一种反射延迟线型声表面波湿度传感器

1.本实用新型属于电气机械及器材制造业中的仪器仪表制造业领域，具体涉及一种反射延迟线型声表面波湿度传感器。


背景技术：

2.在核电站安全检测环节中，反应堆冷却系统的管道泄露监测尤为重要。由于核心反应堆工作时会放出大量的热能，而这些热能由冷却系统带出，因此，若冷却系统发生冷却水泄漏，反应堆中的热能无法及时带出，则有可能发生堆芯过热甚至熔毁等极度严重事故。由于冷却系统内冷却水水温高达300℃，因此泄漏点周边必定会形成一定规模、可识别的湿度梯度场，需采用湿度传感器进行实时监控。传统的监测系统要么是离线监测，要么是基于有线的设计，存在网络维护困难，布线困难等问题，采用具有无线无源特性的声表面波传感器是解决上述问题的一个可行方案。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于，提供一种反射延迟线型声表面波湿度传感器，通过采用耐辐射性强敏感层结构、压电基底及电极结构，实现一种无线无源的耐辐射的高湿度传感器，解决核冷却管道泄露高湿度监控布线难、维护难的问题。
4.为实现上述目的，本技术采用了如下的技术方案：
5.一种反射延迟线型声表面波湿度传感器，所述声表面波湿度传感器包括压电基底1，压电基底1上表面设置声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4，声表面波反射栅4设置在声表面波叉指换能器2的两侧，在声表面波叉指换能器2和一侧的声表面波反射栅4之间设置镀膜区3，镀膜区3的表面涂覆敏感层5。
6.优选地，所述压电基底1的制作材料为不同切向的铌酸锂压电晶体材料、胆酸锂压电晶体材料或石英压电晶体材料。
7.优选地，所述声表面波反射栅4为开路栅结构或短路栅结构。
8.优选地，所述敏感层5通过旋涂、滴涂、蒸镀或者化学气相沉积方式涂覆在镀膜区3表面。
9.优选地，所述敏感层5为经过预处理的氧化锌薄膜或聚酰亚胺薄膜，敏感层的厚度为50-80nm。
10.进一步优选地，所述预处理为：在常温下双氧水浸泡3小时；或，在常温下稀盐酸腐蚀5秒。
11.优选地，所述声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4的制作材料为铝、铜、金中的一种或多种，可采用铝、铜、金等金属材料或多层金属复合材料。声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4的厚度均为300nm。
12.进一步优选地，所述压电基底1采用yz铌酸锂压电晶体，所述声表面波反射栅4，采用短路栅4-2结构，叉指对数为8。
13.优选地，所述声表面波反射栅4放置在所述声表面波叉指换能器2两侧，中间的声表面波叉指换能器叉指对数为10。
14.优选地，所述敏感层5，可采用氧化锌薄膜或聚酰亚胺薄膜，氧化锌薄膜厚度为80nm，聚酰亚胺薄膜厚度为50nm。
15.优选地，所述敏感层5，是通过蒸镀或者化学气相沉积方式涂覆在镀膜区3表面的，可以通过吸附水分子改变自身质量并影响声表面波传播速度。
16.优选地，所述敏感层5若采用氧化锌薄膜，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行双氧水(5％浓度)浸泡3小时的处理，以确保其性质稳定，增强耐辐射性。
17.优选地，所述敏感层5若采用氧化锌薄膜，在图形化完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。该多孔结构指的是在氧化锌薄膜中堆叠的氧化锌分子层中产生孔隙结构，使得氧化锌薄膜的比表面积增加，对湿气的吸附性能增强。
18.优选地，所述敏感层5若采用聚酰亚胺薄膜，则在合成时需掺杂有金属氧化物，如三氧化二铁等，在涂覆完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。
19.本实用新型中，传感器首先通过声表面波叉指换能器2将电磁波转换为声表面波，声表面波经过镀膜区3传播至声表面波反射栅4，经过声表面波反射栅4反射后再次经过镀膜区3传回声表面波叉指换能器2，并由声表面波叉指换能器2转换为电磁波，声表面波在镀膜区3的传播过程中，受到敏感层5的影响，当湿度变化时，敏感层质量不同将导致声波波速变化，进而导致声波转换成电磁波的相位不同，最终，读取系统即可通过检测传感信号的相位确定湿度变化。
20.本实用新型中，叉指换能器两侧的两个反射栅分别提供两个信号，没有设置镀膜区的反射栅反射的信号其相位只受环境因素影响，而设置镀膜区的反射栅反射的信号其相位除了环境因素影响，还有湿度的影响，因此将两信号差分可以去除温度等环境因素的干扰。
21.与现有技术相比，本实用新型具体如下的技术优点：
22.本实用新型采用的反射延迟线型声表面波湿度传感器具有耐辐射性强、宽量程、无线无源的优点。本实用新型采用的聚酰亚胺属于核电常用抗辐照材料，具有耐辐射性强的特点。宽量程：10％-100％；无线无源：传感器自身不需要电池或电源模块激活，可通过电磁波激发；传感信号同样以电磁波形式收发，可实现1米的无线通信距离。本实用新型通过采用耐辐射性强的氧化锌敏感层结构、铌酸锂压电基底及铝电极结构，实现了一种无线无源的耐辐射的高湿度传感器，确保了传感器在辐射环境下的稳定性，在相对湿度区间为10％-100％的条件下，可以达到5％的灵敏度，解决了核冷却管道泄露高湿度监控布线难、维护难的问题。
附图说明
23.图1为本实用新型一种反射延迟线型声表面波湿度传感器的结构示意图；
24.附图标记：1、压电基底；2、声表面波叉指换能器；3、镀膜区；4、声表面波反射栅；5、敏感层。
具体实施方式
25.下面以附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
26.实施例1
27.如图1所示，一种反射延迟线型声表面波湿度传感器，包括压电基底1，其上表面设置了声表面波叉指换能器2及多个声表面波反射栅4，声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4的之间为镀膜区3，镀膜区表面通过滴涂方式涂覆氧化锌敏感层5。传感器首先通过叉指换能器2将电磁波转换为声表面波，声表面波经过镀膜区3传播至反射栅4，经过反射栅4反射后再次经过镀膜区3传回叉指换能器2，并由叉指换能器2转换为电磁波，声表面波在镀膜区3的传播过程中，受到氧化锌敏感层5的影响，当湿度变化时，敏感层质量不同将导致声波波速变化，进而导致声波转换成电磁波的相位不同，最终，读取系统即可通过检测传感信号的相位确定湿度变化。
28.所述压电基底1采用yx铌酸锂压电晶体材料。所述声表面波叉指换能器2及多个声表面波反射栅4，采用铝金属材料，厚度为300nm。所述声表面波叉指换能器2叉指对数为10，所述声表面波反射栅4，分别位于叉指换能器两侧，均采用短路栅4-2结构。
29.所述敏感层5，采用氧化锌敏感膜，通过滴涂方式涂覆在镀膜区3表面的，厚度为80nm，可以通过吸附水分子改变自身质量并影响声表面波传播速度。
30.所述氧化锌敏感层5，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行双氧水(5％浓度)浸泡3小时的处理，以确保其性质稳定，增强耐辐射性；或，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。
31.本实施例的声表面波湿度传感器具有宽量程，在相对湿度区间为10％-100％的条件下，可以达到5％的灵敏度，可实现1米的无线通信距离。
32.实施例2
33.如图1所示，一种反射延迟线型声表面波湿度传感器，包括压电基底1，其上表面设置了声表面波叉指换能器2及多个声表面波反射栅4，声表面波叉指换能器2和声表面波反射栅4的之间为镀膜区3，镀膜区表面通过旋涂方式涂覆聚酰亚胺敏感层5。传感器首先通过叉指换能器2将电磁波转换为声表面波，声表面波经过镀膜区3传播至反射栅4，经过反射栅4反射后再次经过镀膜区3传回叉指换能器2，并由叉指换能器2转换为电磁波，声表面波在镀膜区3的传播过程中，受到聚酰亚胺敏感层5的影响，当湿度变化时，敏感层质量不同将导致声波波速变化，进而导致声波转换成电磁波的相位不同，最终，读取系统即可通过检测传感信号的相位确定湿度变化。
34.所述压电基底1采用yx铌酸锂压电晶体材料。所述声表面波叉指换能器2及多个声表面波反射栅4，采用铜金属材料，厚度为300nm。所述声表面波叉指换能器2叉指对数为8，所述声表面波反射栅4，分别位于叉指换能器两侧，均采用开路栅4-1结构。
35.所述敏感层5，采用聚酰亚胺薄膜，是通过旋涂方式涂覆在镀膜区3表面的，厚度为60nm，可以通过吸附水分子改变自身质量并影响声表面波传播速度。
36.聚酰亚胺薄膜在合成时掺杂有三氧化二铁，在镀膜完成后，需要在常温(25℃)下进行稀盐酸(0.1％浓度)腐蚀5秒的处理，使其表面产生多孔结构，增大响应，提高灵敏度。
37.本实施例的声表面波湿度传感器具有宽量程，在相对湿度区间为10％-100％的条
件下，可以达到5％的灵敏度，可实现1米的无线通信距离。
38.图1中，压电基板设置在一个金属板上，金属板具有引脚，可根据需要将引脚与叉指换能器或其他器件通过金属导线连接，这是本领域的常规技术知识。
39.本实用新型未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
40.最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。