用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器。传感器芯片由对称设置在压电基底上下面上的SAW谐振器构成；液压腔为矩形，在液压腔的底面设有圆槽，在液压腔的上面设有数个与圆槽相通的孔；传感器芯片嵌入在压敏材料的空槽中，压敏材料嵌入在液压腔的圆槽中，液压腔设置在壳体内，安装有螺丝的电路板固定在壳体上并分别与传感器芯片的两个SAW谐振器连接，壳体设置在带有吸盘的胶套内，天线通过螺母与电路板的螺丝螺接。声表面波压力传感器中的两个SAW谐振器，采用了上下对称的差分结构方式，消除了其他环境因素的影响，可实现对输油管道的实时监测，具有成本低、灵敏度高、体积小、无源无线等优点，适用于恶劣环境下的遥测与传感。
【专利说明】用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种声表面波传感器，特别涉及一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器。
【背景技术】
[0002]泄露是输油管道运行的主要故障。近年来，输油管道被打孔盗油以及腐蚀穿孔造成泄漏事故屡有发生，严重干扰了正常生产，造成了巨大的经济损失。我国输油管道建设如火如荼，但现有大型输油管道总长不过3.5万公里，专家预计，未来10年我国将实现汽油、柴油、煤油等成品油全部利用管道进行输送，平均每年都要新建2万公里各类输送管道，我国输油管道建设将会迎来新的高潮，因此，输油管道泄漏检测系统的研究与应用成为油田亟待解决的问题。
[0003]常规检测管道泄漏的方法有人工巡线、管道内部检测技术和管道外部动态检测技术等，这些方法不仅易受到外部环境影响，而且成本比较高。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术现状，本发明提供一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，利用声表面波技术检测管道泄露的方案，即一种具有较高灵敏度的声表面波(SAW)压力传感器所特有的高频特性及器件基片材料的压电、逆压电效应，检测输油管道的泄漏，大大提高了对输油管道的监测能力，避免了严重的经济损失。
[0005]本发明所采取的技术方案是:一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:包括天线、螺母、电路板、胶套、壳体、传感器芯片、压敏材料、液压腔；所述传感器芯片由对称设置在压电基底上下面上的SAW谐振器构成；所述液压腔为矩形，在液压腔的底面设有圆槽，在液压腔的上面设有数个与圆槽相通的孔；所述传感器芯片嵌入在压敏材料的空槽中，所述压敏材料嵌入在液压腔的圆槽中，所述液压腔设置在壳体内，安装有螺丝的电路板固定在壳体上并分别与传感器芯片的两个SAW谐振器连接，所述壳体设置在带有吸盘的胶套内，所述天线通过螺母与电路板的螺丝螺接。
[0006]本发明所产生的有益效果是:声表面波(SAW)压力传感器中的两个SAW谐振器，采用了上下对称的差分结构方式，消除了其他环境因素的影响，可实现对输油管道的实时监测，与传统压力传感器相比，具有成本低、灵敏度高、体积小、无源无线等优点，适用于恶劣环境下的遥测与传感。
[0007]本结构还能够用于各种液体监测领域，如血压、水压等相关领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明结构分解示意图；
图3是本发明中SAW谐振器的结构示意图； 图4是图3的A-A侧剖图；
图5是本发明中传感器和天线的连接示意图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0010]如图1至图5所示，一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，包括天线1、螺母2、电路板3、胶套4、壳体5、传感器芯片6、压敏材料7、液压腔8。液压腔8为矩形，在液压腔8的底面设有圆槽8-1，在液压腔8的上面设有数个与圆槽8-1相通的孔8-2。传感器芯片6包括压电基底6-1及SAW谐振器6-2，将设计好的SAW谐振器6_2结构采用电子束蒸镀的方法镀于压电基底6-1上下两面的对称位置上。将传感器芯片6嵌入在压敏材料7的空槽7-1中熔合在一起，将压敏材料7嵌入在液压腔8的圆槽8-1中紧配合，将液压腔8安装在在壳体5内，安装有螺丝3-1的电路板3通过螺钉固定在壳体5的侧面，与电路板3触点13-1、触点II3-2连接的两根导线通过壳体5侧面的通孔5-1分别与传感器芯片6的两个SAW谐振器6-2连接，其中触点13-1和地连接，触点II3-2和天线连接，实现无线传输功能，壳体5设置在带有吸盘4-1的胶套4内，将天线I的一端与螺母2的一端螺接在一起，将螺母2的另一端与电路板3的螺丝3-1螺接在一起，天线I通过螺母2和螺丝3-1与电路板3连接。
[0011]设置在压电基底6-1上的两个SAW谐振器6-2结构相同，SAW谐振器6_2由叉指换能器6-21和反射栅6-22构成，其叉指换能器6-21和反射栅6_22设置的结构为，在压电基底6-1的面上水平设有两个反射栅6-22，在两个所述反射栅6-22之间设有叉指换能器6_21。压电基底6_1米用AT切石英。
[0012]叉指换能器6-21包括与汇流电极6-21-1 —端设为一体的焊点6-21-2及与汇流电极6-21-1另一端设为一体的数条空心叉指6-21-3，两条汇流电极6-21-1对称设置，两条汇流电极6-21-1上的数条空心叉指6-21-3对叉设置；每条汇流电极6-21-1上相邻的两个极性不同的空心叉指6-21-3组成了一对叉指，一对叉指的宽度P=7.2 u m,每条空心叉指6-21-3内间隔设有四个短路条6-21-4 ;空心叉指6-21-3指宽a为1.8 iim，空心叉指6-21-3的间距b为1.8 ii m，空心叉指6-21-3空心部分宽度c为a/3=0.6 u m,数条空心叉指6-21-3对叉后上下空心叉指6-21-3重叠部分即孔径Wl为180iim，空心叉指6_21_3的厚度h为
0.25 u m。空心叉指6-21-3对数NI为200对。
[0013]反射栅6-22包括在两条短路栅条6-22-1之间设有的数条反射栅条6_22_2，两条短路栅条6-22-1和数条反射栅条6-22-2为一体结构，反射栅条6_22_2宽度d为1.8 y m，反射栅条6-22-2间距e为1.8 ii m，反射栅条的长度W2=300 u m,反射栅条6-22-2的厚度h=0.25 u m。反射栅条的个数N2为300个。叉指换能器的谐振频率为437.65MHz。
[0014]为了提高传感器的性能指标，本发明采用空心叉指结构，它是将叉指电极中心部分挖空，为了提高器件光刻成品率，在空心叉指6-21-3内设有四个短路条6-21-4，这样的结构可以减小指间反射和三次行程对器件性能的影响。
[0015]为了使传感器具有高的品质因数及低插入损耗，SAW谐振器6-2采用了单端谐振式。
[0016]为了消除其他环境因素对传感器的影响，在压电基底6-1的上下两面的同样位置摆放了两个完全一样的SAW谐振器6-2，一个受到压力，一个受到张力，这样的差分结构可提高压力测量的精确度。传感单元将由压力引起的频率变化信息通过天线传输到采集终端，进行信号处理，最终获得液压的变化值。
[0017]在实际应用中，传感器通过吸盘4-1使整个结构可固定在输油管道内底部。输油管道内石油通过液压腔8上面的数个孔8-2流入液压腔8，此时液压腔8内石油产生的压力直接传给压敏材料7，引起敏感性材料7发生形变，随即引起与其紧密接触的压电基底6-1的形变，其中形变的大小与液体的压力成一定的比例关系，而传感器压电基底6-1的形变将会导致金属栅极间距及声表面波波速发生变化，最终导致了谐振器中心频率的变化，因此，通过测量谐振器中心频车/的变化就能测量液体的压力。输油管道在正常运行状态下，管道输入和输出流量应该相等，此时位于不同位置的SAW传感器6-2测得的压力应该一致，当输油管道发生泄漏时，必然产生流量差，上游泵站的流量保持不变的情况下，下游泵站的流量减小，随之带来了下游泵站的SAW传感器6-2实时测得的压力的变化，可依据对比两处压力的变化情况确定是否出现泄漏及泄漏的严重度，若两传感器距离比较近，则可对出现泄漏的位置进行定位。
[0018]本结构中的SAW传感器芯片位于整个结构内部，除非整个传感器被破坏，都可以保证SAW传感器芯片的安全，进一步保证了其使用寿命和可重复使用性。
【权利要求】
1.一种用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:包括天线(I)、螺母(2)、电路板(3)、胶套(4)、壳体(5)、传感器芯片(6)、压敏材料(7)、液压腔(8)；所述传感器芯片(6)由对称设置在压电基底(6-1)上下面上的SAW谐振器(6-2)构成；所述液压腔(8)为矩形，在液压腔(8)的底面设有圆槽(8-1)，在液压腔(8)的上面设有数个与圆槽(8-1)相通的孔(8-2);所述传感器芯片(6)嵌入在压敏材料(7)的空槽(7-1)中，所述压敏材料(7)嵌入在液压腔(8)的圆槽(8-1)中，所述液压腔(8)设置在壳体(5)内，安装有螺丝(3-1)的电路板(3)固定在壳体(5)上并分别与传感器芯片(6)的两个SAW谐振器(6-2 )连接，所述壳体(5 )设置在带有吸盘(4-1)的胶套(4 )内，所述天线(I)通过螺母(2 )与电路板(3)的螺丝(3-1)螺接。
2.根据权利要求1所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述设置在压电基底(6-1)上的两个SAW谐振器(6-2)结构相同，SAW谐振器(6-2)由叉指换能器(6-21)和反射栅(6-22)构成，其叉指换能器(6-21)和反射栅(6_22)设置的结构为，在所述压电基底(6-1)的面上水平设有两个反射栅(6-22)，在两个所述反射栅(6-22)之间设有叉指换能器(6-21)。
3.根据权利要求1或2所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述压电基底(6-1)采用AT切石英。
4.根据权利要求2所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述叉指换能器(6-21)包括与汇流电极(6-21-1)—端设为一体的焊点(6-21-2)及与汇流电极(6-21-1)另一端设为一体的数条空心叉指(6-21-3)，两条汇流电极(6-21-1)对称设置，两条汇流电极(6-21-1)上的数条空心叉指(6-21-3)对叉设置；每条汇流电极(6-21-1)上相邻的两个极性不同的空心叉指(6-21-3)组成了一对叉指，一对叉指的宽度P=7.2iim，每条空心叉指(6-21-3)内间隔设有四个短路条(6_21_4)，所述空心叉指(6-21-3)指宽a为1.8 iim，空心叉指(6-21-3)的间距b为1.8 y m，空心叉指(6-21-3)空心部分宽度c为a/3=0.6 ii m，数条空心叉指(6-21-3)对叉后上下空心叉指(6_21_3)重叠部分即孔径Wl为180 iim，空心叉指(6-21-3)的厚度h为0.25 u m0
5.根据权利要求4所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述空心叉指(6-21-3)对数NI为200对。
6.根据权利要求2所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述反射栅(6-22)包括在两条短路栅条(6-22-1)之间设有的数条反射栅条(6-22-2)，两条短路栅条(6-22-1)和数条反射栅条(6_22_2)为一体结构，所述反射栅条(6-22-2)宽度d为1.8 y m,反射栅条(6-22-2)间距e为1.8 y m,反射栅条的长度W2=300iim，反射栅条(6-22-2)的厚度 h=0.25 u m0
7.根据权利要求5所述的用于输油管道泄漏检测系统的声表面波压力传感器，其特征在于:所述反射栅条(6-22-2)的个数N2为300个。
【文档编号】F17D5/06GK103499024SQ201310498231
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】李鸿儒, 常志刚 申请人:天津七一二通信广播有限公司, 北京华龙通科技有限公司