膜片。

根据本发明一个实施例，所述环片的上表面开设有容纳槽，所述容纳槽内开设有沿厚度方向贯穿的通孔，所述压电风扇还包括内导线，所述内导线设于所述容纳槽内，所述内导线的一端穿过所述通孔后与所述压电陶瓷相连，所述内导线的另一端与所述灌封电路板相连。

根据本发明一个实施例，所述灌封电路板的外周面与所述内圈的内周面相贴合。

根据本发明一个实施例，所述壳体组件包括：上壳体、下壳体和密封环，所述上壳体和所述下壳体通过螺纹相连，所述密封环设于所述上壳体和所述下壳体之间。

根据本发明一个实施例，所述上壳体顶部具有小孔，所述外导线的另一端穿过所述小孔后与所述插头相连，所述上壳体下部的内周面与所述外圈的外周面通过螺纹连接。

根据本发明一个实施例，所述壳体组件还包括：卡簧、滤片和防水透气膜，所述下壳体的下端连通所述气室的外部，所述滤片和所述防水透气膜通过所述卡簧卡设在所述下壳体的下端，所述防水透气膜位于所述滤片远离所述探头的一侧，所述滤片和所述防水透气膜用于对进入所述气室的新鲜气体进行过滤。

根据本发明一个实施例，所述压电风扇的数量为4个。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器的立体结构示意图；

图2是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器的内部结构示意图；

图3是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器的另一内部结构示意图；

图4是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器的半剖结构示意图；

图5是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器中内连接件的半剖结构示意图；

图6是根据本发明的内置压电风扇的气体传感器中壳体组件的半剖结构示意图；

附图标记：

壳体组件1、连接组件2、传感组件3、压电风扇4、内连接件5、插头21、外导线22、探头31、灌封电路板32、振动膜片41、压电陶瓷42、固定座43、内导线44、容纳槽51、外圈52、环片53、内圈54、限位部55、通孔511、上壳体11、下壳体12、密封环13、卡簧14、滤片15、防水透气膜16。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

下面参考附图具体描述本发明实施例的内置压电风扇的气体传感器。

如图1至图6所示，根据本发明实施例的内置压电风扇的气体传感器，包括：壳体组件1、传感组件3和多个压电风扇4，壳体组件1内具有气室，气室内填充有待测气体；传感组件3设于气室内，传感组件3上的探头31暴露于待测气体中，探头31用于检测待测气体；多个压电风扇4均设于气室内，多个压电风扇4沿探头31的外周面均匀布置，压电风扇4的一部分能够摆动，使待测气体与气室外的新鲜气体快速完成置换。

优选地，壳体组件1为圆柱件，传感组件3位于气室的中心位置，探头31与壳体组件1之间形成了环形间隙，而多个压电风扇4按圆形阵列的方式设置在环形间隙内。

本发明结构简单，通过在壳体组件1内设置传感组件1，在一个相对稳定的气室内对待测气体进行检测，利用压电风扇4促进气室内的待测气体和气室外的新鲜气体进行置换，确保能够快速检测出气体传感器周围的环境，避免气体传感器出现检测结果滞后的情况，使得矿井内的检测信息能够快速实时更新，保护矿工安全。

根据本发明一个实施例，壳体组件1内设置有内连接件5，传感组件3和多个压电风扇4均与内连接件5相连，内连接件5包括：外圈52、环片53和内圈54，外圈52位于内圈54的外部，环片53的外周缘与外圈52相连，环片53的内周缘与内圈54相连，内圈54的下端设置有限位部55，传感组件3卡设于限位部55上，压电风扇4设于环片53的下表面，且位于外圈52和内圈54之间。

也就是说，多个压电风扇4和传感组件3通过内连接件5固定在壳体组件1上，内连接件5为环形件，外圈52用于连接壳体组件1，内圈54用于固定传感组件3，环片53用于安装多个压电风扇4。

进一步地，传感组件3还包括灌封电路板32，灌封电路板32固设于探头31的上方，灌封电路板32通过连接组件2与外部设备相连，连接组件2包括插头21和外导线22，外导线22的一端穿过壳体组件1与灌封电路板32相连，外导线22的另一端与插头21相连。优选地，灌封电路板32的外周面与内圈54的内周面相贴合。换言之，灌封电路板32的外径大于探头31的外径，使灌封电路板32能够卡装在限位部55上，灌封电路板32包括电路板和冷却后凝固在电路板外部的灌胶层，电路板能够被有效保护；插头21可以与外部设备进行快速插拔，外部设备可以是电源、上位机等等。

根据本发明一个实施例，压电风扇4包括：振动膜片41、压电陶瓷42和固定座43，固定座43设于环片53的下表面，压电陶瓷42设在固定座43上，压电陶瓷42远离环片53的一端设置有振动膜片41。

进一步地，环片53的上表面开设有容纳槽51，容纳槽51内开设有沿厚度方向贯穿的通孔511，压电风扇4还包括内导线44，内导线44设于容纳槽51内，内导线44的一端穿过通孔511后与压电陶瓷42相连，内导线44的另一端与灌封电路板32相连。

也就是说，灌封电路板32可以通过内导线44控制压电陶瓷42工作，来使振动膜片41发生摆动，从而加速气体流动，容纳槽51用于容纳和固定内导线44，提高连接的稳定性。

根据本发明一个实施例，壳体组件1包括：上壳体11、下壳体12和密封环13，上壳体11和下壳体12通过螺纹相连，密封环13设于上壳体11和下壳体12之间。

进一步地，上壳体11顶部具有小孔，外导线22的另一端穿过小孔后与插头21相连，上壳体11下部的内周面与外圈52的外周面通过螺纹连接。安装时，需要先将多个压电风扇4和传感组件3固定在内连接件5上，然后通过内连接件5的外圈52安装在上壳体11上，然后在上壳体11上套上密封环13，最后将下壳体12安装在上壳体11上。

根据本发明一个实施例，壳体组件1还包括：卡簧14、滤片15和防水透气膜16，下壳体12的下端连通气室的外部，滤片15和防水透气膜16通过卡簧14卡设在下壳体12的下端，防水透气膜16位于滤片15远离探头31的一侧，滤片15和防水透气膜16用于对进入气室的新鲜气体进行过滤。滤片15和防水透气膜16可以对进入气室的气体进行两次过滤，滤片15可以有效过滤矿井内的粉尘杂质和颗粒物杂质，防水透气膜16可以过滤掉气体中的水气，避免水气影响探头31的检测精度，从而提高检测效果。

根据本发明一个实施例，压电风扇4的数量为4个。4个压电风扇4分布在探头31的四个方位，进一步提高了气体置换效率。

本发明在气体传感器的气室内部嵌入微型的压电风扇4，通过激励频率和强度的自适应控制，以相对较小的能量输入影响整个流场，实现低耗能-高效率的流场控制，加快扩散式气体传感器的采样速度。在无风或气体传感器检测的气体浓度发生变化时，压电风扇4开始工作。压电风扇4的激励频率和强度由气体传感器根据外界风速和气体浓度变化梯度进行自适应调节控制，帮助气体传感器快速对环境中气体完成采样。在外界风速较大或气体传感器无气体浓度梯度变化时，压电风扇不工作，减小整机功耗。在气体传感器处于标校状态中，压电风扇4会进入工作模式，帮助气体传感器缩短归零时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，包括：

壳体组件(1)，所述壳体组件(1)内具有气室，所述气室内填充有待测气体；

传感组件(3)，所述传感组件(3)设于所述气室内，所述传感组件(3)上的探头(31)暴露于所述待测气体中，所述探头(31)用于检测所述待测气体；

多个压电风扇(4)，多个所述压电风扇(4)均设于所述气室内，多个所述压电风扇(4)沿所述探头(31)的外周面均匀布置，所述压电风扇(4)的一部分能够摆动，以使所述待测气体与所述气室外的新鲜气体快速完成置换。

2.根据权利要求1所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述壳体组件(1)内设置有内连接件(5)，所述传感组件(3)和多个所述压电风扇(4)均与所述内连接件(5)相连，所述内连接件(5)包括：外圈(52)、环片(53)和内圈(54)，所述外圈(52)位于所述内圈(54)的外部，所述环片(53)的外周缘与所述外圈(52)相连，所述环片(53)的内周缘与所述内圈(54)相连，所述内圈(54)的下端设置有限位部(55)，所述传感组件(3)卡设于所述限位部(55)上，所述压电风扇(4)设于所述环片(53)的下表面，且位于所述外圈(52)和所述内圈(54)之间。

3.根据权利要求2所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述传感组件(3)还包括灌封电路板(32)，所述灌封电路板(32)固设于所述探头(31)的上方，所述灌封电路板(32)通过连接组件(2)与外部设备相连，所述连接组件(2)包括插头(21)和外导线(22)，所述外导线(22)的一端穿过所述壳体组件(1)与所述灌封电路板(32)相连，所述外导线(22)的另一端与所述插头(21)相连。

4.根据权利要求3所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述压电风扇(4)包括：振动膜片(41)、压电陶瓷(42)和固定座(43)，所述固定座(43)设于所述环片(53)的下表面，所述压电陶瓷(42)设在所述固定座(43)上，所述压电陶瓷(42)远离所述环片(53)的一端设置有振动膜片(41)。

5.根据权利要求4所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述环片(53)的上表面开设有容纳槽(51)，所述容纳槽(51)内开设有沿厚度方向贯穿的通孔(511)，所述压电风扇(4)还包括内导线(44)，所述内导线(44)设于所述容纳槽(51)内，所述内导线(44)的一端穿过所述通孔(511)后与所述压电陶瓷(42)相连，所述内导线(44)的另一端与所述灌封电路板(32)相连。

6.根据权利要求3所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述灌封电路板(32)的外周面与所述内圈(54)的内周面相贴合。

7.根据权利要求3所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述壳体组件(1)包括：上壳体(11)、下壳体(12)和密封环(13)，所述上壳体(11)和所述下壳体(12)通过螺纹相连，所述密封环(13)设于所述上壳体(11)和所述下壳体(12)之间。

8.根据权利要求7所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述上壳体(11)顶部具有小孔，所述外导线(22)的另一端穿过所述小孔后与所述插头(21)相连，所述上壳体(11)下部的内周面与所述外圈(52)的外周面通过螺纹连接。

9.根据权利要求7所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述壳体组件(1)还包括：卡簧(14)、滤片(15)和防水透气膜(16)，所述下壳体(12)的下端连通所述气室的外部，所述滤片(15)和所述防水透气膜(16)通过所述卡簧(14)卡设在所述下壳体(12)的下端，所述防水透气膜(16)位于所述滤片(15)远离所述探头(31)的一侧，所述滤片(15)和所述防水透气膜(16)用于对进入所述气室的新鲜气体进行过滤。

10.根据权利要求1所述的内置压电风扇的气体传感器，其特征在于，所述压电风扇(4)的数量为4个。

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