一种气液分离仿生电子鼻的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属机械工程技术领域，具体涉及一种气液分离仿生电子鼻。
【背景技术】
[0002]井下随钻检测是录井行业的一个主要发展趋势，传感器技术是实现随钻测量与自动控制的重要环节。鉴于电子鼻在食品、医药、农业、环境监测、公共安全等领域的优异表现，将电子鼻技术应用到随钻检测，也必将会是一个很有前景的研究方向。在随钻检测的过程中，高效地实现井下油气与钻井液的分离，并进行高精度的测量，是成功实现油气检测的关键。
[0003 ]龙4下嗅觉器官表面呈阵列分布的细小毛发，有对液体中含有的气味分子进行分离的作用，然后通过其表面的敏感物质捕捉气味分子引起的化学信号，具有高敏感性和高效性的特点。
[0004]不同的气室结构，将会对气体传感器的响应速度与响应值有显著的影响。猫的嗅觉反应受到周围环境中的气体浓度，以及鼻腔中气流形式和流速的三重作用影响，而鼻腔中的气流形式和流速又受到鼻腔结构的影响。经过长期的进化，猫具有较为完善的鼻腔结构和嗅觉能力，因此，仿照猫鼻腔的结构和功能，对气体传感器的结构进行仿生设计，具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明仿照龙虾嗅觉器官的表面结构设计仿生分离器，提高了气液的分离效率，仿照猫鼻腔的结构和功能对气体室的结构进行仿生设计，通过仿生设计提高了传感器的检测精度和灵敏度，也拓展了传感器的测量范围。
[0006]本发明由仿生分离器A、气体室B、传感器阵列C和扰流体D组成，其中仿生分离器A的圆台体大圆与气体室壳体B中进气段3的圆台体大圆连接;扰流体D中后扰流段11的外螺纹10与气体室B中检测段6的内螺纹7螺纹连接;传感器阵列C固接于气体室B的检测段6中，且位于扰流体D的后扰流段11前部;仿生分离器A的圆台体侧表面所设仿生结构单元E中底板16的长度方向沿仿生分离器A的圆台体侧表面周向排列，仿生结构单元E中底板16的宽度方向沿仿生分离器A的圆台体母线方向排列，仿生结构单元E中主扰流柱115、主扰流柱Π18、副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17的尾部朝向与气流方向一致。
[0007]所述的仿生分离器A为空心圆台体，圆台体大圆直径di为20-30mm，圆台体小圆直径d2为5-8mm，圆台体高Li为30-45mm;圆台体小圆端呈封闭状态，其外表面不设仿生结构单元E和半透膜I;相邻的仿生结构单元E沿圆台体表面母线方向和周向均为对齐排列，且相邻两排仿生结构单元E的中心沿圆台体表面母线方向的间距his为300um、沿圆台体表面周向方向的间距Li4为100um;圆台体内侧壁设有半透膜I，圆台体壁厚hi为l-2mm，圆台体侧表面设有仿生结构单元E，圆台体侧壁上均匀分布有透气孔2，透气孔2为圆柱形，其直径d12为20-30um，透气孔2在圆台体侧壁上的分布与仿生结构单元的排列相对应，每个仿生结构单元沿圆台体母线方向对称分布有三组透气孔2，相邻两组透气孔2的间距L12为lOOum;每组5-7个透气孔2在圆台体周向对称均匀分布，两个相邻透气孔2的中心距L13为60-80um。
[0008]所述的气体室B由进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6组成，进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6自左至右依次连接;进气段3、传输段4、扩散段5和检测段6的壁厚h2均为2_3mm;进气段3为圆台体，其中圆台体大圆直径d5为20-30mm，圆台体小圆直径cU为5_8mm，圆台体高h4为7-10mm ；传输段4为空心圆柱体，其中圆柱直径与进气段3中圆台体小圆直径ck相同，圆柱体高L3为15-20mm;扩散段5为圆台体，其中圆台体大圆直径d3为20-30mm,圆台体小圆直径与进气段3中圆台体小圆直径d4相同，圆台体高h3为4-6_ ；检测段6为空心圆柱体，圆柱外径与扩散段5的圆台体大圆直径d3相同，圆柱长L2为50-60mm;检测段6右部设有内螺纹I。
[0009]气体室B的结构采用仿猫鼻流道的结构进行设计，进气段3采用圆台体，增大进气口与气源的接触面积，以便捕捉到更多的气味分子;减小传输段4的截面积，利于提高气体的传输速度，提高气流的动能，以便在检测段6与扰流体作用形成紊流，增大气体分子与敏感元件的接触面积，提高测量精度。
[0010]所述的传感器阵列C由4-6个传感器组成，在气体室B中检测段6的一个横截面的内壁上均布，且该横截面位于扰流体D前端，各传感器通过传感器探针和外部信号转化电路相连。
[0011]所述的扰流体D由前扰流段8、后扰流段11和调节柱12组成，前扰流段8位于前部，后扰流段11位于中部，调节柱12位于后部；前扰流段8为圆锥体，圆锥体底圆直径d8为10-20111111，圆锥体高115为5-7111111;后扰流段11为圆柱体，圆柱直径(16为20-30111111，圆柱高116为10-15mm，圆柱近边沿设有8-24个扰流孔9，扰流孔9沿直径d9为10_13mm的圆均布，扰流孔9直径d1为2mm，圆柱边沿设有外螺纹10;调节柱12为圆柱体，圆柱直径d7为10-15mm，圆柱高L4为35_501111]1，圆柱后端设有沟槽13。
[0012]通过旋转调节柱12后端的沟槽13，可对扰流体D的位置进行调节，以使敏感元件处获得最优的气流状态，从而提高传感器的测量精度。
[0013]所述的仿生结构单元E由主扰流柱115、主扰流柱Π 18、副扰流柱组114、副扰流柱组Π 17和底板16组成，其中副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17各由十根扰流柱组成，并各排成一列，副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17的长L7均为750um，副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17间距h8为90um ；主扰流柱115和主扰流柱Π 18对称位于中线两侧，主扰流柱115和主扰流柱Π 18间距L8为700um;主扰流柱115和主扰流柱Π 18直径d1Q均为50um，主扰流柱115和主扰流柱Π18长L11均为800-850um;副扰流柱直径L6为25um;副扰流柱长Liq为750um;底板16为长方形，底板长L9为100um底板宽h7为300um;主扰流柱115和主扰流柱Π 18与底板16的夹角β为39° ;副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17与底板16的夹角α为50°。
[0014]本发明的有益效果在于:
[0015](I)仿照龙虾嗅觉器官的表面结构设计仿生分离器，提高了气液的分离效率。
[0016](2)仿照猫鼻腔的结构和功能对气体室的结构进行仿生设计，通过仿生设计提高了传感器的检测精度和灵敏度，也拓展了传感器的测量范围。
【附图说明】
[0017]图1为气液分离仿生电子鼻结构示意图
[0018]图2为仿生分离器结构示意图
[0019]图3为气体室结构示意图
[0020]图4为扰流体主视图
[0021]图5为扰流体右视图
[0022]图6为仿生结构单元俯视图
[0023]图7为仿生结构单元立体图
[0024]图8为扰流柱角度示意图
[0025]图9为仿生结构单元及透气孔的排列状况示意图
[0026]其中:A.仿生分离器B.气体室C.传感器阵列D.扰流体E.仿生结构单元1.半透膜2.透气孔3.进气段4.传输段5.扩散段6.检测段7.内螺纹8.前扰流段9.扰流孔10.外螺纹11.后扰流段12.调节柱13.沟槽14.副扰流柱组I 15.主扰流柱I 16.底板17.副扰流柱组Π 18.主扰流柱Π
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步的详细叙述:
[0028]本发明仿照龙虾嗅觉器官的表面结构设计仿生分离器，提高了气液的分离效率，仿照猫鼻腔的结构和功能对气体室的结构进行仿生设计，通过仿生设计提高了传感器的检测精度和灵敏度，也拓展了传感器的测量范围。
[0029]如图1所示，一种气液分离仿生电子鼻由仿生分离器A、气体室B、传感器阵列C和扰流体D组成，其中仿生分离器A的圆台体大圆与气体室壳体B中进气段3的圆台体大圆连接；扰流体D中后扰流段11的外螺纹10与气体室B中检测段6的内螺纹7螺纹连接;传感器阵列C固接于气体室B的检测段6中，且位于扰流体D的后扰流段11前部。
[0030]如图2、6、7所示，仿生分离器A的圆台体侧表面所设仿生结构单元E中底板16的长度方向沿仿生分离器A的圆台体侧表面周向排列，仿生结构单元E中底板16的宽度方向沿仿生分离器A的圆台体母线方向排列，仿生结构单元E中主扰流柱115、主扰流柱Π 18、副扰流柱组114和副扰流柱组Π 17的尾部朝向与气流方向一致。
[0031 ] 如图2、9所示，所述的仿生分离器A为空心圆台体，圆台体大圆直径di为20-30mm，圆台体小圆直径d2为5_8mm，圆台体高Li为30_45mm;圆台体小圆端呈封闭状态，其外表面不设仿生结构单元E和半透膜I;相邻的仿生结构单元E沿圆台体表面母线方向和周向均为对齐排列，且相邻两排仿生结构单元E的中心沿圆台体表面母线方向的间距hi5为300um、沿圆台体表面周向方向的间距Lu为I OOOum。
[0032]圆台体内侧壁设有半透膜I，圆台体壁厚hi为l_2mm，圆台体侧表面设有仿生结构单元E，圆台体侧壁上均匀分布有透气孔2，透气孔2为圆柱形，其直径d12为20-30um，透气孔2在圆台体侧壁上的分布与仿生结构单元的排列