一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统的制作方法
【专利摘要】一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，它涉及一种测试实验系统。本实用新型为了解决现有的瓦斯试验系统仅能够考察单一参数对声表面波矿井瓦斯传感器的影响，无法测定多种环境参数对传感器的综合影响，导致对传感器性能检测不全面的问题。本实用新型包括真空系统、电学检测系统、湿度发生器(12)和气体供给系统，气体供给系统与真空系统的进气端连接，湿度发生器(12)与真空系统的出气端连接，电学检测系统与真空系统的数据输出端连接。本实用新型用于矿井瓦斯传感器的测试实验。
【专利说明】
一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种瓦斯传感器测试实验系统，具体涉及一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统。
【背景技术】
[0002]矿井瓦斯是煤矿井下开采的灾害因素。据统计，我国煤矿矿难70%_80%是由瓦斯爆炸引起的。瓦斯浓度的实时监测是减少或避免瓦斯爆炸事故的有效手段。矿山物联网监测系统发展的需要，使得矿用瓦斯传感器的无线化成为亟需解决的问题之一。当前煤矿采用的催化燃烧式、光干涉式、红外光谱式等瓦斯传感器，因存在能耗高、标校频繁、易受背景气体影响、灵敏度低、体积大等问题，而限制了它们的无线化应用。适用于矿山物联网系统的新型声表面波瓦斯传感技术具有能耗低、灵敏度高、稳定性好、体积小、易于集成化和无线化的优点。瓦斯传感器试验系统是研究和评价声表面波瓦斯传感器性能的关键设备，现有瓦斯传感器试验系统仅能够考察单一参数对声表面波矿井瓦斯传感器的影响，无法测定多种环境参数对传感器的综合影响，导致对传感器性能检测不全面的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是为了解决现有的瓦斯传感器试验系统仅能够考察单一参数对声表面波矿井瓦斯传感器的影响，无法测定多种环境参数对传感器的综合影响，导致对传感器性能检测不全面的问题。进而提供一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统包括真空系统、电学检测系统、湿度发生器和气体供给系统，气体供给系统与真空系统的进气端连接，湿度发生器与真空系统的出气端连接，电学检测系统与真空系统的数据输出端连接，
[0005]真空系统包括真空玻璃箱、真空计、支撑台、气敏元件、线路转接器、温度传感器、湿度传感器和压力传感器，真空计密封插装在真空玻璃箱的上端，且真空计的下端伸入到真空玻璃箱内部，线路转接器安装在真空玻璃箱的上端，支撑台安装在真空玻璃箱内腔底端，气敏元件安装在支撑台上并通过导线与电学检测系统连接，温度传感器、湿度传感器和压力传感器均安装在真空玻璃箱内腔上部并通过导线与电学检测系统连接；
[0006]电学检测系统包括矢量网络分析仪、阻抗测试仪和计算机数据采集处理器，温度传感器、湿度传感器和压力传感器通过导线并穿过线路转接器后与计算机数据采集处理器连接，气敏元件通过导线并穿过线路转接器后分别与矢量网络分析仪和阻抗测试仪连接，同时矢量网络分析仪和阻抗测试仪采集的信号反馈给计算机数据采集处理器；
[0007]气体供给系统包括两个储气瓶、两个进气阀和两个进气连接管，每个储气瓶通过一个进气连接管与真空系统的进气端连接，每个进气连接管上设有一个进气阀。
[0008]本实用新型与现有技术相比具有以下效果:
[0009]1、本实用新型能通过湿度发生器增加实验环境湿度来模拟矿井环境，使测试环境更接近工程实际，提高实验模拟环境的准确性；
[0010]2、本实用新型能够同时考察温度、湿度、压力3种环境参数对瓦斯传感器的耦合影响，测试时间节约了 3-5倍；
[0011]3、本实用新型能同时采集声表面波瓦斯传感器的频率偏移和阻抗变化，更利于评价传感器的性能，分析其响应机理。
[0012]4、本实用新型在使用时，两个储气瓶内分别装有氮气和甲烷，而且两种气体通过进气阀来控制每种气体的通入量，在玻璃箱内还设有温度传感器、湿度传感器和压力传感器，不但便于在真空条件下对单独通入一种气体进行试验和测试，还便于通入两种气体的混合气进行试验和测试，另外还能够增加湿度来模拟矿井的实际施工环境，有效解决了在实验阶段无法测定多种环境因素变化下的声表面波矿井瓦斯传感器性能难题，有效的保障了传感器测试的准确性。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，它包括真空系统、电学检测系统、湿度发生器12和气体供给系统，气体供给系统与真空系统的进气端连接，湿度发生器12与真空系统的出气端连接，电学检测系统与真空系统的数据输出端连接，
[0015]真空系统包括真空玻璃箱1、真空计2、支撑台3、气敏元件4、线路转接器5、温度传感器6、湿度传感器7和压力传感器8，真空计2密封插装在真空玻璃箱I的上端，且真空计2的下端伸入到真空玻璃箱I内部，线路转接器5安装在真空玻璃箱I的上端，支撑台3安装在真空玻璃箱I内腔底端，气敏元件4安装在支撑台3上并通过导线与电学检测系统连接，温度传感器6、湿度传感器7和压力传感器8均安装在真空玻璃箱I内腔上部并通过导线与电学检测系统连接；
[0016]电学检测系统包括矢量网络分析仪9、阻抗测试仪10和计算机数据采集处理器11，温度传感器6、湿度传感器7和压力传感器8通过导线并穿过线路转接器5后与计算机数据采集处理器11连接，气敏元件4通过导线并穿过线路转接器5后分别与矢量网络分析仪9和阻抗测试仪10连接，同时矢量网络分析仪9和阻抗测试仪10采集的信号反馈给计算机数据采集处理器11;
[0017]气体供给系统包括两个储气瓶13、两个进气阀14和两个进气连接管15，每个储气瓶13通过一个进气连接管15与真空系统的进气端连接，每个进气连接管15上设有一个进气阀14。
[0018]本实施方式为实现声表面波矿井瓦斯气体传感器信号采集，设计了湿度可控多参数综合实验系统。气敏元件(声表面波传感器)被置于气室(真空玻璃箱)内，与外面的阻抗测试仪和矢量网络分析仪相连，计算机数据采集处理器控制施加电压，同时采集电流信号及频率信号。实验过程中气室温度、湿度、压力参数由计算机同步采集。气室(真空玻璃箱)内能够提供最大真空度为0.1Pa。本实施方式未详细表述的为现有技术。
[0019]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式的真空玻璃箱I为圆柱形有机玻璃箱。如此设置，便于提供一个真空模拟环境。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0020]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式的气敏元件4为声表面波瓦斯传感器。如此设置，通过声表面波瓦斯传感器的频率或阻抗变化来建立传感器与瓦斯浓度、环境参数间的关系，进而实现瓦斯浓度的准确测量。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0021]【具体实施方式】四:结合图1说明本实施方式，本实施方式的还包括真空栗16和接口17，真空栗16通过接口 17安装在真空玻璃箱I的下部。如此设置，便于对玻璃箱抽真空。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二或三相同。
[0022]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式的还包括出气管18和出气阀19，出气管18与真空玻璃箱I的下部连接，出气阀19安装在出气管18上。便于将测试完的玻璃箱进行排放气体。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三或四相同。
[0023]【具体实施方式】六:结合图1说明本实施方式，本实施方式的出气管18和两个进气连接管15与真空玻璃箱I的连接处均为带有干燥过滤段。便于保证通入的气体是干燥的，便于准确计量通入湿度发生器通入的湿度参数，其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三、四或五相同。
[0024]【具体实施方式】七:结合图1说明本实施方式，本实施方式的真空玻璃箱I的直径为150mm，高为150mm。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三、四、五或六相同。
[0025]本实用新型在使用测试实验的原理:将要测试的声表波瓦斯传感器连接到图1中的敏感元件4位置处(因声表波瓦斯传感器就是敏感元件4)，关闭真空玻璃箱1，启动真空栗17，抽真空后启动电学检测系统电源，完成温度、湿度、压力传感器调零后开始数据采集。打开阀门15充入甲烷和氮气，控制甲烷浓度从O %~5%变化，关闭阀门15，启动湿度发生器12，使玻璃箱中湿度从当前湿度变化至90%RH，关闭湿度发生器12;打开出气阀19和氮气瓶出气阀15，用氮气将玻璃箱中甲烷浓度和湿度稀释至最小值，关闭所有阀门，完成测试;测试结束后，关闭电学检测系统电源，打开玻璃箱，取出声表波瓦斯传感器。
【主权项】
1.一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:它包括真空系统、电学检测系统、湿度发生器(12)和气体供给系统，气体供给系统与真空系统的进气端连接，湿度发生器(12)与真空系统的出气端连接，电学检测系统与真空系统的数据输出端连接， 真空系统包括真空玻璃箱(I)、真空计(2)、支撑台(3)、气敏元件(4)、线路转接器(5)、温度传感器(6)、湿度传感器(7)和压力传感器(8)，真空计(2)密封插装在真空玻璃箱(I)的上端，且真空计(2)的下端伸入到真空玻璃箱(I)内部，线路转接器(5)安装在真空玻璃箱(I)的上端，支撑台(3)安装在真空玻璃箱(I)内腔底端，气敏元件(4)安装在支撑台(3)上并通过导线与电学检测系统连接，温度传感器(6)、湿度传感器(7)和压力传感器(8)均安装在真空玻璃箱(I)内腔上部并通过导线与电学检测系统连接； 电学检测系统包括矢量网络分析仪(9)、阻抗测试仪(10)和计算机数据采集处理器(II)，温度传感器(6)、湿度传感器(7)和压力传感器(8)通过导线并穿过线路转接器(5)后与计算机数据采集处理器(11)连接，气敏元件(4)通过导线并穿过线路转接器(5)后分别与矢量网络分析仪(9)和阻抗测试仪(10)连接，同时矢量网络分析仪(9)和阻抗测试仪(10)采集的信号反馈给计算机数据采集处理器(11); 气体供给系统包括两个储气瓶(13)、两个进气阀(14)和两个进气连接管(15)，每个储气瓶(13)通过一个进气连接管(15)与真空系统的进气端连接，每个进气连接管(15)上设有一个进气阀(14)。2.根据权利要求1所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:真空玻璃箱(I)的圆柱形有机玻璃箱。3.根据权利要求2所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:气敏元件(4)为声表面波瓦斯传感器。4.根据权利要求3所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:它还包括真空栗(16)和接口(17)，真空栗(16)通过接口(17)安装在真空玻璃箱(I)的下部。5.根据权利要求4所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:它还包括出气管(18)和出气阀(19)，出气管(18)与真空玻璃箱(I)的下部连接，出气阀(19)安装在出气管(18)上。6.根据权利要求5所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:出气管(18)和两个进气连接管(15)与真空玻璃箱(I)的连接处均为带有干燥过滤段。7.根据权利要求6所述的一种湿度可控的多参数声表面波瓦斯传感器测试实验系统，其特征在于:真空玻璃箱(I)的直径为150mm，高为150mm。
【文档编号】G01N29/30GK205665202SQ201620499643
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】沈斌, 刘新蕾, 吴琼, 王洪粱, 云昊
【申请人】黑龙江科技大学