CN116399501A - 压力传感探头与压力传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力传感探头与压力传感系统。压力传感探头包括主体及膜体组件。其中，所述主体设置气腔。所述膜体组件包括支撑环与石墨烯膜片，所述支撑环设置通孔；所述石墨烯膜片设置于所述支撑环的连接面，所述石墨烯膜片罩覆于所述通孔，所述膜体组件密封设置于所述气腔开口处；所述石墨烯膜片的直径‑厚度比的范围为1.0×10⁶‑9.9×10⁶，所述石墨烯膜片与所述支撑环相抵接的部分的宽度大于3mm。压力传感探头直径‑厚度比达到了10⁶数量级，在进行压力探测时，其灵敏度可以达到200μm/Pa的高灵敏度。而且可探测的压力覆盖范围由1.25mPa至100Pa，压力覆盖范围较宽。压力传感探头进行检测时，石墨烯膜片不易与支撑环分离，确保压力传感探头的可靠性。

Description

压力传感探头与压力传感系统

技术领域

本发明涉及压力传感的技术领域，特别是涉及压力传感探头与压力传感系统。

背景技术

在进行气压或声压检测时，检测人员通常会采用非接触式压力传感系统进行检测。其中，压力传感系统的核心部件为压力传感探头。压力传感探头通过其内的感应膜片的变化进行压力探测。

然而，目前的压力传感系统的灵敏度较低、动态范围窄。

发明内容

基于此，有必要针对压力传感系统的灵敏度较低、动态范围窄的问题，提供一种压力传感探头与压力传感系统。

一种压力传感探头，包括：

主体；设置气腔；及

膜体组件，所述膜体组件包括支撑环与石墨烯膜片，所述支撑环设置通孔；所述石墨烯膜片设置于所述支撑环的连接面，所述石墨烯膜片罩覆于所述通孔，所述膜体组件密封设置于所述气腔开口处；所述石墨烯膜片的直径-厚度比的范围为1.0×10⁶-9.9×10⁶，所述石墨烯膜片与所述支撑环相抵接的部分的宽度大于3mm。

在其中一个实施例中，所述石墨烯膜片包括悬设部与连接部，所述悬设部罩设于所述通孔处，所述连接部与所述支撑环的至少部分连接。

在其中一个实施例中，所述石墨烯膜片为还原氧化石墨烯膜片或CVD石墨烯膜片；

和/或，所述石墨烯膜片罩覆于所述通孔处的直径为7mm-50mm；

和/或，所述支撑环的材质为铜、硅、玻璃、铁、陶瓷或塑料；

和/或，所述连接面设置等离子体处理层。

在其中一个实施例中，还包括盖体，所述盖体设置探测口，所述盖体与所述主体连接，所述盖体位于所述膜体组件远离所述气腔的一侧，所述探测口与所述通孔对应设置。

在其中一个实施例中，所述盖体包括本体部与把手部，所述把手部设置于所述本体部，所述本体部开设所述探测口。

在其中一个实施例中，还包括压紧件，所述压紧件可拆卸地设置于所述主体，所述压紧件设置于所述膜体组件与所述盖体之间。

在其中一个实施例中，所述压紧件包括压紧部与限位部；所述主体设置限位槽，所述限位部可相对所述限位槽移动，所述压紧部用于与所述膜体组件相抵。

在其中一个实施例中，还包括补压组件，所述补压组件具有气道；所述补压组件与主体连接，且所述气道与所述气腔连通。

在其中一个实施例中，还包括密封件，所述密封件设置于所述膜体组件与所述主体之间。

一种压力传感系统，包括上述的压力传感探头。

上述压力传感探头中，石墨烯膜片的直径-厚度比范围是1.0×10⁶-9.9×10⁶，达到了10⁶数量级，当其进行压力探测时，其灵敏度可以达到200μm/Pa的高灵敏度，可探测的压力覆盖范围由1.25mPa-100Pa，压力覆盖范围较宽。而且由于石墨烯膜片与支撑环相抵接的部分的宽度大于3mm，因此在上述压力传感探头进行检测时，石墨烯膜片不易与支撑环分离，确保压力传感探头的可靠性。

采用上述压力传感探头所制得的压力传感系统可以根据实际情况检测气压与声压，检测灵敏度较高，且检测范围较大。

附图说明

图1为本发明的一实施例提供的一种压力传感探头的结构示意图。

图2为图1的爆炸图。

图3为本发明的另一实施例提供的一种压力传感探头的爆炸图。

图4为本发明的一实施例提供的一种压力传感系统的结构示意图。

图5为本发明的另一实施例提供的一种压力传感系统的结构示意图。

附图标记：001、压力传感探头；

100、主体；101、气腔；101a、第一段；101b、第二段；102、开口；103、气口；104、限位槽；110、抵接部；120、第一连接结构；

200、盖体；201、探测口；210、本体部；220、把手部；230、第二连接结构；

300、膜体组件；310、支撑环；311、通孔；320、石墨烯膜片；321、悬设部；322、连接部；

400、密封件；

500、压紧件；510、压紧部；520、限位部；

600、补压组件；601、气道；

700、膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统；710、光学系统；711、光源件；712、环形器；713、光纤；714、解调器件；715、衰减器；716、法兰；720、气体系统；721、供气件；722、稳流件；723、减压阀；724、流量计；725、三通阀；730、声源件；740、控制器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1-图3，本发明的一实施例提供一种压力传感探头001，其包括主体100与膜体组件300。

其中，主体100设置气腔101。气腔101内可以填充气体。膜体组件300包括支撑环310与石墨烯膜片320。支撑环310设置通孔311，即支撑环310的环体镂空处即为前述通孔311。石墨烯膜片320设置于支撑环310的连接面。石墨烯膜片320罩覆于通孔311。膜体组件300密封设置于气腔101开口102处。当压力传感探头001对气压探测时，待探测气压作用于罩覆于通孔311处的石墨烯膜片320，由于气腔101内的气压与待探测气压具有差值，因此石墨烯膜片320会产生位移。通过检测石墨烯膜片320的位移量即可测出待检测的气压的数值。需要补充的是，“气腔101内的气压与待探测气压之间具有差值”，其可能包括以下两种情况。情况一中，气腔101内的气体为已知气压气体，气腔101外部的气体为待探测气压的气体。情况二中，气腔101内的气体可以为待探测气压的气体，气腔101外部的气体为已知气压气体。其中，前述已知气压气体可以为标准气体。

需要说明的是，“膜体组件300密封设置于气腔101开口102处”中，既包括石墨烯膜片320朝向气腔101的腔底，即，石墨烯膜片320设置于支撑环310与气腔101的腔底之间；也包括支撑环310背离石墨烯膜片320的一侧朝向气腔101的腔底，即，支撑环310设置于石墨烯膜片320与气腔101的腔底之间。使用者可以根据实际情况对膜体组件300的安装方式进行改变。

具体地，石墨烯膜片320的直径-厚度比的范围为1.0×10⁶-9.9×10⁶。由于石墨烯膜片320的直径-厚度比达到了10⁶数量级，因此，当采用该石墨烯膜片320进行压力探测时，若配合精度为0.25μm的位移检测仪器，其灵敏度可以达到200μm/Pa的高灵敏度。也就是说，1Pa的压力可以使得石墨烯膜片320中部的位移量达到200μm。可以理解，若配合更高精度的位移检测仪器，压力传感探头001可实现更高的灵敏度。上述压力传感探头001可配合位移检测仪器的精度，实现较低压力差值的检出。

石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1大于3mm。可以理解，前述“石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1”，指的是石墨烯膜片320与支撑环310的环体所抵接处，在支撑环310的环宽方向上，石墨烯膜片320沿通孔311处至石墨烯膜片320边缘之间距离。当石墨烯膜片320受到较大压力差时，由于石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1较大，因此石墨烯膜片320不易与支撑环310脱离，即石墨烯膜片320可以在较高压力差作用下依旧罩覆于通孔311处，可位移至更大的距离，从而确保压力传感探头001的可靠性以及增大探测范围的最高值。可以理解，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1小于等于支撑环310的环体宽度D2。

比如，在一些实施例中，石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径为28mm，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1为3mm，石墨烯膜片320的最大位移为7mm。又比如，石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径为40mm，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1为3mm，石墨烯膜片320的最大位移为10mm。

上述膜体组件300结合最小探测精度为0.25μm的位移检测仪器，压力传感探头001的探测压力差最小约为1.25mPa。若位移检测仪器可检测到薄膜1nm的形变，则上述石墨烯膜片320最小可检测的气压差约为5μPa。也就是说，石墨烯膜片320两侧的压力差达到5μPa即可检出。

可以理解，在一具体实施例中，采用石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径为28mm，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1为3mm，石墨烯膜片320的最大位移为7mm。结合最小探测精度为0.25μm的位移检测仪器，压力传感探头001可以检测出的压力值范围约为1.25mPa–100Pa。在另一具体实施例中，采用石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径为40mm，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度为3mm，石墨烯膜片320的最大位移为10mm。结合最小探测精度为0.25μm的位移检测仪器，压力传感探头001可以检测出的压力值范围约为1.25mPa–100Pa。

上述石墨烯膜片320的灵敏度可以达到200μm/Pa，且可配合目前精度的位移检测仪器实现1.25mPa–100Pa的宽范围压力检测。而现有技术中的压力传感探头001最高可达到的灵敏度仅为1μm/Pa。也就是说，本申请所述的压力传感探头001可以实现近200倍的灵敏度提升，可对极微小的气压进行探测。因此，本发明所保护的压力传感探头001具有灵敏度高、压力探测范围广的优势，尤其是针对于微小的气压进行检测，其检测效果较好。

需要说明的是，上述压力传感探头001不但可以检测气压，还可以检测声压。当石墨烯膜片320背离气腔101的一侧受到声压时，在声压的作用下，石墨烯膜片320可发生位移。目前上述压力传感探头001在检测声压时，其灵敏度为200μm/Pa，可检测到的声压范围达到5μPa-50Pa。可以理解，人耳可听到的声压范围为20μPa-20Pa。因此，采用上述压力传感探头001在检测声压时，可以检测到人耳无法辨别到的声压，且可以覆盖人耳所能听到的声压，声压检测范围较广且灵敏度较高。

在一些实施例中，石墨烯膜片320可以为还原氧化石墨烯。还原氧化石墨烯可以较好地实现直径-厚度比的范围为1.0×10⁶-9.9×10⁶。在另一些实施例中，石墨烯膜片320可以为CVD石墨烯膜片(化学气相沉积石墨烯膜片)。

如图2-图3所示，石墨烯膜片320可以包括悬设部321与连接部322。悬设部321与连接部322一体成型设置，比如，二者可以通过悬涂工艺设置。悬设部321罩设于通孔311处。连接部322与支撑环310的至少部分连接。可以理解，连接部322即为前述“石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分”。也就是说，连接部322的宽度即为图2中D1所示。连接部322的宽度D1大于等于3mm。由于在将石墨烯膜片320悬设于支撑环310通孔311处时，连接部322与支撑环310通过范德华力连接。因此当连接部322的宽度D1大于等于3mm时，当石墨烯膜片320两侧的气压差较大时，连接部322也不易与支撑环310分离，保证压力传感探头001的可靠性。

在一些实施例中，悬设部321与连接部322的厚度一致。需要说明的是，在悬涂工艺过程中，悬设部321与连接部322的厚度可以存在nm级别的差异。

上述石墨烯膜片320具有较高的灵敏度，且具有较高的可靠性，在检测过程中不易与支撑环310分离。

在一些实施例中，支撑环310的材质为铜、硅、玻璃、铁、陶瓷或塑料。采用上述材质的支撑环310，可以实现石墨烯膜片320与支撑环310较好的连接，保证石墨烯膜片320可以悬设于支撑环310的通孔311处。

在一些实施例中，连接面可以设置等离子体处理层。通过设置等离子体处理层，可以使得连接面的表面更易与石墨烯膜片320连接，进而确保石墨烯膜片320两侧的气压差较大时，石墨烯膜片320不易与连接面分离，从而保证压力传感探头001的可靠性。

可以理解，在一些实施例中，支撑环310相对的两侧均可以设置等离子体处理层。这样的设置可以便于工作人员在制作膜体组件300时无需辨识连接面所在侧，加快石墨烯膜片320悬设于支撑环310的相应表面。

在一些实施例中，支撑环310的环体的宽度D2可以大于等于3mm。这样的设置可以保证石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度D1大于3mm。

在一些实施例中，支撑环310的厚度可以为1mm-3mm。上述厚度范围内的支撑环310可以具有较好的支撑效果外，不易变形，也不会过于厚重而导致压力传感探头001的尺寸偏大，实现器件小型化。

在将石墨烯膜片320与支撑环310连接时，可以将石墨烯膜片320整体转移至支撑环310上，由于石墨烯膜片320与支撑环310之间具有范德华作用力，因此二者可以较好地连接。

在如图1-图3所示的实施例中，石墨烯膜片320的直径与支撑环310的外径相同。即，连接部322与支撑环310的环体完全重合并连接。这样的设置方式可以尽可能多地增大石墨烯膜片320与支撑环310之间的连接部分。除此之外，上述设置也可降低石墨烯膜片320转移至支撑环310的难度，降低悬设部321与通孔311的对准精确度。可以理解，在另一些实施例中，石墨烯膜片320的直径可以小于支撑环310的直径。

上述膜体组件300可以较好地与主体100连接，膜体组件300的组装过程简单，石墨烯膜片320的灵敏度高、压力探测范围广。

在一些实施例中，主体100的材质可以为塑料、金属、硅、玻璃、或陶瓷等，可根据实际情况进行选取。主体100所设置的气腔101深度可根据实际情况进行调整，保证石墨烯膜片320在检测过程中无法触碰到气腔101的腔底即可。比如，在一些具体实施例中，气腔101的深度可以为1-5cm。

在一些实施例中，主体100的气腔101内壁设置抵接部110。抵接部110可以与膜体组件300相抵接。也就是说，石墨烯膜片320或支撑环310的环体结构可以与抵接部110相抵接。抵接部110的设置可以便于对膜体组件300进行限位，确保膜体组件300的位置，且保证气腔101内供石墨烯膜片320的位移的空间充足。

在一些实施例中，抵接部110可以沿主体100的气腔101内壁周向环形设置。这样的设置方式可以使得抵接部110与膜体组件300的接触面积较大，便于膜体组件300与抵接部110密封连接，以实现膜体组件300与主体100密封连接。

在其中一些实施例中，气腔101可以包括相连通的第一段101a与第二段101b，第一段101a与第二段101b沿气腔101的开口102至腔底方向设置。其中，第一段101a的直径可以大于第二段101b的直径。第一段101a的侧壁与第二段101b的侧壁连接处形成台阶结构，台阶结构即为上述抵接部110。膜体组件300设置于第一段101a内，且膜体组件300与台阶结构密封连接。上述设置可以降低安装膜体组件300的难度，且可以使得每一次组装压力传感探头001时，膜体组件300均设置于对应位置，从而减少由于膜体组件300安装位置偏移导致其在使用过程中，石墨烯膜片320与气腔101的腔底相抵而导致检测结果出现偏差。

在一些实施例中，沿气腔101的径向，抵接部110的宽度可以小于支撑环310的环体宽度。这样的设置方式可以保证抵接部110与膜体组件300连接的同时，增大石墨烯膜片320的可探测部分，可确保石墨烯膜片320正常探测的情况下降低主体100的体积，有利于降低成本。

在一些具体实施例中，气腔101的第二段101b的直径可以与支撑环310的通孔311直径相同。气腔101的第一段101a的直径可以略大于支撑环310的环体外径。这样的设置可以便于较好地安装膜体组件300的同时，减少安装过程中损坏石墨烯膜片320的概率。

上述主体100可以较好地与膜体组件300相连接。石墨烯膜片320或支撑环310可以与抵接部110相抵，以限位石墨烯膜片320的位置的同时确保二者之间的密封效果。

在一些实施例中，压力传感探头001还可以包括盖体200。盖体200设置探测口201。探测口201与通孔311对应设置。盖体200与主体100连接。盖体200位于膜体组件300远离气腔101的一侧。在组装压力传感探头001时，盖体200的设置可以便于将膜体组件300固定于气腔101开口102处。在进行压力探测时，外部气体在通过探测口201作用于膜体组件300的一侧气腔101内的气体作用于膜体组件300的另一侧。石墨烯膜片320两侧存在压力差，石墨烯膜片320在上述压力差的作用下发生移动，从而对外部气压进行检测。

可以理解，在一些其他的实施例中，压力传感探头001可以通过其他固定件将膜体组件300固定于气腔101开口102处，比如压紧卡扣等。

在组装压力传感探头001时，可以通过盖体200将膜体组件300紧抵于气腔101内的抵接部110，以减少抵接部110与膜体组件300之间存在缝隙而导致气腔101漏气的情况。

在一些实施例中，探测口201的直径可以略大于通孔311的直径。这样的设置方式可以实现当石墨烯膜片320的悬设部321相对盖体200产生较小偏移时，仍可以保证悬设部321通过探测口201暴露至盖体200外部，从而使得探测结果较为准确。

在一些实施例中，盖体200可以与主体100可拆卸连接。上述设置方式可以便于使用者更换膜体组件300，以便于更换不同量程的石墨烯膜片320，或将破损的膜体组件300进行更换。相比于盖体200相对主体100固定连接的方式相比，这样的方式可以重复利用盖体200与主体100，降低更换成本。

在一些实施例中，主体100可以设置第一连接结构120，盖体200可以设置第二连接结构230。第一连接结构120与第二连接结构230相配合。通过设置第一连接结构120与第二连接结构230实现主体100与盖体200的可拆卸连接。

如图1与图2所示的实施例中，第一连接结构120与第二连接结构230可以为对应设置的螺纹结构。也就是说，主体100的气腔101开口102处可以设置内螺纹结构。盖体200的外壁可以设置外螺纹结构。内螺纹结构与外螺纹结构配合设置。具体地，盖体200的外壁设置外螺纹结构，主体100的第一段101a的内壁设置前述内螺纹结构。当盖体200相对主体100闭合时，盖体200的至少部分容设于第一段101a内，且盖体200与抵接部110之间设置前述膜体组件300。膜体组件300与主体100密封设置。

可以理解，在一些其他的实施例中，第一连接结构120可以为卡槽，第二连接结构230可以为卡扣。卡扣可以与卡槽配合以实现盖体200相对主体100可拆卸连接。

除了上述连接方式外，盖体200与主体100还可以采用其他的连接方式，可根据实际情况进行调整。

如图1与图2所示，在一些实施例中，盖体200包括本体部210与把手部220，把手部220设置于本体部210，本体部210开设前述探测口201。其中，本体部210可以与主体100可拆卸连接。主体100部的外壁设置前述第一连接结构120。通过设置把手部220，可以便于本体部210相对主体100进行拆装或者在拆装过程中进行调整。

在如图1-图3所示的实施例中，把手部220可以为柱状凸起，把手部220沿盖体200的盖合方向延伸并凸出于盖体200远离膜片组件的一侧。可以理解，在另一些实施例中，把手部220可以为凹槽结构，凹槽结构可以容纳工具以便于使用者转动盖体200。

在一些实施例中，把手部220的数量可以为两个以上。这样的设置方式可以便于使用者组装压力传感探头001时，可以更易抓取把手部220。而且多个把手部220可以分散使用者组装时对单个把手部220的作用力，减少把手部220处局部受力过大而导致局部挤压膜体组件300。

采用上述盖体200固定膜体组件300时，可通过把手部220转动主体100部，以使主体100部紧贴膜体组件300，第一连接结构120与第二连接结构230可以保证盖体200无法相对主体100移动，从而确保膜组件的安装效果。

在一些实施例中，压力传感探头001还可以包括压紧件500。压紧件500可拆卸地设置于主体100。压紧件500设置于膜体组件300与盖体200之间。压紧件500的设置可以更好地固定膜体组件300，减少膜体组件300相对主体100移动，进而确保气腔101开口102处与支撑环310之间的密封效果。

如图2与图3所示，在一些实施例中，压紧件500可以包括压紧部510与限位部520。主体100设置限位槽104。限位部520可相对限位槽104移动。压紧部510用于与膜体组件300相抵。压紧件500通过压紧部510与膜体组件300抵接，从而实现膜体组件300更紧密地与主体100相抵。限位部520的设置可以实现盖体200相对主体100转动时，压紧件500不会相对主体100发生转动，进而保证膜体组件300不会相对主体100发生移动。

在一些实施例中，压紧部510可以呈环状压紧部510。压紧部510的宽度可以小于等于支撑环310的环体结构的宽度。压紧部510的宽度可以小于等于盖体200的宽度。限位槽104可以沿气腔101的开口102至气腔101的腔底方向延伸。当盖体200相对主体100转动以实现拆装时，由于限位部520与限位槽104的配合使得压紧部510无法相对主体100转动，进而实现盖体200相对主体100转动时，膜体组件300不会相对盖体200转动。这样的设置方式可以减少膜体组件300相对主体100移动而导致石墨烯膜片320发生破损的情况。

进一步地，在一些实施例中，在如图2与图3所示的实施例中，限位部520的数量为两个，且分别设置于压紧部510的相对两侧。限位槽104沿气腔101的开口102至气腔101的腔底方向延伸，且延伸至气腔101侧壁设置的抵接部110。可以理解，在一些其他实施例中，限位部520的数量也可以为一个。

在一些实施例中，压力传感探头001还可以包括密封件400。密封件400可以设置于膜体组件300与主体100之间。密封件400的设置可以增大膜体组件300与主体100之间的密封效果，较少气体由膜体组件300与主体100的连接处发生泄露，而导致测试结果发生偏差。

在一些实施例中，密封件400可以选择密封圈。密封圈可以与抵接部110相抵。在一些实施例中，抵接部110可以设置供密封圈容纳的安装槽(图中未示出)。密封圈可以部分凸出于安装槽。在另一些实施例中，密封圈可以直接与抵接部110相抵，从而实现膜体组件300与主体100之间的密封连接。

如图1-图2所示，压力传感探头001包括主体100、膜体组件300、盖体200、压紧件500以及密封件400。其中，石墨烯膜片320的直径-厚度比的范围为1.0×10⁶-9.9×10⁶。石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径可以为7mm-50mm。石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度为大于3mm。主体100、盖体200、压紧件500以及密封件400的尺寸可以根据石墨烯膜片320以及支撑环310的尺寸进行调整。

比如，在一具体实施例中，石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径为40mm，石墨烯膜片320与支撑环310相抵接的部分的宽度为17.5mm，石墨烯膜片320的总直径为75mm。支撑环310的外径为75mm，通孔311的直径为40mm。气腔101内第一段101a的内径可以为78mm，气腔101内的第二段101b的内径可以与通孔311直径相同均为40mm。压紧件500的外径可以与支撑环310的外径相同均为75mm，压紧件500的内径可以略大于通孔311的直径，即大于40mm。盖体200的内径可以略大于通孔311的直径，即大于40mm。盖体200的内径可以与压紧件500的内径相同。

需要说明的是，可根据工艺水平以及产品要求，对应改变石墨烯膜片320罩覆于通孔311处的直径，使其大于50mm或小于7mm。主体100、盖体200、压紧件500以及密封件400的尺寸可以根据实际情况进行对应调整。

如图3所示，在一些实施例中，压力传感探头001还可以包括补压组件600。补压组件600具有气道601。补压组件与主体100连接，且气道601与气腔101连通。由于在实际组装过程中，可能会出现膜体组件300与主体100之间密封状态不好，导致膜体组件300与主体100之间存在漏气的情况。通过设置补压组件，可以对气腔101内进行气体补足。也就是说，若膜体组件300与主体100之间存在Q(单位：Cfm)的漏气量。当压力传感探头001在进行检测负压时，补压组件600可以对气腔101内输入Q的气量，以保证石墨烯膜片320两侧的气压差为实际气压差，确保检测数据准确，或当压力传感探头001在进行检测正压时，补压组件可以对气腔101内输出Q的气量，以保证石墨烯膜片320两侧的气压差为实际气压差，确保检测数据准确。

在一些实施例中，补压组件600可以包括压力产生装置、流量控制器以及气管。其中，压力产生装置可以产生正压或负压，流量控制器可控制气管内的流量。气管可以与主体100连接，气道601与气腔101连通。气管可根据实际情况与主体100的侧壁或底壁连接。通过流量控制器可以较为精确地控制补入或排出的气量，进而实现压力补足，保证石墨烯膜片320两侧的气压差为实际气压差，确保检测数据准确。

在一些具体实施例中，压力产生装置可以包括正压产生装置与负压产生装置。其中，正压产生装置可以为气瓶或空压机。负压产生装置可以选择抽气机或真空泵。

本发明的一实施例提供一种压力传感系统，其包括上述任意实施例的压力传感探头001。压力传感系统还可以包括位移检测仪器。位移探测仪器可以检测石墨烯膜片320的位移距离。

在一些实施例中，位移探测仪器可以选择激光位移计(图中未示出)或膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700，可以根据实际情况进行调整。

其中，激光位移计可以至少包括激光器以及激光位移计解调器。激光器可以发射激光至膜片200，激光位移计解调器可以接收经膜片200表面散射及反射的激光并进行解调，以计算出膜片200与激光位移计解调器之间的距离，从而得到膜片的位移量。

膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700是指石墨烯膜片320与光纤713的端面组成一个FP腔(法布里-珀罗谐振腔，Fabry–Pérot cavity)，通过对FP腔内的光谱或光强的解调得到石墨烯膜片320所受气压影响而产生的位移。

在选用激光位移计的实施例中，采用压力传感系统对气压进行测试时，可以将压力传感系统置于检测点，并将激光位移计对准石墨烯膜片320的中部。在一具体测试过程中，如前述情况二所示，气腔101内的气体可以为待探测气压的气体，气腔101外部的气体为已知气压气体。若石墨烯膜片320的移动方向为远离气腔101的腔底方向，则待检测气压为正压。若石墨烯膜片320的移动方向为靠近气腔101的腔底方向，则待检测气压为负压。需要说明的是，前述正压指的是大于大气压的压力。前述负压指的是小于大气压的压力。在另一具体测试过程中，如前述情况一所示，气腔101内的气体为已知气压气体，气腔101外部的气体为待探测气压的气体。若石墨烯膜片320的移动方向为靠近气腔101的腔底方向，则待检测气压为正压。若石墨烯膜片320的移动方向为远离气腔101的腔底方向，则待检测气压为负压。待测环境中的压力值具体可以通过激光位移计所测量出的石墨烯膜片320的位移数值，结合对应的位移-气压值转换公式进行计算。

采用上述位移探测仪器选择激光位移计的压力传感系统对声压进行检测时，检测方式也相同。与检测气压方法的不同在于：计算声压值时，将石墨烯膜片320的位移数值结合对应的位移-声压值转换公式进行计算。

在选用膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700的实施例中，压力传感系统对气压进行测试时，可以将压力传感系统置于检测点，石墨烯膜片320与光纤713的端面组成一个FP腔。通过膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700向FP腔内输入光以及接受FP腔的输出光，并对FP腔内的输出光的光谱或光强的解调以获得石墨烯膜片320所受气压影响而产生的位移数值，最后结合对应的位移-气压值转换公式进行计算以得到气压值。正压或负压的判断可与前述选用激光位移计的实施例判断方式一致。

具体地，参阅图4，在一些实施例中，膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700可以包括光学系统710。其中，光学系统710包括光源件711、环形器712、光纤713以及解调器件714。其中，光源件711可以选择ASE光源或DFB光源。其中，ASE光源可以发射窄带光线，DFB光源可以发射宽带光线。在其中一些实施例中，光源件711与环形器712之间可以设置衰减器715，以减弱光源件711所产生的光线能量，以避免光线能量过强破坏石墨烯膜片320。环形器712具有三个光路口，一个光路口与光源件711或衰减器715连接，一个光路口与压力传感探头001连接，一个光路口与解调器件714连接。法兰716可以将其两侧的光纤713连接，实现光纤713端面与石墨烯膜片320之间形成FP腔。由光源件711进入环形器712的光线可以通过光纤713进入FP腔内，经过一系列反射后光线再次进入环形器712并进入解调器件714。解调器件714可以选择PD解调器件(配合ASE光源)或FBGA光谱仪(配合DFB光源)。PD解调器件可以检测光线强度变化，FBGA光谱仪可以检测某一波长光线的波长漂移。光线由光源件711发出后，进入环形器712，再通过光纤713进入FP腔。当石墨烯膜片320发生位移时，FP腔的腔长会发生变化，进而使得由FP腔进入环形器712并连接至解调器件714的光线强度发生变化，或光线的波长发生漂移，通过解调器件714探测出光线参数变化可反算并获得FP腔的腔长变化，即可获得石墨烯膜片320的位移距离。即，ASE光源可以发出单波长的光线，光线经过FP腔后，若FP腔的腔长变化，则由FP腔反射出的光线的强度会发生变化，PD解调器件可以探测光线强度变化量，通过光线强度变化量可以计算FP腔的腔长变化。ASE光源可以发出多种波长的一系列光线，光线经过FP腔后，若FP腔的腔长变化，通过FBGA光谱仪追踪某一单波长的光线时，该光线的波长会发生漂移，通过波长漂移量可以计算FP腔的腔长变化。

在一些实施例中，膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700还包括气体系统720。气体系统720可以包括供气件721以及稳流件722。供气件721可以为气瓶，气瓶可以选择氮气瓶。在一些实施例中，气体系统720还可以包括减压阀723、流量计724与三通阀725。其中，供气件721、减压阀723、流量计724、三通阀725以及稳流件722依次连接。减压阀723与流量计724可以控制供气件721的气体供入量。三通阀725的一个开口可以接入大气，以便于控制进入稳流件722的气体，避免气体流量过大而导致损坏石墨烯膜片320。稳流件722可以选择石英管、亚力克管或钢管中的任意一种，也可以选择其他的稳流件722。气体通过稳流件722可以进入气腔101内。通过气体系统720可以调节气腔101内的气压，以实现石墨烯膜片320两侧的气压可以发生变化，从而便于检测结果更加准确。

参阅图5，采用上述压力传感系统对声压进行检测时，膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700可以仅包括光学系统710。其中，光学系统710中的光源件711可以选择ASE光源，解调器件714可以选择PD解调器件。这样的设置可以具有较为灵敏的探测效果。声源件730可以直接作用于石墨烯膜片320。在其中一些实施例中，声源件730可以与控制器740连接，以使得控制器740可以改变声源的大小。声源件730可以选择喇叭等发声元件。控制器740可以与解调器件714连接。控制器740可以选择计算机。此外，采用膜片式石墨烯光纤FP腔-解调系统700检测声压时，与检测气压方法的不同在于：在计算声压值时，将石墨烯膜片320的位移数值结合对应的位移-声压值转换公式进行计算。上述任意压力传感系统在对气压或声压的测试时，测试方法简单，且灵敏度高、压力值范围较广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压力传感探头，其特征在于，包括：

主体；设置气腔；及

膜体组件，所述膜体组件包括支撑环与石墨烯膜片，所述支撑环设置通孔；所述石墨烯膜片设置于所述支撑环的连接面，所述石墨烯膜片罩覆于所述通孔，所述膜体组件密封设置于所述气腔开口处；所述石墨烯膜片的直径-厚度比的范围为1.0×10⁶-9.9×10⁶，所述石墨烯膜片与所述支撑环相抵接的部分的宽度大于3mm。

2.根据权利要求1所述的压力传感探头，其特征在于，所述石墨烯膜片包括悬设部与连接部，所述悬设部罩设于所述通孔处，所述连接部与所述支撑环的至少部分连接。

3.根据权利要求1所述的压力传感探头，其特征在于，所述石墨烯膜片为还原氧化石墨烯膜片或CVD石墨烯膜片；

和/或，所述支撑环的材质为铜、硅、玻璃、铁、陶瓷或塑料；

和/或，所述连接面设置等离子体处理层。

4.根据权利要求1所述的压力传感探头，其特征在于，还包括盖体，所述盖体设置探测口，所述盖体与所述主体连接，所述盖体位于所述膜体组件远离所述气腔的一侧，所述探测口与所述通孔对应设置。

5.根据权利要求4所述的压力传感探头，其特征在于，所述盖体包括本体部与把手部，所述把手部设置于所述本体部，所述本体部开设所述探测口。

6.根据权利要求4所述的压力传感探头，其特征在于，还包括压紧件，所述压紧件可拆卸地设置于所述主体，所述压紧件设置于所述膜体组件与所述盖体之间。

7.根据权利要求6所述的压力传感探头，其特征在于，所述压紧件包括压紧部与限位部；所述主体设置限位槽，所述限位部可相对所述限位槽移动，所述压紧部用于与所述膜体组件相抵。

8.根据权利要求1所述的压力传感探头，其特征在于，还包括补压组件，所述补压组件具有气道；所述补压组件与主体连接，且所述气道与所述气腔连通。

9.根据权利要求1所述的压力传感探头，其特征在于，还包括密封件，所述密封件设置于所述膜体组件与所述主体之间。

10.一种压力传感系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的压力传感探头。

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